电机学(3.5)n
18
3.6 直流发电机的运行特性
一、他励直流发电机运行特性
3、效率特性——表征力能指标的特性；
直流电机中的损耗： 机械损耗： p 电枢基本铁耗：pFe
和转速相关
p 电枢基本铜耗： Cua
p 励磁绕组铜耗： Cuf
电刷压降损耗： ps 杂散损耗：
和负载相关
p
《电机学》 第三章 直流电机
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3.6 直流发电机的运行特性
《电机学》 第三章 直流电机
15
3.6 直流发电机的运行特性
一、他励直流发电机运行特性
(1)、外特性——标志输出电压质量的特性
电压方程： 电压调整率：
U0 -U N uN = 100% UN
他励发电机大致5%-10% 恒压直流电源 《电机学》 第三章 直流电机
16
3.6 直流发电机的运行特性
《电机学》 第三章 直流电机
6
3.4 电枢的感应电动势和电磁转矩
《电机学》 第三章 直流电机
7
3.4 电枢的感应电动势和电磁转矩
《电机学》 第三章 直流电机
8
3.5 直流电机的基本方程
Ea =U+Ia R+2U s U=Ea +Ia R+2U s
发电机 电动机
2U s Ra =R+ Ia
一、他励直流发电机运行特性
若他励发电机短路：
注意：
U=0
可达额定电流的20~30倍！！
Ea Ik = Ra
他励直流发电机不允许在额 定励磁下发生持续短路！
《电机学》 第三章 直流电机
17
3.6 直流发电机的运行特性
一、他励直流发电机运行特性
2、调整特性——反应励磁调节的特性；
《电机学》 第三章 直流电机
电机学
1
3.4 电枢的感应电动势和电磁转矩
《电机学》 第三章 直流电机
2
3.4 电枢的感应电动势和电磁转矩
《电机学》 第三章 直流电机
3
3.4 电枢的感应电动势和电磁转矩
《电机学》 第三章 直流电机
4
3.4 电枢的感应电动势和电磁转矩
《电机学》 第三章 直流电机
5
3.4 电枢的感应电动势和电磁转矩
电压调整率在20%左右
《电机学》 第三章 直流电机 24
3.6 直流发电机的运行特性
二、复励直流发电机运行特性
《电机学》 第三章 直流电机
25
3.6 直流发电机的运行特性
二、复励直流发电机运行特性
《电机学》 第三章 直流电机
26
《电机学》 第三章 直流电机
9
3.5 直流电机的基本方程
电动机
（3）串励式
《电机学》 第三章 直流电机 10
3.5 直流电机的基本方程
N N
Te
n
T1
n
Te
S
发电机 电磁转矩与转速方向相反，制动性质
TL
S
电动机
电磁转矩与转速方向相同，驱动性质
T1 =T0 +Te
p0 p +pFe T0 = =
一、他励直流发电机运行特性
3、效率特性——表征力能指标的特性；
p 1 pP
小型直流发电机 中、大型直流发电机
2
习惯上他励直流发电机 总损耗不包括励磁损耗 在内的其他五项损耗之和
90%~96%
《电机学》 第三章 直流电机 20
3.6 直流发电机的运行特性
二、并励直流发电机运行特性
先有电压还是先有励磁？？
13
3.6 直流发电机的运行特性
一、他励直流发电机运行特性
2%~4%UN
《电机》 第三章 直流电机
14
3.6 直流发电机的运行特性
一、他励直流发电机运行特性
2、负载时直流发电机的运行特性主要包括三条：
(1)、外特性——标志输出电压质量的特性；
(2)、调整特性——反应励磁调节的特性； (3)、效率特性——表征力能指标的特性；
《电机学》 第三章 直流电机
Te =T0 +TL
11
3.5 直流电机的基本方程
电磁功率
Pe =Ea I a
Ea I a = CT I a =Te
《电机学》 第三章 直流电机
12
3.5 直流电机的基本方程
电磁功率
Pe =Ea I a
Ea Ia =CT I a =Te
电动机为例
《电机学》 第三章 直流电机
《电机学》 第三章 直流电机
21
3.6 直流发电机的运行特性
二、并励直流发电机运行特性
《电机学》 第三章 直流电机
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3.6 直流发电机的运行特性
一、并励直流发电机运行特性
《电机学》 第三章 直流电机
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3.6 直流发电机的运行特性
二、并励直流发电机运行特性
R f 常值
并励
U U f Rf I f
电机学第五版
电机学第五版引言概述：电机学是电气工程领域中的一门重要学科，它研究电机的工作原理、性能特点及其应用。
《电机学第五版》是一本经典的教材，它全面介绍了电机学的基本理论和实际应用。
本文将从五个大点来阐述《电机学第五版》的内容和特点。
正文内容：1. 电机学基础1.1 电机学的定义和发展历史1.2 电机学的基本概念和术语1.3 电机学的分类和特点1.4 电机学的基本原理和公式1.5 电机学的实际应用和意义2. 电机的结构和工作原理2.1 电机的基本结构和组成部分2.2 电机的工作原理和基本运行原理2.3 电机的磁场产生和转换原理2.4 电机的能量转换和传输原理2.5 电机的效率和性能指标3. 电机的性能特点和测试方法3.1 电机的静态特性和动态特性3.2 电机的转矩特性和速度特性3.3 电机的电气特性和机械特性3.4 电机的负载特性和响应特性3.5 电机的测试方法和测试仪器4. 电机的控制和调速技术4.1 电机的启动和制动控制技术4.2 电机的调速和变频控制技术4.3 电机的转矩和速度控制技术4.4 电机的位置和轨迹控制技术4.5 电机的故障诊断和保护技术5. 电机的应用领域和发展趋势5.1 电机在工业领域的应用和发展5.2 电机在交通运输领域的应用和发展5.3 电机在家庭和办公领域的应用和发展5.4 电机在能源和环保领域的应用和发展5.5 电机在新兴技术和领域的应用和发展总结：综上所述，《电机学第五版》是一本全面介绍电机学基础理论和应用的经典教材。
它详细阐述了电机学的基本概念、原理和公式，介绍了电机的结构、工作原理和性能特点。
同时，它还涵盖了电机的控制和调速技术，以及电机在不同领域的应用和发展趋势。
通过学习《电机学第五版》，读者可以全面了解和掌握电机学的知识，为电气工程领域的实际工作提供有力支持。
电机学孙旭明王善明版第10章
调节方法
调节发电机的励磁，使电压 相等。
相灯在低电压时就 会熄灭，并不说明 电压差为零。可用 电压表来检测。
暗灯法
（3）相序不同时
现象
3个相灯旋转。
暗灯法
（3）相序不同时
现象
若发电机频率高于电网， 则顺时针旋转；反之，则 逆时针旋转。
E co siU co sIR
PemmUIcosmI2R
P2 pCu
电磁功率Pem减去定子绕组的铜耗 pCu ，就是输出功 率P2（有功功率）。
调节原动机的拖动转矩
功率流程图
P1 T1Ω P2mUIcos
PemT
mE0IcosmE0Iq
pCu mI2R
p0pmpFe
当一台发电机的容量远小于它所并联的电网的容 量时，电网可看成是无限大电网。
无限大电网的容量可近似认为是无穷大，电网的 电压和频率不变。
一台发电机单独供电时，电压的频率由原动机决 定，调节励磁电流可以调节电压的大小。
一台发电机并联于无限大电网运行时，调节原动 机的转速不会改变其电压的频率；调节励磁电流 也不能改变其电压的大小。
Pem
mE0E Xa
sin
（m
为定子绕组相数）
• 电磁功率Pem 具有电功率的形式。
• 电磁功率Pem 既是电磁转矩吸收的机械功率，也 是定子绕组中的电功率。说明发电机通过电磁感 应作用，将机械功率转换为电功率。
Байду номын сангаас
调节原动机的拖动转矩
功率平衡关系
定子绕组获得的电磁功率（电功率）
P e m m E Ic o si m E 0 Ic o s
电机学概念以及公式总结
电机学概念以及公式总结电机学是一个研究电动机工作原理和运行特性的学科。
电动机是一种将电能转化为机械能的装置，它是现代工业中不可或缺的设备之一、在电机学中，我们需要掌握一些基本概念和公式来分析和计算电动机的性能。
1.电机概念：(1)励磁：通过电流在电动机的励磁线圈中产生磁场。
(2)动极转子：电机的转子部分，通常由电流产生的磁场与定子磁场相互作用来产生转矩。
(3)定子：电机的静态部分，包括固定的线圈和磁场。
(4)动极转子感应电动势：当动极转子旋转时，转子线圈就会受到磁场的影响，产生感应电动势。
(5)动极转子电感电动势：当动极转子上的线圈传输电流时，就会在线圈中产生感应电动势。
2.电机公式：(1)电动势公式：U=E+I*R，其中U是电源电压，E是感应电动势，I 是电流，R是电阻。
(2) 电动机效率公式：η = (Pout / Pin) * 100%，其中Pout是输出功率，Pin是输入功率。
(3)转矩公式：T=k*I*φ，其中T是转矩，k是转矩系数，I是电流，φ是磁通量。
(4)电流-转速方程：N=(U-E)/k*φ，其中N是转速，U是电源电压，E是感应电动势，k是电机常数，φ是磁通量。
(5) 转矩-转速特性公式：T = (Pout * 60) / (2 * π * N)，其中T是转矩，Pout是输出功率，N是转速。
3.电机类型：(1)直流电动机：通过直流电源供电，具有较大的转矩和调速范围。
(2)交流电动机：通过交流电源供电，具有简单的结构和较小的体积。
(3)三相异步电动机：最常用的电动机类型，通过三相交流电源供电。
(4)步进电机：通过脉冲信号驱动，可精确控制转动角度和位置。
4.电机特性：(1)转速特性：描述电机在不同负载下的转速变化情况。
(2)转矩特性：描述电机在不同负载下的输出转矩变化情况。
(3)效率特性：描述电机在不同负载下的能源转换效率。
5.电机控制：(1)转速控制：通过调节电源电压、频率和电流来控制电机转速。
电机学第五版课后答案 -修订版
《电机学》（第五版）课后习题解答系别：电气工程系系授课教师： *** * 日期： 2017.05.2 0第一章 磁路1-1 磁路的磁阻如何计算？磁阻的单位是什么？答： 磁路的磁阻与磁路的几何形状（长度、面积）和材料的导磁性能有关，计算公式为AlR m μ=，单位：Wb A1-2 磁路的基本定律有那几条？当铁心磁路上有几个磁动势同时作用时，能否用叠加原理来计算磁路？为什么？答： 有安培环路定律，磁路的欧姆定律，磁路的串联定律和并联定律；不能，因为磁路是非线性的，存在饱和现象。
1-3 基本磁化曲线与初始磁化曲线有何区别？计算磁路时用的是哪一种磁化曲线？答： 起始磁化曲线是将一块从未磁化过的铁磁材料放入磁场中进行磁化，所得的)(H f B =曲线；基本磁化曲线是对同一铁磁材料，选择不同的磁场强度进行反复磁化，可得一系列大小不同的磁滞回线，再将各磁滞回线的顶点连接所得的曲线。
二者区别不大。
磁路计算时用的是基本磁化曲线。
1-4 铁心中的磁滞损耗和涡流损耗是怎样产生的，它们各与哪些因素有关？答： 磁滞损耗：铁磁材料置于交变磁场中，被反复交变磁化，磁畴间相互摩擦引起的损耗。
经验公式V fB C p nmh h ≈。
与铁磁材料的磁滞损耗系数、磁场交变的频率、铁心的体积及磁化强度有关；涡流损耗：交变的磁场产生交变的电场，在铁心中形成环流（涡流），通过电阻产生的损耗。
经验公式G B f C p m Fe h 23.1≈。
与材料的铁心损耗系数、频率、磁通及铁心重量有关。
1-5 说明交流磁路和直流磁路的不同点。
答： 直流磁路中的磁通是不随时间变化的，故没有磁滞、涡流损耗，也不会在无相对运动的线圈中感应产生电动势，而交流磁路中的磁通是随时间而变化的，会在铁心中产生磁滞、涡流损耗，并在其所匝链的线圈中产生电动势，另外其饱和现象也会导致励磁电流、磁通，感应电动势波形的畸变，交流磁路的计算就瞬时而言，遵循磁路的基本定律。
1-6 电机和变压器的磁路通常采用什么材料构成？这些材料有什么特点？答：磁路：硅钢片。
电机学第五版第3章 直流电机
2.转矩方程
发电机情况下 电磁转矩为制动转矩，有
— 原动机的驱动转矩； — 电机本身的机械阻力转矩； — 为电磁转矩。 电动机情况下 电磁转矩为驱动转矩，有
图3-29 直流电机的电磁转矩和外施转矩 a)发电机 b)电动机
— 电动机轴上的负载转矩。
3.电磁功率
电磁功率用 因
表示，则 ，得
发电机： 机械能 电动机： 电能
1.直流电动机的起动 2.直流电动机转速的调节 3.直流电动机的制动
1.直流电动机的起动
直流电动机常用的起动方法： （1）直接起动； （2）电枢回路接入变阻器起动； （3）降压起动。
图3-48 三点起动器 及其接线图
2.直流电动机转速的调节
从直流电动机的转速公式
可知，调速方法有两种： (1)电枢控制，即用调节电枢电压或者在电枢电路中接入调速电阻来调速。 (2)磁场控制，即用调节励磁电流来调速。
式中 令
为电枢绕组的总导体数， 为平均气隙磁密，
为并联支路对数。
则上式改写为
将
代入上式得出
1.电枢绕组的感应电动势
电动势公式 ：
式中：
— 每极的总磁通量；
— 电动势常数；
— 电动势公式。
2.电枢的电磁转矩
电枢表面任一点处的载流导体上的电磁转距
为
式中， — 该点处的气隙磁密。 一个极下的载流导体上的电磁转矩
3.串励电动机的运行特性
串励电动机的特点是，电 枢电流、线路电流和励磁 电流三者相等
图3-42 串励电动机 的接线图
3.串励电动机的运行特性
图3-43 串励电动机的工作特性
3.串励电动机的运行特性
图3-44 串励电动机的机械特性
电机学(张广溢)3,4,5章完全答案
第 3 章3.1 三相变压器组和三相心式变压器在磁路结构上各有什么特点？答：三相变压器组磁路结构上的特点是各相磁路各自独立，彼此无关；三相心式变压器在磁路结构上的特点是各相磁路相互影响，任一瞬间某一相的磁通均以其他两相铁心为回路。
3.2三相变压器的联结组是由哪些因素决定的？答：三相变压器的联结组是描述高、低压绕组对应的线电动势之间的相位差，它主要与（1）绕组的极性（绕法）和首末端的标志有关；（2）绕组的连接方式有关。
3.4 Y ，y 接法的三相变压器组中，相电动势中有三次谐波电动势，线电动势中有无三次谐波电动势？为什么？答：线电动势中没有三次谐波电动势，因为三次谐波大小相等，相位上彼此相差003601203=⨯，即相位也相同。
当采用Y ，y 接法时，线电动势为两相电动势之差，所以线电动势中的三次谐波为零。
以B A ,相为例，三次谐波电动势表达式为03.3.3.=-=B A AB E E E ，所以线电动势中没有三次谐波电动势。
3.5变压器理想并联运行的条件有哪些？答：变压器理想并联运行的条件有：（1） 各变压器高、低压方的额定电压分别相等，即各变压器的变比相等；（2） 各变压器的联结组相同；（3） 各变压器短路阻抗的标么值Z k *相等，且短路电抗与短路电阻之比相等。
上述三个条件中，条件（2﹚必须严格保证。
3.6 并联运行的变压器，如果联结组不同或变比不等会出现什么情况？ 答：如果联结组不同，当各变压器的原方接到同一电源，副方各线电动势之间至少有30°的相位差。
例如Y ，y0和Y ，d11两台变压器并联时，副边的线电动势即使大小相等，由于对应线电动势之间相位差300，也会在它们之间产生一电压差U ∆， 如图所示。
其大小可达U ∆=U N 22sin15°=0.518U N 2。
这样大的电压差作用在变压器副绕组所构成的回路上，必然产生很大的环流（几倍于额定电流），它将烧坏变压器的绕组。
《电机学》复习要点
第 1 页/共 6 页一、主要内容磁场、磁感应强度，磁场强度、磁导率，全电流定律，磁性材料的B-H 曲线，铁心损耗与磁场储能，电感，电磁感应定律，电磁力与电磁转矩。
二、基本要求结实控制以上概念对本课程学习是必须的。
三、注重点1、欧姆定律：作用于磁路上的磁动势等于磁阻乘以磁通m F Φ=Λ，1m m S R lμΛ== 2、2222m SfN SN l X L N l μμωωπω==Λ==3、随着铁心磁路饱和的增强，铁心磁导率µFe 减小，相应的磁导、电抗也要减小。
一、主要内容额定值，感应电动势、电压变比，励磁电流，电路方程、等效电路、相量图，绕组归算，标幺值，空载实验、短路实验及参数计算，电压变化率与效率。
三相变压器的联接组判别。
三相变压器绕组的联接法和磁路系统对相电势波形的影响。
二、基本要求熟练控制变压器的基本电磁关系，变压器的各种平衡关系。
三种分析手段：基本方程式、等效电路和相量图。
正方向决定，基本方程式、相量图和等效电路间的一致性。
理解变压器绕组的归算原理与计算。
熟练控制标幺值的计算及数量关系。
认识变压器参数的测量主意，运行特性分析主意与计算。
控制三相变压器的联接组表示与决定。
三、注重点1、变压器的额定值对三相变压器来说电压、电流均为线值，功率是三相视在功率，计算时一定要注重。
三相变压器参数计算时，必须换成单相数值，最后结果再换成三相值。
2、励磁阻抗的物理意义，与频率和铁心饱和度的关系。
3、变压器的电势平衡、磁势平衡和功率平衡（功率流程图）。
4、变压器参数计算（空载实验普通在低压侧做，短路实验普通在高压侧做。
在哪侧做实验，测出来的就是哪侧的数值，注重折算！）5、变压器的电压调节率和效率的计算（负载因数1I β*=）。
6、单相变压器中励磁电流、主磁通和感应电势的波形关系，三相变压器的铁心结构和电势波形。
7、联接组别的判别。
8、变压器负载与二次侧接线方式要一致，若不一致，必须将负载∆-Y 变换。
电机学
第四节 三相异步电动机的型号 及额定值
1.三相异步电动机的型号
电机产品的型号一般采用大写印刷体的汉语 拼音字母和阿拉伯数字组成，它是表示电机主要 技术条件、名称和规格的一种产品代号。如中小 型三相异步电动机表示如下：
大型异步电动机表示为：
我国生产的异步电动机种类很多，Y系列是 小型鼠笼全封闭自冷式三相异步电动机，还有如 JQ2、JS、子铁心、定子绕组和机座 构成。 定子铁心是电机磁路的一部分，为了减小交变 磁场在铁心中引起的铁耗，定子铁心采用导磁性能 好、铁耗小、厚度为0.5mm的硅钢片叠压而成，叠 片间需经绝缘处理。为了嵌放定子绕组，每个硅钢 片上都冲制出一些沿圆周均匀分布、尺寸相同的槽。
图8-3
图8-4
定子绕组接线端子
2.转子
异步电动机的转子由转子铁心、转子绕组和转轴组 成。转轴用于固定和支撑转子铁心，并输出机械功率。 转轴一般用中碳钢做材料，起支撑和固定转子铁 心及传递转矩的作用。
转子绕组是转子的电路部分，在交变的磁场中 感应电动势，流过电流并产生电磁转矩，转子绕组 分为笼型绕组和绕线型绕组两种，所以按转子结构 分类，异步电机可分为笼型电机和绕线式电机。
第三节 笼型转子的极数和相数
任何电机的定子和转子极数都应该相同， 否则，电磁转矩等于零，电机无法工作。绕线型 转子的极数，在设计时通过转子绕组的适当联结， 使其与定子极数一致。笼型转子的绕组由导条加 端环构成，与绕线型转子结构不同，其极数和相 数也有自己的特点，本节就笼型转子的极数和相 数进行讨论。
根据转差率s为正（或负）的大小，三相异步 电动机可分为电动机、发电机和电磁制动三种运 行状态。
（1）电动机运行状态 0＜ s ＜1
电磁转矩T是驱动转矩，电机作为电动机运行，将 从电源吸收(输入)的电能转变为轴上的机械能(输出)。
《电机学完整》课件
02
电机类型与工作原理
Chapter
直流电机
直流电机是指依据电磁感应定律实现 电能转换或传递的一种电磁装置。
直流电机有定子和转子两大部分组成 ，定子上有励磁绕组，转子上有励磁 极，励磁极上有铁心。
未来电机技术的前景展望
新型电机材料
随着新材料技术的发展，新型电机材料如碳纤维、纳米材料等将为 电机的发展带来新的机遇和挑战。
数字化电机
数字化电机的应用将进一步提高电机的性能和可靠性，实现更加智 能化的控制和管理。
新能源电机
随着新能源技术的不断发展，新能源电机如太阳能电机、风力电机等 将得到广泛应用，为可再生能源的开发利用提供有力支持。
集成化
集成化电机能够减小体积、降低 成本，提高电机的可靠性和稳定 性，满足各种小型化设备的需求 。
01 02 03 04
智能化
随着人工智能和物联网技术的发 展，电机的智能化成为新的发展 方向，能够实现远程监控、故障 诊断等功能。
可持续性
随着环保意识的提高，电机的可 持续性发展成为重要挑战，需要 研发更加环保、节能的电机技术 。
步进电机有多种类型，如永磁式、反应式和混合式等， 每种类型都有其特点和适用范围。
步进电机的工作原理基于磁阻效应，即当磁场改变方向 时，铁心会因为磁阻的变化而产生旋转力矩。
步进电机的转速与输入脉冲频率和电机极数有关，可以 通过调节输入脉冲频率来控制电机的旋转速度。
03
电机设计与制造
Chapter
电机设计基础
01
03
交流电机的转速与电源频率、磁极对数和电机极数有 关，其计算公式为：n=60f/p，其中f为电源频率，p
电机学课件-PPT文档资料156页
84
异步电机定子 端部2
24.01.2020
河海大学 电气学院
85
异步电机定子 端部3
24.01.2020
河海大学 电气学院
86
异步电机定子 端部4
24.01.2020
河海大学 电气学院
87
异步电机定子 内部
24.01.2020
河海大学 电气学院
88
异步电机定子 外形
24.01.2020
河海大学 电气学院
术基础课，定位为：
* 电气工程的基础 * 电力系统的核心
• 课程特点：课程特点是概念多、理论性强，与 工程联系密切。
24.01.2020
河海大学 电气学院
13
《电机学》（二）课程简介
主要内容：本课程主要讲述：同步电机的结构， 工作原理、运行等到方面的内容。具体为：
同步电机的基本理论与运行特性 同步发电机在大电网上运行 同步发电机不对称运行 同步发电机的突然短路。
• 从学习方法看，电磁关系、平衡方程、等效电 路、相量图是电机学的学习重点。
• 难点：电磁关系，磁动势，旋转磁场。
• 使用教材：胡虔生、胡敏强、杜炎生合编《电 机学》，中国电力出版社
• 参考书：汪国梁主编《电机学》
24.01.2020
河海大学 电气学院
12
《电机学》（二）课程简介
• 课程名称： 中文名称：电机学（二） • 英文名称：Electrical Machinery （Part 2） • 教学对象：电气工程类专业、本科 • 课程定位：《电机学》是本专业的一门主要技
PART 4: Synchronous Generator Transients
24.01.2020