电机学精品课程共26页
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{企业通用培训}电机学专题讲义
{企业通用培训}电机学专题讲义第一章变压器基本工作原理和结构1-1从物理意义上说明变压器为什么能变压，而不能变频率？答：变压器原副绕组套在同一个铁芯上,原边接上电源后，流过激磁电流I0，产生励磁磁动势F0，在铁芯中产生交变主磁通ф0,其频率与电源电压的频率相同，根据电磁感应定律，原副边因交链该磁通而分别产生同频率的感应电动势e1和e2,且有,,显然，由于原副边匝数不等,即N1≠N2，原副边的感应电动势也就不等,即e1≠e2,而绕组的电压近似等于绕组电动势,即U1≈E1,U2≈E2,故原副边电压不等,即U1≠U2,但频率相等。
1-2试从物理意义上分析，若减少变压器一次侧线圈匝数（二次线圈匝数不变）二次线圈的电压将如何变化？答：由,,可知,，所以变压器原、副两边每匝感应电动势相等。
又U1»E1,U2≈E2,因此，，当U1不变时，若N1减少,则每匝电压增大，所以将增大。
或者根据，若N1减小，则增大，又，故U2增大。
1-3变压器一次线圈若接在直流电源上，二次线圈会有稳定直流电压吗？为什么？答：不会。
因为接直流电源，稳定的直流电流在铁心中产生恒定不变的磁通，其变化率为零，不会在绕组中产生感应电动势。
1-4变压器铁芯的作用是什么，为什么它要用0.35毫米厚、表面涂有绝缘漆的硅钢片迭成？答：变压器的铁心构成变压器的磁路，同时又起着器身的骨架作用。
为了铁心损耗，采用0.35mm厚、表面涂的绝缘漆的硅钢片迭成。
1-5变压器有哪些主要部件，它们的主要作用是什么？答：铁心:构成变压器的磁路,同时又起着器身的骨架作用。
绕组:构成变压器的电路,它是变压器输入和输出电能的电气回路。
分接开关:变压器为了调压而在高压绕组引出分接头,分接开关用以切换分接头,从而实现变压器调压。
油箱和冷却装置:油箱容纳器身,盛变压器油,兼有散热冷却作用。
绝缘套管:变压器绕组引线需借助于绝缘套管与外电路连接，使带电的绕组引线与接地的油箱绝缘。
电机学课件清华大学
由转矩公式可知： (1)产生转矩的条件：必须有励磁磁通和电枢电流。 (2)改变电机旋转的方向：改变电枢电流的方向或者
改变磁通的方向。
二、 转矩平衡关系
电磁转矩T为驱动转矩，在电机运行时，必须和外 加负载和空载损耗的阻转矩相平衡，即
T TL T0
TL： 负载转矩 T0 ：空载转矩
转矩平衡过程：当负载转矩（TL）发生变化时， 通过电机转速、电动势、电枢电流的变化，电磁
其中 n0
U
K
Φ
E
，n
KT
Ra
K
Φ
E
2
T
n
nn0n0'0''
（
Rf
增减 加小
）
TL
T
因为：
n0
1
Φ
，
n
1
Φ2
所以：磁通减小以后特性上移，而且斜率增加。
n n0 n
其中 n0
U
K
Φ
E
，n
KT
Ra
K
Φ
E
2
T
调速过程: U一定,则
Rf
E
Ia
Ia
E
n
最后达到新的平衡 T =TL
T
暂时 T > TL
(2)若忽略绕组中的电阻Ra，则
U
E
K
Φn，
E
可见，当外加电压一定时，电机转速和磁通成反
比，通过改变 可调速。
7.2.4 电磁转矩
一、电磁转矩 T KTΦI a
KT：与线圈的结构有关的常数 （与线圈大小，磁极的对数等有关）
：线圈所处位置的磁通
Ia：电枢绕组中的电流
单位： （韦伯），Ia（安培），T（牛顿•米）
改变磁通的方向。
二、 转矩平衡关系
电磁转矩T为驱动转矩，在电机运行时，必须和外 加负载和空载损耗的阻转矩相平衡，即
T TL T0
TL： 负载转矩 T0 ：空载转矩
转矩平衡过程：当负载转矩（TL）发生变化时， 通过电机转速、电动势、电枢电流的变化，电磁
其中 n0
U
K
Φ
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，n
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2
T
n
nn0n0'0''
（
Rf
增减 加小
）
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因为：
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1
Φ
，
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1
Φ2
所以：磁通减小以后特性上移，而且斜率增加。
n n0 n
其中 n0
U
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，n
KT
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E
2
T
调速过程: U一定,则
Rf
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Ia
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最后达到新的平衡 T =TL
T
暂时 T > TL
(2)若忽略绕组中的电阻Ra，则
U
E
K
Φn，
E
可见，当外加电压一定时，电机转速和磁通成反
比，通过改变 可调速。
7.2.4 电磁转矩
一、电磁转矩 T KTΦI a
KT：与线圈的结构有关的常数 （与线圈大小，磁极的对数等有关）
：线圈所处位置的磁通
Ia：电枢绕组中的电流
单位： （韦伯），Ia（安培），T（牛顿•米）
电机学课件
2.铁磁0材4料的1磁07导H率/m 远大于
非导磁材料的磁导率
3.铁磁材料的磁导率在较大 范围内变化，铁磁材料是非 线性的
铁磁材料的特性
在外磁场的作用下，铁磁材料内部的磁筹重 新排列，使得内部磁效应不能抵消，因而在 宏观上对外显示磁性。
铁磁材料的特性
铁磁材料磁化过程
oa段：H较弱，B缓慢增加
ab段：H较强，B迅速增加 bc段：H继续加强，B增加 变慢（饱和段） c－段：H继续加强，B增 加缓慢（深度饱和段）
Rm1
l1
1 A1
Rm3
l3
3 A 3
F 1 F 2 N 1 i 1 N 2 i 2 H 1 l 1 H 2 l 2 1 R m 1 2 R m 2
F N iH lR m
磁路基本定律及计算方法
磁路与电路的主要区别
电路 电阻率恒定 电压、电流线性 不存在饱和现象
磁路 导磁率变化 磁势、磁通非线性 有磁路饱和
铁磁材料的特性
2.磁滞与磁滞损耗
磁滞损耗： phKhfBmV P18~19
铁磁材料的特性
3.涡流与涡流损耗
pw
K2
f 2d2Bm2V
12
铁磁材料的特性
4.交流铁心损耗
pFe p1/505f0Bm 2
公式中各量纲见P20
律磁 路 基 本 定
磁路基本定律及计算方法
欧姆定律
l/N (Ai)R FmmF
发电机、变压器
电能的生产、传输和分配 电
电动机
驱动生产机械和装置 机
控制系统和智能化装置的重要元件
控制电机
电机中的基本电磁定律
1.全电流定律
lHdlI
lH d l l'H d lI I 1 I2 I3
非导磁材料的磁导率
3.铁磁材料的磁导率在较大 范围内变化，铁磁材料是非 线性的
铁磁材料的特性
在外磁场的作用下，铁磁材料内部的磁筹重 新排列，使得内部磁效应不能抵消，因而在 宏观上对外显示磁性。
铁磁材料的特性
铁磁材料磁化过程
oa段：H较弱，B缓慢增加
ab段：H较强，B迅速增加 bc段：H继续加强，B增加 变慢（饱和段） c－段：H继续加强，B增 加缓慢（深度饱和段）
Rm1
l1
1 A1
Rm3
l3
3 A 3
F 1 F 2 N 1 i 1 N 2 i 2 H 1 l 1 H 2 l 2 1 R m 1 2 R m 2
F N iH lR m
磁路基本定律及计算方法
磁路与电路的主要区别
电路 电阻率恒定 电压、电流线性 不存在饱和现象
磁路 导磁率变化 磁势、磁通非线性 有磁路饱和
铁磁材料的特性
2.磁滞与磁滞损耗
磁滞损耗： phKhfBmV P18~19
铁磁材料的特性
3.涡流与涡流损耗
pw
K2
f 2d2Bm2V
12
铁磁材料的特性
4.交流铁心损耗
pFe p1/505f0Bm 2
公式中各量纲见P20
律磁 路 基 本 定
磁路基本定律及计算方法
欧姆定律
l/N (Ai)R FmmF
发电机、变压器
电能的生产、传输和分配 电
电动机
驱动生产机械和装置 机
控制系统和智能化装置的重要元件
控制电机
电机中的基本电磁定律
1.全电流定律
lHdlI
lH d l l'H d lI I 1 I2 I3
电机学第四章课件
2 aU U a，U b a U a，U c a
ae
2
j 120
e
j 240
a e
3
j 240
e
j 120
1 cos 120 j sin 120 j 2 1 cos 240 j sin 240 j 2
Exit
第10页
电机学
• 逆变换
1 2 Ua （Ua aUb a Uc） 3 1 2 Ua （Ua a Ub aUc） 3 1 Ua 0 （Ua Ub Uc） 3
2 U a a U 1 a a 1 2 Ua 3 1 a a Ub U U 1 1 1 a0 c
Exit
第28页
电机学
I (Z Z ) U a0 a0 2 m0 I a 0 Z2 E 0 I Z U E A 0 0 a 0 m0
• 步骤4. 求解电压、电流
一次侧星形连接，无I0通路，相电流只有正、负序分量
I I I I 2I I A A A a a 3 I I a2I aI I B B B a a
电机学
第四章 三相变压器的不对称运行
• 第一节 概述 • 第二节 对称分量法
• 第三节 三相变压器的各序阻抗及等效电路 • 第四节 三相变压器Yyn连接单相运行
Exit
第 1页
电机学
第一节 概述
• 三相变压器实际运行时，可能出现各种不对称运行 的情况。例如：单相负载或某一相断开检修等 • 对Yyn联结组，不对称负载会引起中点偏移，导致 二次侧相电压发生较大的变化 • 三相电流不对称：各相电流大小可能不相同，相位 也不依次差120º • 分析不对称运行采用的方法是“对称分量法”
ae
2
j 120
e
j 240
a e
3
j 240
e
j 120
1 cos 120 j sin 120 j 2 1 cos 240 j sin 240 j 2
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电机学
• 逆变换
1 2 Ua （Ua aUb a Uc） 3 1 2 Ua （Ua a Ub aUc） 3 1 Ua 0 （Ua Ub Uc） 3
2 U a a U 1 a a 1 2 Ua 3 1 a a Ub U U 1 1 1 a0 c
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电机学
I (Z Z ) U a0 a0 2 m0 I a 0 Z2 E 0 I Z U E A 0 0 a 0 m0
• 步骤4. 求解电压、电流
一次侧星形连接，无I0通路，相电流只有正、负序分量
I I I I 2I I A A A a a 3 I I a2I aI I B B B a a
电机学
第四章 三相变压器的不对称运行
• 第一节 概述 • 第二节 对称分量法
• 第三节 三相变压器的各序阻抗及等效电路 • 第四节 三相变压器Yyn连接单相运行
Exit
第 1页
电机学
第一节 概述
• 三相变压器实际运行时，可能出现各种不对称运行 的情况。例如：单相负载或某一相断开检修等 • 对Yyn联结组，不对称负载会引起中点偏移，导致 二次侧相电压发生较大的变化 • 三相电流不对称：各相电流大小可能不相同，相位 也不依次差120º • 分析不对称运行采用的方法是“对称分量法”
电机学课件--华北电力大学(保定)
L2
结论二：作用在闭合磁路上的总的磁 动势，等于各段磁路上磁压降之和。
i2
L1
22
0.5.2 磁路定律
（3）磁路欧姆定律
某段磁路的磁压降
定义磁阻 Rmi =
Hi Li Li
μi Si
=
Bi
μi
Li
=
Φ Si
μi
Li
L3
= Φ Li
μi Si
L4 L3
磁导的定义
Λ mi
=
1 Rmi
=
μi Si
（A/m2） 磁通密度 B
（Wb/m2）
电动势 E
（V） 磁动势 F= wi
（AT）
电阻 R=ρl∕S
（Ω）
电导 G=1∕R
（S）
电压降 U=I R
（V）
节点电流定律 Σ i=0
磁阻 Rm=lm∕(μSm) （1/H）
磁导 Λm=1∕Rm （H）
磁压降 Φ Rm
（A）
磁通连续性原理 ΣΦ =0
回路电压定律 Σ e=Σ u 电路欧姆定律 I=U∕R
社. 1996. 李发海主编. 电机学（第三版）. 科学出版社. 2001. 孙旭东主编. 电机学习题与例题. 科学出版社. 2001. 辜承林主编. 电机学. 华中科技大学出版社. 2001. 龚世缨主编. 电机学实例解析. 华中科技大学出版社. 2001.
2
公共邮箱
3
绪论
0.1 概述 0.2 电机的分类 0.3 电机所用材料 0.4 铁磁材料的磁性能 0.5 主要电磁定律复习 0.6 电机中的能量守恒及效率
f 为磁场交变的频率，Bm为磁通密度的最大值。
z
电机学第3章第1学期直流电机PPT课件
结构较复杂
直流电机
成本较高 可靠性稍差
使它的应用受到 限制
5
3.1 直流电机的工作原理及结构
1. 直流电动机的工作原理
电刷
＋ U －
N
S 换向片
N
＋
U
－
S
线圈边切割磁感线会产生什么？
6
直流电机模型
磁极
产生旋转
支柱
半环形 金属环
7
直流电机模型
转轴
换向片
电刷
8
直流电机模型
转向 电流方向 换向片
线圈 磁极
③ 换向器 ④ 转轴与风扇
(a) 转子主体 直流电机的转子
19
(b) 电枢铁心冲片
20
21
电枢铁心
作用：1、主磁路的一部分； 2、电枢绕组的支撑部件。
构成：一般用厚0.5㎜且冲有齿、槽的DR530 或DR510的硅钢片叠压夹紧而成。
电枢绕组
作用：直流电机的电路部分。
构成：用绝缘的圆形或矩形截面的导线绕成，上下 层以及线圈与电枢铁心间要妥善地绝缘，并用
电枢绕组的连接规律是通过绕组的节距来表征的。
（1）第一节距y1
一个元件的两条有效边在电枢表面上所跨的虚槽数，称 为第一节距，用y1表示。
常采用短距绕组，可节省用铜。
y1
y1
Zi 2p
=整数
y1
整距绕组 短距绕组 长距绕组
+ Ia
If +
+ I Ia If
他 Ua
M
Uf
U
M
并
励－
－
－
励
+I
串U
励－
Ia
M
电机学第三章课件
Exit
第35页
电机学
各变压器的输出功率分配关系为：
SⅠ n S 1 Z ki i 1 1 Z kⅡ S SⅡ n 1 Z ki i 1 1 Z kn Sn n S 1 Z ki i 1 1 Z kⅠ
1 总的负载电流为： I 2 U 1 k U 2 i 1 Z ki
n
Exit
第34页
电机学
各变压器的负载电流分配关系为：
I2 n 1 Z ki i 1 1 Z kⅡ I I 2Ⅱ 2 n 1 Z ki i 1 1 Z kn I2 I 2n n 1 Z ki i 1 I Ⅰ 2 1 Z kⅠ
特点：各相电流的三次谐波分量是同相位的！
Exit
第18页
电机学
饱和时正弦磁通必须由尖顶的励磁电流产生
第19页
Exit
电机学
由于三次谐波电流在时间上是同相位的，它们能否 流通取决于三相绕组的连接方法。 一次侧YN连接：三次谐波电流可以通过N线流通， 不论二次侧如何连接，各相磁化电流均为尖顶波， 铁芯中的磁通为正弦波，二次侧各相电动势也为正 弦波。 一次侧Y连接：三次谐波电流不能流通，铁芯中 的磁通波形和二次侧各相电动势波形与变压器的构 造及二次侧的连接有关。
电机学exit第一节三相变压器的磁路第二节三相变压器的连接组第三节三相变压器绕组连接法及其磁路系统对电势波形的影响第四节变压器的并联运行电机学exit第一节三相变压器的磁路一各相磁路彼此独立用三个单相变压器构成三相变压器组
电机学
第三章 三相变压器及运行
• 第一节 三相变压器的磁路 • 第二节 三相变压器的连接组
第35页
电机学
各变压器的输出功率分配关系为：
SⅠ n S 1 Z ki i 1 1 Z kⅡ S SⅡ n 1 Z ki i 1 1 Z kn Sn n S 1 Z ki i 1 1 Z kⅠ
1 总的负载电流为： I 2 U 1 k U 2 i 1 Z ki
n
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电机学
各变压器的负载电流分配关系为：
I2 n 1 Z ki i 1 1 Z kⅡ I I 2Ⅱ 2 n 1 Z ki i 1 1 Z kn I2 I 2n n 1 Z ki i 1 I Ⅰ 2 1 Z kⅠ
特点：各相电流的三次谐波分量是同相位的！
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电机学
饱和时正弦磁通必须由尖顶的励磁电流产生
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电机学
由于三次谐波电流在时间上是同相位的，它们能否 流通取决于三相绕组的连接方法。 一次侧YN连接：三次谐波电流可以通过N线流通， 不论二次侧如何连接，各相磁化电流均为尖顶波， 铁芯中的磁通为正弦波，二次侧各相电动势也为正 弦波。 一次侧Y连接：三次谐波电流不能流通，铁芯中 的磁通波形和二次侧各相电动势波形与变压器的构 造及二次侧的连接有关。
电机学exit第一节三相变压器的磁路第二节三相变压器的连接组第三节三相变压器绕组连接法及其磁路系统对电势波形的影响第四节变压器的并联运行电机学exit第一节三相变压器的磁路一各相磁路彼此独立用三个单相变压器构成三相变压器组
电机学
第三章 三相变压器及运行
• 第一节 三相变压器的磁路 • 第二节 三相变压器的连接组
电机学基础知识PPT课件
2021年5月27日星期四
11
第11页/共45页
电机与电力拖动的发展概况
2．电力拖动的发展概况 最初电动机拖动代替了蒸汽或水力的拖动； 当时电动机拖动生产机械的方式是通过天轴来实
现的，称为“成组拖动”。 即由一台电动机拖动一组生产机械，从电动机到
各种生产机械的能量传送以及在各生产机械之间的能 量分配完全用机械的方式，靠天轴及机械传动来实现。
2021年5月27日星期四
10
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电机与电力拖动的发展概况
随着自动控制系统和计算机装置的发展，在一般旋 转电机的理论基础上，又发展了许多种可靠性，高 精度、快速响应的控制电机，成为电机学科的一个 独立的分支。
我国的电机工业在建国以来发生了巨大的变化。现 在已建立了自己的工业体系，有统一的国家标准、 统一的电机、变压器系列，能生产成套的大、小型 火力和水力发电设备，基本上能生产满足国民经济 生产需要的各种电机。
2021年5月27日星期四
1
第1页/共45页
电机与电力拖动的发展概况
二、按运动方式及电源性质分类
静止电机-----------------变压器
电机
直流发电机 直流电机
直流电动机
旋转电机
异步电机 异步电动机
交流电机
异步发电机
同步发电机 同步电机
同步电动机
控制电机
2021年5月27日星期四
2
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1.2.1 磁场的基本物理量 一、磁感应强度
磁感应强度B
表示磁场内某点磁场强弱和方向的物理量。
磁感应强度B的方向
与电流的方向之间符合右手螺旋定则。
磁感应强度B的大小
B
F Il
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电机学精品课程
21、静念园林好，人间良可辞。 22、步步寻往迹，有处特依依。 23、望云惭高鸟，临木愧游鱼。 24、结庐在人境，而无车马喧；问君 何能尔 ？心远 地自偏 。 25、人生归有道，衣食固其端。
56、书不仅是生活，而且是现在、过 去和未 来文化 生活的 源泉。 ——库 法耶夫 57、生命不可能有两次，但许多人连一 次也不 善于度 过。— —吕凯 特 58、问渠哪得清如许，为有源头活水来 。—— 朱熹 59、我的努力求学没有得到别的好处， 只不过 是愈来 愈发觉 自己的 无知。 ——笛 卡儿
拉
60、生活的道一旦选定，就要勇敢地 走到底 ，决不 回头。 ——左
21、静念园林好，人间良可辞。 22、步步寻往迹，有处特依依。 23、望云惭高鸟，临木愧游鱼。 24、结庐在人境，而无车马喧；问君 何能尔 ？心远 地自偏 。 25、人生归有道，衣食固其端。
56、书不仅是生活，而且是现在、过 去和未 来文化 生活的 源泉。 ——库 法耶夫 57、生命不可能有两次，但许多人连一 次也不 善于度 过。— —吕凯 特 58、问渠哪得清如许，为有源头活水来 。—— 朱熹 59、我的努力求学没有得到别的好处， 只不过 是愈来 愈发觉 自己的 无知。 ——笛 卡儿
拉
60、生活的道一旦选定，就要勇敢地 走到底 ，决不 回头。 ——左