电机学绪论

0. 1. 3 自动控制系统中的重要元件
用作执行、检测、放大和解算元件 计算机、自动记录仪表、医疗设备、录
音、录像、摄影和现代家用电器设备等 的运行控制、检测或记录显示 近年来超导技术、磁流体发电技术、电 子与计算机技术的迅猛发展，为新的电 机理论和电机技术的发展开辟了广阔的 前景。
0.2 电机的主要类型及电机中所用的材料
– 应该指出，从基本原理上看，发电机和电 动机只不过是电机的两种运行方式，
它们本身是可逆的，这种特性称为电机
的可逆性原理。
0.2 电机的主要类型及电机中 旋转电机{ 直流电机 交流电机{异步电机 同步电机

0.2 电机的主要类型及电机中所用的材料
e
u
l A 1 R
V V Ω S
F
l
磁压降 Rm=Hl 磁阻 R m A
1 磁导 m R m
R G
欧姆定律
e i R
F
F m
Rm
i 基尔霍夫第一定律 Σ =0 e u 基尔霍夫第二定律Σ =Σ
ΣΦ = 0 Σ FHl =Σ =ΣΦRm
0．4 研究电机时常用的基本定律
H dl Hl Ni F R

m
即沿任一闭合磁路，磁压降的代数和等于磁 动势的代数和
0．4 研究电机时常用的基本定律
磁路和电路的对比
电 路 基本物理量及公式 电流 电动势 电压降 电阻 电导
单位
磁 路 基本物理量及公式 磁通 磁动势
单位
i
A

Wb A A 1/H H
0．2．2

电机中所用的材料
1．导电材料 作为电机中的电路系统。为减 小I2R损耗，要求材料的电阻率小。常用紫铜及 铝。 2．导磁材料 作为电机中的磁路系统。要求 材料具有较高的磁导率和较低的铁耗系数，常 用硅钢片、钢板和铸钢。
0.2 电机的主要类型及电机中所用的材料
3．绝缘材料 作为带电体之间及带电体与铁 心间的电气隔离。要求材料的介电强度高且耐 热强度好。按耐热能力可分为A、E、B、F、H、 C等6级. 4 结构材料 使各部分构成整体、支撑和连接 其他机械。要求材料的机械强度好，加工方便， 重量轻。常用铸铁、铸钢、钢板、铝合金及工 程塑料。

式中，N为线圈的匝数，Φ 为穿过线圈的磁通。
d d e N dt dt
0．4 研究电机时常用的基本定律
0．4．2

电磁感应定律
变压器电动势 若线 圈不动，穿过线圈的 磁通随时间变化，则 线圈中的电动势称为 变压器电动势
0．4 研究电机时常用的基本定律
0．4．2

电磁感应定律
运动电动势（速率电动
A
F F m Rm
0．4 研究电机时常用的基本定律
0．4．5

磁路及磁路定律
2．磁路的基尔霍夫 第一定律 由于磁力线是闭合线， 因此，对任一封闭面 而言，穿入的磁通必 等于穿出的磁通 Σ Φ= 0
0．4 研究电机时常用的基本定律
0．4．5

磁路及磁路定律
3．磁路的基尔霍夫第二定律 每段磁路上磁场强度H与磁路长度的乘积称为 该段磁路的磁压降，将全电路电流定律应用 到任一闭合磁路上，有
0．4．3

电磁力定律
载流导体在磁场中要受 到力的作用，该力被称 为电磁力。其大小在导 体与磁力线相垂直时等 于导体所在处磁场的磁 通密度 B与导体有效长 度及导体中的电流三者 乘积，即
f=Bli
0．4 研究电机时常用的基本定律
0．4．4

电路定律
1．欧姆定律 一段电路上的电压降等于流过 该电路的电流与电路的电阻R的乘积，即u=iR 2、基尔霍夫第一定律（电流定律） 在电路 中任一节点上，电流的代数和恒等于零，即 Σ i= 0 3、基尔霍夫第二定律（电压定律） 在电路 中，对任一回路，沿回路环绕一周，回路内所 有电动势的代数和等于所有电压降的代数和， 即 Σ e=Σ u

0．3
电机的发热、冷却及防护
0．3．2 电机的发热 电机的定额：制造厂按国家标准的要求对电机 的全部电量和机械量的数值以及运行的持续时 间和顺序所作的规定。 连续定额：电机按规定的全部电量和机械量数 值，不受时间限制地长期连续运行。 短时定额：即电机按规定的全部电量和机械量 数值，从实际冷态开始在规定的持续时间限值 内运行（标准持续时间有10、30、60及90分钟 4种）
0．4．6

能量守恒定律
电机是电能传递或机电能量转换的机械，在能 量传递或转换过程中电机自身消耗的功率称为 损耗。稳态运行时，必然存在输入功率 P1 等于 输出功率P2与所有损耗Σ p之和，即 P1 = P2+Σ p （0-11） 上述定律是建立电机运行时基本方程式的理论 依据
势） 若磁场恒定，构成线 圈的导体切割磁力线，使线 圈交链的磁链随时间变化， 导体中的感应电动势称为运 动电动势。 若磁力线、导体和运动方向 三者互相垂直，则导体中感 应电动势的大小为导体所在 处的磁通密度B与导体切割磁 力线的有效长度及导体相对 磁场运动的线速度三者之积。

即
e=Blv
0．4 研究电机时常用的基本定律
0．3．5 电机的安装方式
电机的安装方式分为卧式和立式。 卧式电机安装后转轴为水平方向。 立式电机的转轴为垂直方向。 两种类型的电机使用的轴承不同，一般情况下 用卧式的居多。

0．4 研究电机时常用的基本定律
0．4．1全电流定律（安培环路定律）

在磁场中沿任一闭合 回路磁场强度的线积 分等于穿过该回路所 有电流的代数和电流 方向与闭合回路环绕 方向符合右手螺旋关 系时为正，反之为负
电机及拖动基础
绪论 0.1 电机在国民经济中的作用
0．1．1 电能的生产、传输和分配中的主要设 备
0．1．2 各种生产机械和装备的动力设备
– 电动机具有效率高，与被拖动的装置联结 简便； – 电动机类型、型号多，具有不同的运行特 性，可满足不同类型生产机械的要求。 – 具有良好的调速性能，起动、制动、反向 和调速控制方便。 – 系统参数检测、信号变换及传递方便，易 于构成高性能自动控制系统和远距离控制。
∮ H dl =Σ I
l
0．4 研究电机时常用的基本定律
0．4．2

电磁感应定律


无论何种原因当与线圈交链的磁链ψ 随时间变化时， 线圈中将感应电动势e。 e的大小等于线圈所交链的磁链对时间的变化率，e的 方向应符合楞次定律，即若该电动势产生一个电流， 此电流产生的磁通将反对线圈中磁链的变化。 若规定感应电动势的正方向与磁通的正方向符合右手 螺旋关系，则电磁感应定律的数学描述可表示为：

0．3
电机的发热、冷却及防护
0．3．2 电机的发热 当电机所用绝缘材料的等级确定后，电机的最 高允许温度也就确定了，其温升限值则取决于 冷却介质的温度，即环境温度。为了制造全国 各地全年都适用的电机，国家标准规定，环境 空气温度为+40℃ 电机的温升不仅取决于损耗的大小和散热情况， 还与电机的工作方式有关。

0．3 电机的发热、冷却及防护

0．3．1 电机中的损耗 损耗I2R
铜耗pcu：电机运行时，导体中电流产生电阻 铁耗pFe：铁心中交变磁通产生磁滞损耗和涡
流损耗
机械损耗pm ：转动部分与轴承、电刷及空气
间的摩擦，其大小与电机结构及转速有关。 因素而引起的额外损耗
附加损耗pad：由于齿槽存在，谐波，漏磁等
0．3 电机的发热、冷却及防护
p cu p Fe p m p ad
pΣ
0．3 电机的发热、冷却及防护
电机中总损耗记为Σ
p
上述损耗一方面降低了电机的运行效率，
另一方面转变成热能，使电机发热，温 度升高。
0．3
电机的发热、冷却及防护
0．3．2 电机的发热
温升（单位用绝对温度K)
0．3．3 电机的冷却
电机的冷却决定了电机的散热能力及电机的温 升，从而直接影响电机的寿命和额定容量。 电机冷却的主要问题是确定冷却介质和冷却方 式 冷却方式分外部冷却和内部冷却两大类

0．3．4 电机的防护





电机的防护方式有开启式、防护式、封闭式和防爆式 几种 开启式电机的定子两侧和端盖上都有很大的通风口， 只能在清洁、干净的环境中使用。 防护式电机的机座下面有通风口，适用于比较干燥、 没有腐蚀性和爆炸性气体的环境。 封闭式电机的机座和端盖上均无通风孔，完全是封闭 的，适用于尘土多、特别潮湿，有腐蚀性气体，易受 风雨、易引起火灾等较恶劣的环境 防爆式电机在封闭式基础上制成隔爆形式，机壳有足 够的强度，适用于有易燃易爆气体的场所，如矿井、 油库、煤气站等。
当电机产生的热量等于电机散发出去的热量时， 电机的温度便不再上升而达到某一稳定数值， 此值与周围冷却介质温度之差，称为温升. 温度极限内长期工作时，绝缘材料的电性能、 机械性能和化学性能都不会显著变坏，通常可 保证20年的寿命。若超过此温度，绝缘材料会 因迅速老化而使性能变坏，严重时可被烧毁， 造成电机的损坏
0．4 研究电机时常用的基本定律
0．4．5

磁路及磁路定律

铁磁物质由于其内部结构特 点，其磁导率μ Fe可达非铁磁 物质磁导率μ 0的数千倍，且 μ Fe的大小随外磁场大小变化 而变化，存在磁饱和现象， 其B=f（H），μ=f（H）关系 曲线如图 在交变磁场作用下，存在磁 滞和涡流现象，在铁磁物质 内产生能量损耗，即铁耗。 非铁磁物质的磁导率为常量， μ 0=4π ×10-7 H/m，其B= f （H）为直线
– 0．2．1 电机的主要类型
按功能分为：