电机学课件Ch4_2EMF
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《电机学完整》课件
直流电机控制精度高，响应速度快，适用于需要精确控制速度的场合。
直流电机控制精度高，响应速度快，因此适用于需要精确控制速度的场合，如数控机床、机器人等。同时，直流电机也具有较好的过载能力和启动性能。
总结词
通过改变交流电机的输入电源频率、电压或相位，实现对交流电机启动、制动、调速的目的。
总结词
交流电机结构简单、价格便宜、维护方便，适用于大规模生产和应用。
交流电机是指输入交流电能，输出机械能的电机。
根据工作原理的不同，交流电机可以分为异步电机和同步电机两大类。
交流电机具有结构简单、维护方便、可靠性高等优点，因此在电力、冶金、化工等领域得到广泛应用。
电机的运行原理
直流电机的基本结构
01
直流电机由定子和转子组成，定子包括主磁极和励磁绕组，转子包括电枢绕组和换向器。
专业保养
可能是电源问题、电机内部故障或负载过大。需要检查电源、电机和负载情况，找出具体原因并解决。
启动困难
可能是电机过载、通风不良或润滑不足。需要检查电机的运行状态、通风情况以及润滑情况，找出具体原因并解决。
过热
可能是电机内部有故障、轴承损坏或机械不平衡作原理
02
当直流电流通过励磁绕组时，主磁极产生磁场；当电枢绕组中有电流通过时，受到磁场的作用而产生电磁转矩，从而使转子转动。
直流电机的调速与控制
03
通过改变输入到电枢绕组的电流大小或方向，可以调节直流电机的转速或转向。
交流电机分为异步电机和同步电机，异步电机主要由定子和转子组成，同步电机还包括励磁绕组和集电环。
详细描述
交流电机结构简单、价格便宜、维护方便，因此在大规模生产和应用中得到广泛应用。同时，交流电机也具有较高的效率和可靠性。
直流电机控制精度高，响应速度快，因此适用于需要精确控制速度的场合，如数控机床、机器人等。同时，直流电机也具有较好的过载能力和启动性能。
总结词
通过改变交流电机的输入电源频率、电压或相位，实现对交流电机启动、制动、调速的目的。
总结词
交流电机结构简单、价格便宜、维护方便，适用于大规模生产和应用。
交流电机是指输入交流电能，输出机械能的电机。
根据工作原理的不同，交流电机可以分为异步电机和同步电机两大类。
交流电机具有结构简单、维护方便、可靠性高等优点，因此在电力、冶金、化工等领域得到广泛应用。
电机的运行原理
直流电机的基本结构
01
直流电机由定子和转子组成，定子包括主磁极和励磁绕组，转子包括电枢绕组和换向器。
专业保养
可能是电源问题、电机内部故障或负载过大。需要检查电源、电机和负载情况，找出具体原因并解决。
启动困难
可能是电机过载、通风不良或润滑不足。需要检查电机的运行状态、通风情况以及润滑情况，找出具体原因并解决。
过热
可能是电机内部有故障、轴承损坏或机械不平衡作原理
02
当直流电流通过励磁绕组时，主磁极产生磁场；当电枢绕组中有电流通过时，受到磁场的作用而产生电磁转矩，从而使转子转动。
直流电机的调速与控制
03
通过改变输入到电枢绕组的电流大小或方向，可以调节直流电机的转速或转向。
交流电机分为异步电机和同步电机，异步电机主要由定子和转子组成，同步电机还包括励磁绕组和集电环。
详细描述
交流电机结构简单、价格便宜、维护方便，因此在大规模生产和应用中得到广泛应用。同时，交流电机也具有较高的效率和可靠性。
电机学学习课件教学课件PPT直流电动机
Electrical Machinery
一、基本方程式
（1）电流方程 （2）电势平衡式
I I f Ia
U
I
Te,n
If Ia
Ea Ra
Rf
电枢回路： U Ea Ia (Ra R )
励磁回路：
U I f Rf
U > Ea
重要的转速公式
n U Ia (Ra R ) Ce
School of Electrical and Engineering , Jiangsu University
Electrical Machinery
人为特性的几点补充
（1）考虑电枢反应时，会使机械特性上翘。影响稳定 性。通过补偿绕组改善。
（2）机械特性的确定。特殊点（n0，0），（nN，TN)
（3）通过电机的数据铭牌估算机械特性
n0
UN Ce N
,
Ce N
EaN nN
UN
I N Ra nN
School of Electrical and Engineering , Jiangsu University
Te CT
Ra
n
U Ce
Ra CeCT 2
Te
n
可得
Ra CeCT 2
机械特性是稍下降的直线， 计及饱和， 成为水平或上翘。
Te
School of Electrical and Engineering , Jiangsu University
Electrical Machinery
硬特性:从并励电动机转速随所需电磁转矩的增加而 稍有变化。
Electrical Machinery
电枢回路串电阻的人为机械特性
电枢串电阻人为特性的特点： （1）理想空载转速n0与固有机械特性的n0相同；
一、基本方程式
（1）电流方程 （2）电势平衡式
I I f Ia
U
I
Te,n
If Ia
Ea Ra
Rf
电枢回路： U Ea Ia (Ra R )
励磁回路：
U I f Rf
U > Ea
重要的转速公式
n U Ia (Ra R ) Ce
School of Electrical and Engineering , Jiangsu University
Electrical Machinery
人为特性的几点补充
（1）考虑电枢反应时，会使机械特性上翘。影响稳定 性。通过补偿绕组改善。
（2）机械特性的确定。特殊点（n0，0），（nN，TN)
（3）通过电机的数据铭牌估算机械特性
n0
UN Ce N
,
Ce N
EaN nN
UN
I N Ra nN
School of Electrical and Engineering , Jiangsu University
Te CT
Ra
n
U Ce
Ra CeCT 2
Te
n
可得
Ra CeCT 2
机械特性是稍下降的直线， 计及饱和， 成为水平或上翘。
Te
School of Electrical and Engineering , Jiangsu University
Electrical Machinery
硬特性:从并励电动机转速随所需电磁转矩的增加而 稍有变化。
Electrical Machinery
电枢回路串电阻的人为机械特性
电枢串电阻人为特性的特点： （1）理想空载转速n0与固有机械特性的n0相同；
电机学华中科大课件Ch42课件
y1
π) 2
2( NcEc1)k y1
Y.Q.Xiong 2006-5 《电机学》第4章 交流绕组的基本理论——电动势
4
3. 线圈组电动势与分布系数
sin q1
Eq1
qE y1
q sin
2
1
qEy1kq1
2
分布系
数
sin q1
kq1
q sin
2
1
2
★ kq1≤1 ★ 对于集中绕组（q=1）
kq1=1
(星形联接)
(三角形联接)
③ 采用短距绕组
采用节距
y1
可以消除次谐波
④ 采用分布绕组
例如：当q＝6时，kq1=0.9561， kq3=0.6440，kq5=0.1927。
Y.Q.Xiong 2006-5 《电机学》第4章 交流绕组的基本理论——电动势
12
Y.Q.Xiong 2006-5 《电机学》第4章 交流绕组的基本理论——电动势
5
4. 相电动势与绕组系数
✓ 相电动势等于并联支路的支路电动势。
✓ 每条支路所串联的各线圈组的电动势都是同大小、同相 位，可以直接相加。
✓ 对于单层绕组，每相有p个线圈组，每条支路有p/a个线 圈组；对于双层绕组，每相有2p个线圈组，每条支路有 2p/a个线圈组。
✓ 基波相电动势有效值Eφ1为
E1
p a
Eq1
4.44
f
2p a
Eq1
4.44
f
pqNc a
k y1kq1Φ1
2
pqNc a
k y1kq1Φ1
(单层绕组) (双层绕组)
Y.Q.Xiong 2006-5 《电机学》第4章 交流绕组的基本理论——电动势
《电机学》课件 第一章
2. 本课程与电力行业的紧密联系
a 对于电力系统自动化专业的技术人员，必然要从事电力系统 稳定性的研究，则首先要了解各电气设备的特性； b 对于从事电气工程自动化专业的技术人员，要搞清楚所控 制的对象及其各类电动机的特性，才能搞好自动控制
1-1 概述
三、学习《电机学》的什么内容
• •
电机的原理、结构、特性和应用 直流电机、变压器、异步电机、 同步电机
3、电磁力定律
载流导体在磁场中要受到力的作用—电磁力
F Bli
左手定则
1-3 基本电磁定律
电机可逆性原理
如在电机轴上外施机械功率，通过电机导体在磁场中 作用产生感应电势可输出电功率；如在电机电路中从电 源输入电功率，则载流导体在磁场作用下可使电机旋转 而输出机械功率。
任何电机既可以作为发电机运行，又可以作 为电动机运行。 不论用作发电机或电动机，感应电势和电磁 力都同时作用于导体。
1-2 磁路及磁路定律
•
2、磁路的欧姆定律
H dl Hl Ni
B /A Ni F m F L /( A ) R m
H B/
1-2 磁路及磁路定律
3、磁路的基尔霍夫第一定律 定律内容: 穿出(或进入)任一闭和面的总磁通量恒 等于零(或者说，进入任一闭合面的磁通量恒等 于穿出该闭合面的磁通量)，这就是磁通连续性 定律。
1-4 铁磁材料及特性
2、铁磁材料
•
软磁材料--磁滞回线窄，HC及Br小
•
•
硬磁材料--磁滞回线宽，HC及Br大
HC及Br大，难退磁---永磁材料
1-4 铁磁材料及特性
1-4 铁磁材料及特性
1-4 铁磁材料及特性
电机学 ch4 异步电机 2009
4.13 单相异步电动机简介
2013-10-7 河海大学 电气学院
1
第一节 异步电机的基本类型与结构 前言
异步电机又称感应电机是交流电机的一种。 优点：结构简单、制造、使用和维护方便，运行可靠，效率较高、价 格较低。 缺点：1.调速和起动性能不佳; 2.功率因数总是滞后的，增加了电力系统的无功负担。 应用：总的来说：主要作为电动机使用，是当今应用最广，需要量最 大的一种电机。 结构：定子、转子、空气隙、端盖、轴承和机座等部件。
2013-10-7 河海大学 电气学院
24
第四节 转子转动时的异步电机及其等效电路
1、转子转动后对转子各物理量的影响 从电路角度看，转子转动后转子频率的变化将影响 转子电动势和漏抗等参数的变化。
转子电流的频率 f 2 sf1
转子电动势 E sE 2s 2 转子漏抗 x2 s sx2 转子转动后转子回路电压平衡式
河海大学 电气学院
26
第四节 转子转动时的异步电机及其等效电路
转子静止： 0 E2 I 2 r2 jI 2 x2 E2 I2 r2 jx 2
转子转动： 0 E2 s I 2 r2 jI 2 x2 s E2 s sE 2 E2 E2 I2 1 s r2 jx 2 s r2 jx 2 s r2 jx r2 r2 jx 2 2 s s 1 x 1 x s 2 2 相位角相同 : 2 tg tg 2 r2 r2 s
U 1 E1 I1 ( r1 jx1 ) I ( r2 jx ) 0 E2 2 2 s I1 I m ( I 2 ) E E
1 2
《电机学课件》PPT课件
• 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》
05.12.2020
.
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
• 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
•
Stephen J.Chapman, Electric Machinery
Fundamentals, McGRAW-HILL International
Editions
• 参考书：汪国梁主编《电机学》 返回
05.12.2020
.
15
变压器图片、图形、动画
变压器的空载运行 变压器运行特性 三绕组变压器 三绕组变压器向量图 变压器外特性 TR三次谐波磁通路径 YYN变压器组中性点浮动 三相变压器组铁芯磁通波形 相量图
变压器参数测定 变压器暂态运行 自耦变压器 互感器 对称分量合成 变压器并联运行 T形电路 三相变压器
05.12.2020
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。
05.12.2020
.
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。
• 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》
05.12.2020
.
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
• 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
•
Stephen J.Chapman, Electric Machinery
Fundamentals, McGRAW-HILL International
Editions
• 参考书：汪国梁主编《电机学》 返回
05.12.2020
.
15
变压器图片、图形、动画
变压器的空载运行 变压器运行特性 三绕组变压器 三绕组变压器向量图 变压器外特性 TR三次谐波磁通路径 YYN变压器组中性点浮动 三相变压器组铁芯磁通波形 相量图
变压器参数测定 变压器暂态运行 自耦变压器 互感器 对称分量合成 变压器并联运行 T形电路 三相变压器
05.12.2020
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。
05.12.2020
.
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。
电机学课件ppt课件
ppt精选版
T
暂时 T > TL
26
3.减小 调速的特点：
（1）调速平滑，可做到无级调速，但只能向上调， 受机械本身强度所限，n不能太高。
（2）调的是励磁电流（该电流比电枢电流小得多）， 调节控制方便。
ppt精选版
27
二、改变电枢电压调速
1.特性曲线
nn0 n 其中
n0
U
K
Φ
E
，n
KT
Ra
KEΦ2
E
K
Φn
E
T K TΦI a
他励
nKU EΦKTK RaEΦ2T
即：nn0 n
其中
Φ n U 0
K ppt精选版 E
，n
Ra
Φ K K 2 T E 17
T
nn0 n 其中
n0
U
K
Φ
E
，n
KT
Ra
KEΦ2
T
n0： 理想空载转速,即T=0时的转速。（实际工作 时,由于有空载损耗，电机的T不会为0。）
U
K
Φ
E
，n
KT
Ra
KEΦ2
T
If的调节有两种情况：
• Rf If n ，但在额定情况下， 已接 近饱和，If 再加大，对 影响不大，所以这种增加
磁通的办法一般不用。
• Rf If n ，减弱磁通是常用的调速方
法。
概念：改变磁通调速的方法—
减小磁p通pt精，选版n只能上调。
24
2.特性的变化
的电流过大。
M
Uf
制动
ppt精选版
38
（2）能耗制动 — 电枢断电后立即接入一个电阻。
完整电机学PPT课件
应用范围扩大
2020年1月16日星期四
《电机学》 第一章 导论
1.3 电机中磁路基本定律
1. 全电流定律—安培环路定律
LH dl I
i1 dl
式中，若电流的正方
向与闭合回线L的环行方 向符合右手螺旋关系时，
H
i取正号，否则取负号。
21
i2 i3
L
2020年1月16日星期四
L H dl i1 i2 i3
或磁通不变，而线圈在转动。
对特种电机还可以是磁通随时间脉动，而线圈也在转 动
f (x,t)
d dt dx t x
e N d
dt
e N t Nv x eT ev
2020年1月16日星期四
《电机学》 第一章 导论
26
e
《电机学》 第一章 导论
29
② 运动电动势
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——运动
电动势。
e
N
t
Nv
x
eT
ev
e Blv
感应电动势的方向_右手定则
2020年1月16日星期四
《电机学》 第一章 导论
30
③ 电磁力定律
《电机学》 第一章 导论
38
分析磁化曲线，分四段
在oa段：当H增大→B增大，但B 增大速度较慢
在ab段：当H增大→B增大，B增 大速度快；
在bc段：B随H增大的速度又较慢； 在cd段：为磁饱和区（又呈直线
段）。其中拐弯点b称为膝点；c 点为饱和点。 过了饱和点c，铁磁材料的磁导 率趋近μ 0。
2020年1月16日星期四
《电机学》 第一章 导论
1.3 电机中磁路基本定律
1. 全电流定律—安培环路定律
LH dl I
i1 dl
式中，若电流的正方
向与闭合回线L的环行方 向符合右手螺旋关系时，
H
i取正号，否则取负号。
21
i2 i3
L
2020年1月16日星期四
L H dl i1 i2 i3
或磁通不变，而线圈在转动。
对特种电机还可以是磁通随时间脉动，而线圈也在转 动
f (x,t)
d dt dx t x
e N d
dt
e N t Nv x eT ev
2020年1月16日星期四
《电机学》 第一章 导论
26
e
《电机学》 第一章 导论
29
② 运动电动势
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——运动
电动势。
e
N
t
Nv
x
eT
ev
e Blv
感应电动势的方向_右手定则
2020年1月16日星期四
《电机学》 第一章 导论
30
③ 电磁力定律
《电机学》 第一章 导论
38
分析磁化曲线，分四段
在oa段：当H增大→B增大，但B 增大速度较慢
在ab段：当H增大→B增大，B增 大速度快；
在bc段：B随H增大的速度又较慢； 在cd段：为磁饱和区（又呈直线
段）。其中拐弯点b称为膝点；c 点为饱和点。 过了饱和点c，铁磁材料的磁导 率趋近μ 0。
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k N 1 k y1k q1 0.9397 0.9561 0.8984
(1) Ec1=2.22fΦ1=2.22×50×2.63 V＝291.9 V (2) Ey1=4.44Ncky1fΦ1=4.44×1×0.9397×50×2.63V=548.7V (3) Eq1=4.44qNckN1fΦ1=4.44×6×1×0.8984×50×2.63=3147 V (4) Eφ1=4.44NkN1fΦ1=4.44×12×0.8984×50×2.63 V=6294 V
pn1 f 60
Φ1
为感应电动势频率
为基波磁场每极磁通量
2. 线圈电动势与短距系数
短距系数
y1 π k y1 sin( ) 2
★ ky1≤1 ★ 对于整距线圈 ky1=1
y1 π E y1 2( N c Ec1 ) sin( ) 2( N c Ec1 )k y1 2
3. 线圈组电动势与分布系数
Z 36 槽 18 槽 2 p 2 1 p 360 1 360 1 10 Z 36 Z 36 q 6 2mp 2 3 1 每槽导体数 2 Nc 1 2 2 2 pqN c 2 1 6 1 N 12 a 1
槽距电角
q1 sin 2 qE k Eq1 qE y1 y1 q1 1 q sin 2 分布系 数 q sin 1 2 k
q1
q sin
1
2
★ kq1≤1 ★ 对于集中绕组 kq1=1
4. 相电动势与绕组系数
相电动势等于并联支路的支路电动势。 每条支路所串联的各线圈组的电动势都是同大小、同相 位，可以直接相加。 对于单层绕组，每相有p个线圈组，每条支路有p/a个线 圈组；对于双层绕组，每相有2p个线圈组，每条支路有 2p/a个线圈组。 基波相电动势有效值Eφ1为
线圈 电动 势
线圈组电动势
支路电动势
相电动势
一、基波电动势
1. 导体电动势
p对极电机，气隙 磁场空间分布为p个正弦 波的磁场称为基波磁场 ，基波磁场在绕组中感 应的电动势为基波电动 势。 当p对极的正弦分布 磁场以转速n1 切割导体 时，在导体中感应电动 势为正弦波，其有效值 为
π Ec1 fΦ1 2.22 fΦ1 2
pqN c p Eq1 4.44 f k y1kq1Φ1 a a E1 2p 2 pqN c Eq1 4.44 f k y1kq1Φ1 a a
(单层绕组) (双层绕组)
pqN c (单层绕组) a N 2 pqN c (双层绕组) a k N 1 k y1k q1 绕组系数
E E21 E23 E25 E27 ...
3. 削弱谐波电动势方法
① 使气隙中磁场分布尽可能接近正弦波。
② 采用对称的三相绕组，消除线电动势中 3及3的倍数次谐波
El 3 E21 E25 E27 ... El E21 E25 E27 ... (星形联接) (三角形联接)
相电动势统一计算式
相绕组串联匝数
E1 4.44 fNkN 1Φ1
例 一台汽轮发电机，定子槽数Z=36，极数2p=2，采用双层叠 绕，节距y1=14，每槽2根导体，并联支路数a=1，频率为50Hz 。每极磁通量Φ1=2.63Wb。试求：(1) 导体电动势Ec1；(2) 线 圈电动势Ey1；(3) 线圈组电动势Ｅq1；(4) 相电势Eφ1。 解 极距
电机学 Electric Machinery
（第4章 交流绕组—电动势）
华中科技大学 电气与电子工程学院
4.2 交流绕组电动势
基波电动势
导体电动势 线圈电动势与短距系数 线圈组电动势与分布系数 相电动势与绕组系数
谐波电动势及其削弱方法
气隙磁场谐波分量 谐波电动势 削弱谐波电动势方法
二、谐波电动势及其削弱方法
1. 气隙磁场谐波分量
气隙磁场空间分布非 正旋，分解为基波和一 系列谐波。 主磁极产生的谐波磁 场性质：
次谐波磁场： 极对数 p p 极距
转速 n n1
主磁极产生的气隙磁场波形及其分解
2. 谐波电动势
ν次谐波磁场在定子绕组中感 应的ν次谐波电动势频率 ν次谐波电动势有效值
③ 采用短距绕组 ④ 采用分布绕组
采用节距 y1 可以消除次谐波
例如：当q＝6时，kq1=0.9561，
kq3=0.6440，kq5=0.1927。
p n pn1 f f 60 60
E 2πNk N f Φ 4.44 Nk N f Φ
k y y1 π sin( ) k q 2 q1 sin 2 1 q sin 2 k N k y k q
当算出基波和各次谐波电动势的有效值后，可得出相电动 势的有效值为
每极每相槽数 线圈匝数 每相串联匝数
短距系数
分布系数 绕组系数
y1 π 14 π k y1 sin( ) sin( ) 0.9397 2 18 2 q 6 10 sin 1 sin 2 2 0.9561 k q1 1 10 6 sin q sin 2 2