指导大纲和自学指导书学时数64适用专业电气

《电机学（I）》自学指导大纲和自学指导书学时数：64 适用专业：电气工程及其自动化学分数：4执笔人：武惠芳编写日期：2003年5月一、课程的性质和任务课程性质：《电机学（I）》是电气工程及其自动化专业的技术基础课，是必修课。

主要任务：学生通过学习该课程，应掌握变压器、交流异步电动机和同步电机的基本知识、基本理论、基本计算方法和一般运行分析问题，为学习《电机学（II）》、《控制电机》、《自动控制系统》、《变频调速》、《电传动控制系统》、《电力系统分析》、《电力系统继电保护》和《电力系统自动化》等课程准备必要的基础知识。

二、本课程的基本要求首先要清楚机械实物的具体结构(Construction)；其次要弄清电机内主要电物理量和磁物理量的特性及相互关系，并能用方程式(Equation)、等效电路(Equivalent Circuit)和向量图(Phasor Diagram)这三种主要方式表示之；最后要能运用这些特性和关系结合具体条件对电机的运行进行初步的分析（Analysis）。

──这就是本课程的主要任务或总的要求三、课程教学内容、要求和自学指导绪论绪论是学习一门课程的重要环节。

通过绪论的学习，首先要了解课程的主要内容和电机在国民经济各行各业中的作用，明确《电机学》课程在电气工程及其自动化专业中的地位，从而明确学习目的；其次要了解本课程的性质、任务、特点和电机理论的一般分析方法，克服畏难思想，转变学习方法；最后要对电机常用的电磁定律进行复习，并要求学生熟练掌握。

重点：本课程的性质、任务、特点和一般分析方法难点：常用的电磁定律在电机中的应用主要内容：1、课程简介——本课程的内容、特点、一般分析方法（学习方法）、考核方法、参考书和任课教师；2、绪论——电机的分类、发展概况、应用和本课程的性质及任务；3、常用的基本电磁定律。

学习要求：1、了解本课程的内容和考核方法；2、了解电机的分类和在国民经济各行各业中的应用，明确《电机学》课程在电气工程及其自动化专业中的地位；3、掌握本课程的性质、任务、特点和一般分析方法（学习方法）；4、掌握常用的基本电磁定律，特别是磁路欧姆定律和磁化曲线自学指导：1、本课程的内容——变压器、交流绕组及其电动势和磁动势、感应电机和同步电机2、本课程的特点：（1）研究的对象是实物，是一个电的、磁的、机械的综合体，与工程实践联系非常紧密；（2）课程前后的连贯性强；（3）课程以定性分析为主，概念多，理论性强；（4）时空观强。

3、本课程的一般分析方法和学习方法本课程的一般分析方法：首先介绍电机的基本知识（包括基本工作原理简介和基本结构），其次通过电机内的电磁物理过程分析找出各物理量的关系、并用方程式(Equation)、等效电路(Equivalent Circuit)和向量图(Phasor Diagram)这三种主要方式表示之，最后利用等效电路对电机的运行进行初步分析。

本课程的学习方法：（1）首先要熟悉电机的基本工作原理年、清楚机械实物的具体结构(Construction)，其次要掌握电机内主要电物理量和磁物理量的特性及相互关系，并能用方程式(Equation)、等效电路(Equivalent Circuit)和向量图(Phasor Diagram)这三种主要方式表示之，最后要能运用这些特性和关系结合具体条件对电机的运行进行初步的分析（Analysis）；──这就是本课程的主要任务或总的要求（2）在学习过程中要善于比较各类电机找出其共同处和不同点，以便更好地掌握各类电机的特点；（3）要注意课后的及时复习和钻研教材，重点掌握电机中各主要物理量和参数的名称、符号、物理意义及相互关系。

4、电机的分类（1）一般分类：变压器电机{ 直流电机旋转电机{ 同步电机交流电机{异步电机（2）按功能分：发电机(Generators)——将机械能转换为电能；电动机(Motors)——将电能转换为机械能；微型控制电机——不以功率传递为主要职能，而在电气机械系统中起调节、放大和控制作用；变压器、变流机、变频机、移相器——将一种形式的电能转化为另一种形式的电能其共同的特点是：根据电磁感应定律和电磁力定律进行能量转换5、本课程的性质——专业基础课是架于工科大学公共基础课和专业技术课之间的一座桥梁。

6、常用的基本电磁定律：（1）磁物理量：磁感应强度、磁通、磁场强度、磁动势（重点）和磁阻（磁导）（2）基本电磁定律：磁路欧姆定律和磁化曲线、电磁感应定律（两种表达形式）、电磁力定律。

作业及思考题：教材P20 1-1、1-2、1-3、1-4第一部分变压器（略）第二部分交流电机的绕组及其电势与磁势交流电机的绕组及其电势与磁势是交流电机的公共理论部分。

通过本章学习，首先要掌握交流电机的基本工作原理和特点，其次了解交流绕组的术语，认识展开图，懂得三相绕组空间对称的道理，掌握相电势有效值公式，知道其中各物理量的物理意义，了解消除、削弱电势高次谐波的方法；最后要掌握单相磁势和三相磁势的性质和特点，了解时、空相量和时空相量图。

重点：交流电机的基本工作原理、相电势公式和三相旋转磁势的特点难点：三相旋转磁势的特点关键：空间相量的分析主要内容：1、交流电机的工作原理——同步发电机的发电原理和感应电动机的转动原理2、交流绕组的构成原则和分类；3、三相双层迭绕组；4、交流绕组的感应电动势；5、单相交流绕组的磁动势；6、三相交流绕组的磁动势。

学习要求：1、 掌握交流电机的基本工作原理和特点；2、 了解交流绕组的术语，认识展开图，懂得三相绕组空间对称的道理；3、掌握相电势有效值的公式，知道其中各物理量的物理意义，了解消除、削弱电势高次谐波的方法；4、掌握单相磁势和三相磁势的性质和特点；5、知道时空相量图。

自学指导：1、 同步发电机的发电原理：（1）基本组成：定子——定子铁心，定子绕组（又称电枢绕组，是交流绕组）转子——转子铁心，转子绕组（又称励磁绕组，是直流绕组）（2）发电原理：转子绕组中通入直流励磁电流，产生恒定磁场；原动机拖动转子旋转，形成机械旋转磁场；定子绕组切割该磁场感应电势。

若定子三相绕组沿定子铁心内圆对称分布，则感应三相对称的电势；感应电势的相序由转子转动方向和定子三相绕组沿定子铁心内圆分布决定；感应电势的波形与磁场沿空间的分布的波形有关；感应电势的大小——交流绕组的电势。

特点：感应电势的频率与转子磁场的极对数p 和转速n 有恒定关系，即60pn f =。

2、 感应电动机的转动原理：（1）基本组成：定子——定子铁心，定子绕组（又称一次绕组，是交流绕组）转子——转子铁心，转子绕组（又称二次绕组，是闭合绕组，也是交流绕组）（2）转动原理：当在感应电动机三相对称的定子绕组上外加三相对称的电压时，则在绕组中流过三相对称的电流，三相电流联合产生一个旋转磁场；则自成闭合回路的转子绕组切割定子旋转磁场产生感应电势和感应电流；该电流又在定子磁场中受力产生电磁力并形成电磁转矩，则转子就转动起来了。

转子转动方向与旋转磁场旋转方向一致。

特点：转子绕组是闭合绕组，转子转速低于旋转磁场的转速。

3、交流绕组的构成原则——三相对称 电动势和磁动势最大 正弦波（1）三相绕组对称，即每相绕组结构相同，阻抗相等，在空间相距120°电角度，以获得对称的三相感应电动；（2）在导体数一定的情况下，力求产生较大的电动势和磁动势；（3）绕组的电动势和磁动势尽可能接近正弦波。

4、交流绕组的分类：同心式单层 交叉式链式；双层 迭绕组波绕组5、交流绕组的基本术语：（1）机械角度与电角度：机械角度——一圆周360度；电角度——一对磁极占有的空间角度是360度电角度关系： 电角度 = p * 机械角度 （ p 为极对数）（2）极距τ：沿定子内圆每个磁极所占有的距离。

pZ 2=τ （Z 为定子总槽数） （3）线圈与节距y 1：线圈：由一匝或多匝导线串联而成，有两个引出线，一个称首端，一个为尾端。

节距y 1：线圈两个有效边沿定子内圆的距离。

分为：整距（y 1 = τ）、短距（y 1 < τ）、长距t （y 1 >τ） （4）槽距角α：相邻两槽之间的电角度 Zp ︒⨯=360α （电角度） （5）每极每相槽数q ：每相绕组在每一磁极下所占有的槽数。

pmZ q 2= 分为：整数槽和分数槽（6）相带和极相组（线圈组）：每一极下，每相绕组所占有的电角度（q α=60°）——60度分相法极相组：由每一极下属于同一相的q 个线圈相串联构成。

（7）槽电势星形图：反映定子各槽内导体的感应电势相位关系的矢量星形图。

（定子槽内导体感应电势在时间相位上互差α电角度。

）6、交流绕组的相电势公式：111444Φ=w fNk E .φ 111d p w k k k =其中：N 为一相一条支路的串联匝数；1w k 为基波的绕组因数；1Φ为基波的磁通；1p k 为基波的节距因数，︒=9011τy k p sin ；1d k 为基波的分布因数，221ααsin sinq q k d =。

7、谐波电势的削弱方法：（1） 因感应电势的波形与磁场的分布有关，首先使磁场分布接近正弦波；（2）三相采用Y 接，消除线电势中3次及其倍数谐波；（3）采用短距，使谐波的节距因数接近于零；（4）采用分布，使谐波的分布因数减小。

8、单相磁动势的性质和特点：t I pNk f w ωθφφcos cos .1190= *性质：单相脉动磁势*特点：（1）单相绕组中流过交流电流建立脉动磁势；它既是时间函数，又是空间函数；它在空间上按余弦规律分布，各点大小又按余弦规律变化。

（2）单相脉动基波磁势最大幅值：φφI pNk F w 1190.=；幅值位置在相绕组的轴线上；其脉动频率为电流的频率。

（3）分布和短距对磁势幅值起削弱作用。

由于各对极下磁势只作用在各自的磁路上，故每对极下某相线圈组的磁势也就是相磁势。

9、三相合成磁势的性质和特点：三相对称的电流流过三相对称的绕组所建立的合成磁势的基波是一个幅值不变的旋转磁势，其特点为：（1）三相基波合成磁动势的幅值等于单相基波磁动势最大幅值的3/2倍；（2）三相基波合成磁动势的幅值位置总是与电流达最大值的那一相绕组的轴线重合；（3）三相基波合成磁动势的转向取决于电流的相序，即总是从超前电流相转向滞后电流相；（4）三相基波合成磁动势的转速为同步转速：pf n s 60= 10、时空向量图：为了便于分析，将时间向量和空间向量画在同一向量图中。

当取时间向量的参考轴与空间向量的参考轴重合，若选在A 相绕组的相轴上，则A 相电流和三相合成磁势始终重合。

作业及思考题：教材P 129 4-8、4-13、4-17、4-19、4-20、4-21、4-27和4-29第三部分 感应电动机第一章 感应电机的结构和运行状态本章是对感应电动机的初步认识。