电机学概论
电机学-概论
E
注：电压降方向指电压降落方向；电动势方向指电动势升高方向。
概论
§0-3 研究电机常用的电磁定律
电路定律
电路欧姆定律
U R U I Z I
I
U
Z
式中：Z＝R＋jX为电路的复阻抗，X为电抗， 则：
U
U U U I R jX z z U U U 或I R jX z z R2 X 2 X tg 1 R z
变压器（Transformer） 交流电机 同步电机(Synchronous machine) 异步电机(Asynchronous machine)
概论
电机的分类－按用途分类
变压器（Transformer）－将某一等级的交流电压与电流 转变成另一等级的交流电压与电流的静止电器。
概论
§0-1 电机的作用及主要类型
电机是根据电磁感应定律和电磁力定律实现电能和 机械能之间相互转换的机械。
机械 系统 电机 电系统
表示发电机运行 表示电动机运行
电系统
变意图
概论
电机的分类－按电流形式分类
直流电机（Direct current machine）－电机输入或输出 的能量为直流电能。 交流电机（Alternating current machine）－电机输入或 输出的能量为交流电能。主要包括：
概论
三、存在磁滞现象 磁滞回线：磁化曲线可以用实验 测取。在实验中，当H由零上升 到某个最大值Hm后再逐渐减小， 过零后继续反向磁化，直到磁场 强度为-Hm，之后又磁化到+Hm， 如图0-4所示。该闭合曲线称为 铁磁材料的磁滞回线。
注：不同的铁磁材料有不同的磁滞 回线形状。 对于同一铁磁材料，Hm愈大， 则磁滞回线的面积愈大。
《机电设备概论》课程标准
《机电设备概论》课程标准课程代码：学时： 66 学分： 4一、课程的地位与任务《机电设备概论》是一门主干专业课程，其先修课程为《机械基础》、《液压与气压传动》、《电工技术基础与技能》、《电子技术基础与技能》。
通过《机电设备概论》课程的学习，使学生具备从事相关专业工作所必需的机电设备基本知识，具备一定对机电设备工作原理、主要结构的分析能力及对常见故障现象的认识能力。
二、课程的主要内容和学时分配1. 课程的主要内容第一章绪论第一节机电设备的发展概述（1）机电设备的发展历史（2）机电设备的发展趋势第二节本课程的主要内容和任务（1）本课程的主要内容（2）本课程的主要任务第二章机电设备的分类及应用第一节机电设备的分类（1）按机电设备的用途分类（2）按国民经济行业分类第二节金属切削机床（1）金属切削机床的分类（2）金属切削机床的型号（3）金属切削机床的技术性能与含义第三节起重设备（1）概述（2）普通桥式起重机的构成第四节办公自动化设备（1）办公自动化设备的分类（2）打印机的工作原理及常见类型（3）传真机的工作原理及常见类型（4）复印机的工作原理及常见类型第三章机电设备的构成第一节动力源（1）动力源的类型（2）常用电动机性能特点及适用范围（3）电动机的选择原则第二节传动装置（1）带传动（2）齿轮传动（3）螺旋传动（4）蜗杆传动（5）链传动（6）液压与气压传动第三节检测与传感装置（1）自动检测系统的构成（2）常用传感器第四节控制系统（1）控制系统的基本构成（2）控制系统的分类及应用（3）常用的电气控制系统第四章典型机电设备第一节卧式车床（1）卧式车床的工艺范围（2）车床的总布局与构成（3）车床的传动系统（4）车床的主要结构（5）车床的电气控制原理（6）车床的维护与保养第二节数控机床（1）数控机床的构成及各部分功能（2）数控机床的分类、特点及应用（3）典型数控机床第三节电梯（1）电梯的发展史（2）电梯的分类（3）电梯的型号和主要参数（4）电梯的机械系统简介（5）电梯的电气控制系统简介（6）电梯的管理第四节自动化生产线（1）机械加工生产线的基本构成（2）机械加工生产线的主要类型（3）机械制造生产线上物料的运输第五节复印机（1）静电复印机的基本工作过程（2）静电复印机的应用技巧（3）静电复印机的日常维护第五章设备管理与安全使用规范第一节设备管理基本知识第二节机电设备的安全使用2. 学时分配三、课程的基本要求本课程在注重学生基础理论知识理解的同时，要求更侧重对学生实践能力的培养，并具有一定分析问题和解决问题的能力。
电气专业概论2电机与电器
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
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。
电机与拖动基础（电机学、电力拖动） 电力传动自动控制系统
电机在电能生产、传输和分配中的作用
电机在电能生产、传输和分配中的作用
电机作为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。
2、异步电机
3、同步电机
4、直流电机
5、微控控制电机
1、变压器
变压器是一种静止的电器设备，它
利用电磁感应原理，把一种电压等 级的交流电能转换成频率相同的另 一种电压等级的交流电能。
小型变压器结构
电力变压器
变压器内部结构
变压器内部结构
变压器内部结构
变压器主要分析、学习内容
2 电气工程概论_第二章_电机电器及其控制技术
牵引电 动机
电传动内燃机车动力关系示意图
电气工程专业导论
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三、电机的应用领域（续）
3、交通运输业
内燃机—电力 推进：
3）船舶
舰船内燃机—电力推进感应电动机
电气工程专业导论 21
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第二章 电机电器及其控制技术
一．电机的作用与发展简史 二．电机的分类与结构 三．电机的应用领域 四．电动机的选用与运行控制 五．电机学的研究内容 六．电器的发展历史 七．电器的分类 八．高压电器 九．低压电器
电气工程专业导论 1
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三、电机的应用领域（续）
3、交通运输业
6）磁悬浮列 车驱动
图2-25
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三、电机的应用领域（续）
3、交通运输业
7）直线电动 机轮轨车辆
电气工程专业导论
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一、电机的作用与发展简史
电机的作用
电能的生产、 传输和分配
发电机 变压器
……
驱动各种机 械和装备
电动机 机床 水泵 ……
控制电机
阀门控制 火炮控制 计算机 ……
电气工程专业导论
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《电气工程概论》第一章 电机与电器基础(第3节)课堂笔记及练习题
《电气工程概论》第一章电机与电器基础（第3节）课堂笔记及练习题主题：第一章电机与电器基础（第3节）学习时间： 2015年10月26日--11月1日内容：我们这周主要学习第一章第三节电机的部分内容，即直流电机部分，要了解直流电机的工作原理、基本结构、励磁和损耗及效率。
第一章电机与电器基础第三节电机电机是依据电磁感应定律和电磁力定律，实现电能和机械能相互转化的电磁装置。
按照电机的用途分类：可分为发电机、电动机和控制电机。
按照电机的电流类型分类：可以分为直流电机和交流电机，其中交流电机可以分为同步电机和异步电机。
按照电机的相数分类：可以分为单相电机和多相电机，如单相交流电机和最常见三相电机。
按照电机的大小尺寸、容量分类：有大、中、小和微型电机。
1.3.1 直流电机直流电机是电机的主要类型之一。
一台直流电机既可作为发电机使用，也可以作为电动机使用。
直流发电机可以用来得到直流电源，但目前大部分被整流电源所替代，主要用作电力系统中同步发电机的励磁机。
直流电动机用来输出转矩，它具有良好的启动、调速性能，所以在调速要求较高的场所应用广泛。
1．直流发电机工作原理原动机带动线圈abcd逆时针旋转，根据右手定则，ab边和cd边均产生感应电动势e，经过换向器1、2和电刷A、B把电动势e引出来，得到直流电。
当在转速一定的情况下，电动势的大小与切割导体的磁通密度有关系，而直流电机气隙处的磁通密度分布并不均匀，所以输出的电动势波形具有脉动成分。
2．直流电动机工作原理电源通过电刷1、2和换向片A、B向线圈供直流电，根据左手定则，线圈ab边产生向左力f，线圈cd边产生向右力f，线圈在f的作用下以n的转速逆时针旋转。
由此可知，（1）电机的可逆原理：直流电机可作为发电机运行，也可作为电动机运行。
（2）换向器的作用是实现电枢线圈内的交流电动势、电流与电刷的直流电压、电流之间的转化。
3．直流电机的结构直流电机主要包括转子和定子两大部分。
第1章 概论、第3章 直流电机原理
供给励磁绕组电流的方式称为励磁方式。 分为他励和自励两大类，自励方式又分并励、串励和复励三 种方式。
+
U
G
−
（1）他励：励磁电流由其它直 流电源单独供给。
I = Ia
励磁电流
+
If
Uf
−
（2）并励 发电机的励磁绕组与电 枢绕组并联。且满足
（3）串励 励磁绕组与电枢绕组串联。 且满足
Ia = I+ I f
转子
外形图
内部结构图
直流电机的结构剖面图 1—换向器；2—电刷装置；3—机座；4—主磁极； 5—换向极；6—端盖；7—风扇；8—电枢绕组；9—电枢铁心
定子结构图
直流电机的定子主磁极 1—主极铁心；2—励磁绕组；3—机座；4—电枢
转子结构图
直流电机的电枢 1—转轴；2—轴承；3—换向器； 4—电枢铁心；5—电枢绕组；6—风扇；7—轴承
主要章节
第1章 第3章 第4章 第5章 第6章 第7章 第8章 第10章 10章 12章 第12章 绪论 直流电机原理 他励直流电动机的运行 变压器 交流电机电枢绕组的电动势与磁动势 异步电动机原理 三相异步电动机的启动与制动 三相交流电动机调速 微控电机
为重点章
第1 章 概 论
电机是利用电磁感应原理工作的机械。 电机是利用电磁感应原理工作的机械。 1、电机的分类
4、本课程的特点及学习方法 本课程是一门理论性很强的专业基础课。涉及到电 磁学、动力学、热力学等学科。 在分析问题时，必须结合电机的具体结构，采用工 程观点和分析方法，在掌握基本理论的同时，还要注意 培养实验操作技能和计算方法。 建议学习方法 1）抓主要矛盾，忽略次要因素； 2）抓住重点，掌握基本概念、基本原理和主要特性； 3）运用电路原理、物理学等基本理论分析各类电机内 部的电磁物理过程； 4）分析和掌握不同电机的雷同之处，理解公式 所表达的物理概念； 5）必须做到充分预习和复习。
《电气工程概论》第一章 电机与电器基础(第1节)课堂笔记及练习题
《电气工程概论》第一章电机与电器基础（第1节）课堂笔记及练习题主题：第一章电机与电器基础（第1节）学习时间：2015年9月28日--10月4日内容：我们这周主要学习绪论以及第一节开关电器的部分内容，主要学习开关电器的技术参数，低压断路器（自动开关）的用途、分类、选择要点，低压控制器的用途、选用。
通过绪论的学习对电气工程概论这门课程有个总体的了解，同时要对低压断路器（自动开关）、低压控制的概念以及技术参数和使用方法重点掌握。
绪论1.电气工程的历史和形成电气工程是研究电磁领域的客观规律及其应用的科学技术，以电工科学中的理论和方法为基础而形成的工程技术。
根据电气工程学科的发展现状，可将其分为相对独立的五个分学科:电力系统及其自动化技术、电机与电器及其控制技术、高电压与绝缘技术、电力电子技术和电工新技术,其结构简图如下：2.电气工程的地位和发展电气工程学科在国家科技体系中具有特殊的重要地位。
1）是国民经济的一些基本工业（能源、电力、电工制造等）所依靠的技术科学；2）是另一些基本工业（交通、铁路、冶金、化工、机械等）必不可少的支持技术；3）是一些高新技术的重要科技组成部分。
3.电气工程的展望1）20世纪中叶以来，以电子信息技术为核心的新技术革命正在兴起，冲击着所有传统科学，包括基础科学、技术科学、综合科学，甚至社会科学等在内的广大领域。
2）有人统计，最近20年中的科技创造和发明超过了过去两千年中创造发明的总和。
3）在技术科学范围内，不少学科都发生了“旧貌换新颖”的变化，电工学科的巨大变化也十分显著。
第一章电机与电器基础第一节开关电器1.1.1概述1.开关电器概述(1)断路器：电力网正常工作和发生故障时关合和开断电路。
(2)隔离开关：将高压设备与电源隔离，以保证检修工作人员的安全。
(3)熔断器：电路发生故障或短路时,依靠熔件的熔断来开断电路。
(4)低压控制电器：接通和分断低压交、直流的控制电路。
其中，高压断路器是电力系统中最重要的高压开关电器，不但要用于关合、开断正常线路工作，更主要是用来在电力系统发生短路故障时自动切断短路电流。
机电概论教学大纲
机电概论教学大纲机电概论教学大纲机电概论是一门介绍机械和电气工程基础知识的课程，它为学生提供了理解和掌握机电一体化系统的基础。
本文将探讨机电概论教学大纲的重要性，以及如何设计一个全面而有效的大纲。
一、引言机电概论作为机械和电气工程领域的入门课程，对于学生打下坚实的基础非常重要。
它涵盖了机械和电气工程的基本原理、设备和技术，并介绍了机械和电气工程在现代社会中的应用。
因此，一个好的教学大纲对于培养学生的综合能力和创新思维至关重要。
二、教学目标教学大纲的第一个部分是明确教学目标。
在机电概论的大纲中，教学目标应该包括以下几个方面：1. 熟悉机械和电气工程的基本概念和术语。
2. 理解机械和电气工程的基本原理和理论。
3. 掌握机械和电气工程的基本技能和实践能力。
4. 了解机械和电气工程在现代社会中的应用和发展趋势。
三、教学内容教学大纲的第二个部分是确定教学内容。
在机电概论的大纲中，教学内容可以分为以下几个方面：1. 机械工程基础知识：包括机械元件、机械传动、机械设计等。
2. 电气工程基础知识：包括电路分析、电机原理、电气控制等。
3. 机械和电气工程的交叉知识：包括机电一体化系统、机电一体化设计等。
4. 机械和电气工程的应用案例：包括机械制造、电气自动化、智能控制等。
四、教学方法教学大纲的第三个部分是确定教学方法。
在机电概论的大纲中，教学方法应该采用多种多样的方式，包括课堂讲授、实验实践、案例分析等。
通过多种教学方法的结合，可以提高学生的学习兴趣和参与度，培养学生的实践能力和创新思维。
五、教学评价教学大纲的最后一个部分是确定教学评价方式。
在机电概论的大纲中，教学评价方式可以包括考试、实验报告、课堂讨论等。
通过多种评价方式的结合，可以全面评估学生的知识掌握和能力发展。
六、总结机电概论教学大纲的设计是培养学生机械和电气工程基础知识的关键。
一个好的教学大纲应该明确教学目标，确定教学内容，采用多种教学方法，评价学生的学习情况。
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3） 应用举例
直线电机
开关磁阻电机
高速异步电机(6000-90000r/min）
新型稀土永磁节能电机
风力发电机
潮汐发电机
§0.3.3 电机的发展展望
新要求：安全、可靠、经济、环保 ☆ 新能源技术：风力发电，波浪发电等 ☆ 机电一体化：电机、电力电子、信息技术、
微电子结合，利用调速方法实现高性能的电机 控制 ☆ 节能电机与电机的节能控制 ☆ 特殊领域新用途（电磁发射，纳米电机） ☆ 电机状态监测技术的不断进步。
1）磁通 ：可以直观地理解为磁路中所包含磁
力线条数。韦伯（Wb）
2）磁通密度 B：磁通对面积的微分。特斯拉（T）
3）磁导率 ：表示物质导磁能力的大小。
铁磁物质：铁、镍、钴及其合金等。 非铁磁物质：空气、塑料等非金属以及铜、铝等大
部分金属。
将铁磁材料这些材料放入磁场后，材料内的磁场 会显著增强。铁磁材料在外磁场中呈现很强的磁性， 此想象称为铁磁材料的磁化。
10kV 35kV
`115～230kV
G 发电厂~发电机 发电厂升压
主变压器
输电线
变电站降 压变压器
380/220V
厂用降压 变压器
发电厂升压 主变压器
3kV 低压动力及 高压动
照明负荷 力负荷
G 发电厂~发电机
用户
3kV高压动力负荷 380/220V 低压动力及
配电变压器 照明负荷
电力系统的关键设备
《电机学》
0.概 论
主要内容
(1)了解电机的作用、类型、发展及《电机学》 的学习任务
(2)掌握铁磁材料的磁化特性 (3)掌握基本电磁定律
电机定义：
根据电磁感应定律和电磁力定律实现电能和机 械能之间相互转换的机械设备
电机能量转换示意图
§0.1.1 电机在电力系统中的应用
10kV用户
变电站降 压变压器 发电机直馈线 10.5kV
1 电机中所用材料
类型
要求
导电材料
低电阻率
构成材料
紫铜、铝
其他
导磁材料
绝缘材料 冷却材料 结构材料
高磁导率、低 损耗、兼具一
定刚度
高介电强度、 高耐热性
大热容量和导 热率
机械强度好
硅钢
云母
气体：空气、氢气 液体：油、水 铸铁、铸钢、钢板
铝合金、塑料
A、E、B、 F、H、C级
2 与电机磁路相关的几个重要物理量
关键：听课与自主学习紧密结合(不迟到,不缺课)； 环节：熟悉教材，多媒体课件，及时独立完成作业。
2) 实践环节
☆ 利用基础实验室现有条件 完成课堂教学实验。
☆ 投入科研实践,积极参加大学生创新性实验以及 挑战杯等课外科技项目，参与我校研究生及教师 的科研项目，展开适合本人的工作。
§0.5 铁磁材料及其特性
至今保留在美国麻省理工学院 的由爱迪生发明的一种直流电动机
§0.3.2 电机的发展现状
1） 电力系统 ☆ 汽轮发电机最大容量已达1800MW ☆ 700MW水轮发电机, 三峡电站 ☆ 特高压输电1000kV变压器
2） 其他领域 ☆ 军事领域，电磁发射技术 ☆ 智能自动化领域，纳米电机与微型机器人技术 ☆ 信息领域，雷达驱动 ☆ 航天航空航海领域，生物医学领域 ……
CPU风扇
机器人
血管机器人
§0.1.2 电机在现代生活中的应用
空调
微波炉
相机
手表
旋转（伸缩）门
电梯
§0.2 电机的分类
➢ 按电流形式分类
▪直流电机（Direct current machine）－电机输入或输出的 能量为直流电能。
▪交流电机（Alternating current machine）－电机输入或输 出的能量为交流电能。主要包括：
一定的线圈电流在铁心磁路中激发的磁通比
空气磁路中磁通大得多。
举例：
例一：
例二：
结论：铁心具有增磁功能。
4）磁场强度H ：单位：A/m。它与磁通密度的关系 在一般的情况下可表示为 B H 。需要注意的是，
磁场强度本身并不代表磁场强弱。
举例：以长直导线中心为圆心，在半径为r的圆周上
有一个塑料环和一个铁环。
变压器（Transformer） 交流电机 同步电机(Synchronous machine) 异步电机(Asynchronous machine)
➢ 按用途分类
变压器（Transformer）－将某一等级的交流电压与电流转 变成另一等级的交流电压与电流的静止电器。
发电机（Generator）－将机械能转换成电能的旋转电机。
异步电机
同步发电机
同步电动机 异步发电机
异步电动机
注：发电机和电动机是同一电机的两种不同运行方式，其基本原理是一致的。
§0.3.1 电机的发展历程
1821年 法拉第发现载流导体在磁场中受力的现象 1831年 法拉第发现电磁感应定律 1832年 出现直流电机 1876年 亚布洛契柯夫制成了世界第一台变压器 1885年 出现异步电动机 1889年 出现三相系统，并制造出三相异步电动机
磁化后磁畴产生的附加磁场要比非铁磁物质在同 一外界磁场下所产生的强得多，所以铁磁物质的磁导 率比非铁磁物质的要大很多
φ
未磁化
磁畴
磁化后
铁磁材料的磁导率Fe 要远高于非铁磁材料的
磁导率 0 , (非铁磁材料的磁导率一般都可近似认
为等于真空的磁导率 0 4 104 H / m ) 。
Fe (2000 ~ 6000)0
电动机（Motor）－将电能转换成机械能的旋转电机。
控制电机（Controlling machine）－主要用途是为了执行某 种控制任务，而不是为了传递能量。本书不作研究。如测速 电机、光驱马达、机器人关节电机。
➢ 小结
变压器
直流发电机
电机
直流电机
直流电动机
旋转电机 交流电机
同步电机
§0.4 《电机学》的特点、教学目标及 学习方法
《电机学》的特点： ☆ 专业基础课 ☆ 综合性比较强
教学目标
☆掌握知识，培养能力与提高素质并重， ☆千方百计使每个同学都取得好成绩， ☆包括当前看得见的成绩与实实在在长远受益
《电机学》的学习方法 1）理论学习
☆ 抓住 一个关键 三个环节 找出问题，及时解决
发电机
变压器
电动机
（电能的生产） —— （输送和分配） —— （电能的消费）
§0.1.1 电机在电力系统中的应用
水轮发电机
汽轮发电机
风力发电机
电厂给水泵
三相升压变压器
配电变压器
§0.1.2 电机在现代生活中的应用
和谐号动车潜艇航母飞机 Nhomakorabea汽车
电磁炮弹
§0.1.2 电机在现代生活中的应用
手机
刮胡刀
电动自行车