电机学1绪论及磁路
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《电机学》课件 第一章
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
3、磁化曲线 将一块尚未磁化的铁磁材料进行磁化，当 磁场强度H由零逐渐增大时，磁通密度B将 随之增大，得到曲线B=f(H)。
1-4 铁磁材料及特性
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；饱和区 c点为饱和点，拐弯点b称为膝点 在cd段及以后：铁磁材料的磁导率趋近μ
小 结
二、磁路
1、概念 2、磁路基本定律
• • • •
安培环路定律 磁路的欧姆定律 磁路的基尔霍夫第一定律 磁路的基尔霍夫第二定律
小 结
三、铁磁材料及特性
1、铁磁材料 2、磁导率 3、磁畴 4、磁化曲线
磁滞损耗
5、铁心损耗 涡流损耗
思考
一台电机在同一时间决不能既
是发电机又是电动机，为什么
说发电机作用和电动机作用同 时存在于一台电机中？
•
1 2 3 1 2 3 0 0
1-2 磁路及磁路定律
•
4、磁路的基尔霍夫第二定律
定律内容:沿任何闭合磁路的总磁动势恒等于各段磁路 磁位降的代数和。
Ui
Ik
F
此定律实际上是安培环路定律的另一种表达形 式。
1-3 基本电磁定律
1-3 基本电磁定律
1.
变压器电动势
磁通本身就是由交流电流所产生，也就是 说磁通本身随时间在变化着，这样产生的电 势称为变压器电动势。（线圈与磁场相对静 止）
1-3 基本电磁定律
2、运动电动势（速度电动势）
电机学科-绪论及第一章磁路
5.电机学及性质：专业基础课 6.本门课学习方法： ① 抓住主要矛盾； ② 理论联系实际； ③ 善于运用对比的方
河北科技大学电气信息
却未 在与 枝群 头芳 独同 欢温 笑暖
第一章 磁 路
§1.1磁路的基本定律
一、磁路的概念
• • • • • •
磁通所经过的路径称为磁路 主磁通-----通过我们所需要回路的磁通称～ 漏磁通-----通过我们不需要回路的磁通称～ 主磁路-----主磁通所经过的回路称～ 漏磁通-----漏磁通所经过的回路称～ 直流磁通-----直流电流产生的磁通称～ 交流磁通-----交流电流产生的磁通称～
二、磁化曲线和磁 滞回线
剩磁——当H从零增加 到Hm时，B相应地从 零增加到Bm；然后再 逐渐减小H，B值将沿 曲线ab下降。当H=0 时，B值并不等于零， 磁滞回线 ——当H在Hm 而是Br。这就是剩磁。 和－ Hm之间反复变化 时，呈现磁滞现象的B －H闭合曲线，称为磁 滞回线。
却未 在与 枝群 头芳 独同 欢温 笑暖
如果在均匀磁场中，沿着回 线L
磁场强度 H处处相等，则 HL Ni
H dl i
L
2、磁路的欧姆定 作用在磁路上的磁动势 F 等于磁路内的磁通量 Φ乘 律
以磁阻 Rm
河北科技大学电气信息学
磁场强度等于磁通密度除以磁 H 导率 Ni lB / l /(A) 于是
却未 在与 枝群 头芳 独同 欢温 笑暖
2、磁滞回线
河北科技大学电气信息学源自却未 在与 枝群 头芳 独同 欢温 笑暖
3、基本磁化曲 线 对同一铁磁材料，选择不同的H 反复磁 m
化，得到不同的磁滞回线。将各条回线的顶 点连接起来，所得曲线称为基本磁化曲线。
电机学第1章磁路
真空的导磁率为：Fra bibliotek（H/m）
铁磁材料的导磁率µ >> µ0 ，例如铸钢的导磁 率大约真空的1000倍，各种硅钢片约为真空的60007000倍。
相对磁导率：
磁性材料：
非磁性材料：
磁场的物理量见表1.1.1
1.2 磁性材料
1.2.1 介质的磁化
物质从不表现磁性变为具有一定的磁性叫磁化。
B0
传导电流的磁场
107 =
Fm
240
67wb
R m +R m0
8
1 10-7
+
1 10-7
铁心部分磁压降Um R m 26.7A
气隙部分磁压降Um0 R m0 213.3A
例3：如图，Φ1=10-3wb, Φ2通过的铁心截面积 为S2=6cm2, B2=1T, S3=5cm2, 求B3。
I Fm 4999.28 10A N 500
例2： 磁路l=0.3m, s=5cm2, N= 400匝，铁磁材
料的磁化曲线可作线性处理，µr=1200，求（1） I=0.6A时，Φ为多少？（2）若磁路中开一气隙 d=0.002m,求Φ ？铁芯、气隙部分的磁压分别为多 少？
l
I
d
S
（1） 计算磁动势为
无外磁场作用时：磁畴的磁矩方向不同，磁性相 互抵消，介质不显磁性。
有外磁场作用时：磁畴的磁矩方向与外磁场接近 或一致，呈现很强磁性。
B 0
B
四、强磁化性的作用
在具有铁心的线圈中通入不大的励磁电 流，就可以产生足够大的磁通和磁感应强度， 解决了既要磁通大，又要励磁电流小的矛盾。 非磁性材料没有磁畴结构，所以不具有磁化的 特性。
铁磁材料的导磁率µ >> µ0 ，例如铸钢的导磁 率大约真空的1000倍，各种硅钢片约为真空的60007000倍。
相对磁导率：
磁性材料：
非磁性材料：
磁场的物理量见表1.1.1
1.2 磁性材料
1.2.1 介质的磁化
物质从不表现磁性变为具有一定的磁性叫磁化。
B0
传导电流的磁场
107 =
Fm
240
67wb
R m +R m0
8
1 10-7
+
1 10-7
铁心部分磁压降Um R m 26.7A
气隙部分磁压降Um0 R m0 213.3A
例3：如图，Φ1=10-3wb, Φ2通过的铁心截面积 为S2=6cm2, B2=1T, S3=5cm2, 求B3。
I Fm 4999.28 10A N 500
例2： 磁路l=0.3m, s=5cm2, N= 400匝，铁磁材
料的磁化曲线可作线性处理，µr=1200，求（1） I=0.6A时，Φ为多少？（2）若磁路中开一气隙 d=0.002m,求Φ ？铁芯、气隙部分的磁压分别为多 少？
l
I
d
S
（1） 计算磁动势为
无外磁场作用时：磁畴的磁矩方向不同，磁性相 互抵消，介质不显磁性。
有外磁场作用时：磁畴的磁矩方向与外磁场接近 或一致，呈现很强磁性。
B 0
B
四、强磁化性的作用
在具有铁心的线圈中通入不大的励磁电 流，就可以产生足够大的磁通和磁感应强度， 解决了既要磁通大，又要励磁电流小的矛盾。 非磁性材料没有磁畴结构，所以不具有磁化的 特性。
电机学 第1章 磁路
X m N 2m , X N 2
➢ 式中，Λm和Λ σ分别为主磁路和漏磁路的磁导，通常Λm比Λ σ 大的多，故Xm ＞ ＞ X σ
2.磁阻串联、并联和π形连接时等效电抗
磁阻串联时： Rm =Rm1 +Rm2
总磁导： 总电抗：
m =
1 Rm
=
1 Rm1 +Rm2
=
1
1 +
1
m1 m2
X = N 2
成的π形连接的磁路；与其对应的电抗分别为X1、 X2、 X3 ；磁导为Λm1、 Λ m2 、 Λ m3。Rm3
X3
Π形磁路和T形等效电路
小试牛刀
电机的铁心常采用什么材料制成？这些材 1 料有什么特点？
磁滞损耗和涡流损耗是怎样产生的？他们 2 各与那些因素有关？ 3 直流磁路和交流磁路有什么区别？ 4 线圈的电抗与对应磁路的磁阻有什么关系？
《电机学》 Electrical Machinery
电气工程系
第1章 磁路
1.1 磁路的基本定律 1.2 常用的铁磁材料及其特性 1.3 磁路的计算 1.4 电抗与磁导的关系
1.1 磁路的基本定律
1 磁路的概念
➢ 磁路：磁通所通过的路径。 ➢ 直流磁路，交流磁路 ➢ 励磁电流
变压器磁场
电路中导体的电阻率在一定的温度下是恒定的；而磁路中铁 心的导磁率随着饱和程度而有所变化（空气磁导率是常值, 空气磁路的磁阻是常值）。
对于线性电路，计算时可以用叠加原理；而在磁路中，B 和 H 之间的关系为非线性，因此计算时不可以用叠加原理。
1.2 常用的铁磁材料及其特性
1 铁磁材料的磁化
➢ 磁化：将铁、镍、钴等铁磁物质放入磁场后，铁磁物质呈现 很强的磁性，这种现象，称为铁磁物质的磁化。
➢ 式中，Λm和Λ σ分别为主磁路和漏磁路的磁导，通常Λm比Λ σ 大的多，故Xm ＞ ＞ X σ
2.磁阻串联、并联和π形连接时等效电抗
磁阻串联时： Rm =Rm1 +Rm2
总磁导： 总电抗：
m =
1 Rm
=
1 Rm1 +Rm2
=
1
1 +
1
m1 m2
X = N 2
成的π形连接的磁路；与其对应的电抗分别为X1、 X2、 X3 ；磁导为Λm1、 Λ m2 、 Λ m3。Rm3
X3
Π形磁路和T形等效电路
小试牛刀
电机的铁心常采用什么材料制成？这些材 1 料有什么特点？
磁滞损耗和涡流损耗是怎样产生的？他们 2 各与那些因素有关？ 3 直流磁路和交流磁路有什么区别？ 4 线圈的电抗与对应磁路的磁阻有什么关系？
《电机学》 Electrical Machinery
电气工程系
第1章 磁路
1.1 磁路的基本定律 1.2 常用的铁磁材料及其特性 1.3 磁路的计算 1.4 电抗与磁导的关系
1.1 磁路的基本定律
1 磁路的概念
➢ 磁路：磁通所通过的路径。 ➢ 直流磁路，交流磁路 ➢ 励磁电流
变压器磁场
电路中导体的电阻率在一定的温度下是恒定的；而磁路中铁 心的导磁率随着饱和程度而有所变化（空气磁导率是常值, 空气磁路的磁阻是常值）。
对于线性电路，计算时可以用叠加原理；而在磁路中，B 和 H 之间的关系为非线性，因此计算时不可以用叠加原理。
1.2 常用的铁磁材料及其特性
1 铁磁材料的磁化
➢ 磁化：将铁、镍、钴等铁磁物质放入磁场后，铁磁物质呈现 很强的磁性，这种现象，称为铁磁物质的磁化。
电机学：第一章 磁路2
N 500
2）用安培环路定律
磁场强度 H B
1
159 A/m
Fe 5000 4 10 7
磁动势 F Hl 159 0.3 47.7A
励磁电流 i F 47.7 9.54102 A N 500
II Rmm RR FF EE
I FRm RmR F E
磁路的欧姆定律，在形式上与电路欧姆定律相似。
将铁磁材料放入磁场后，磁场会显著增强，铁磁材料在磁场中 呈现很强的磁性这一现象，称为铁磁物质的磁化。
原因：铁磁物质中有许多称为磁畴的天然磁化区，当未投入磁场时， 磁畴杂乱无章的排列，磁效应相互抵消对外不显磁性。当放入磁场 后，磁畴按外磁场方向排列起来，形成一附加磁场叠加在外磁场上。
如图1-6所示。
二．磁化曲线
用直流励磁 用交流励磁
磁路中磁通恒定 磁路中磁通交变
直流磁路 直流电机 交流磁路 变压器、感应电机
二、磁路的基本定律
磁路的基本定律有 安培环路定律，磁路的欧姆定律，磁路的基尔霍 夫第一定律，磁路的基尔霍夫第二定律。 1、安培环路定理（或称全电流定理）
在磁路中沿任一闭合路径L，磁场H的线积分等于该闭合回路所包围 的总电流，即：
若铁心上绕有通有电流i 的N匝线圈，铁心的截面积为 A，磁路的平均长度为L，材料 的导磁率为μ，不计漏磁通，
且各截面上的磁通密度为均匀
并垂直于各截面，则：
B dA BA
HB
Ni HL B L L
A
Ni F
L
Rm
A
F Rm
L
Rm A
：磁通 ，单位为Wb；F：磁动势 ，单位为A；H：磁场强度 ，单 位为A/m；B：磁通密度，单位为T；Rm：磁阻 ，单位为A/Wb。
电机学-第一章磁路
全电流定律（安 培环路定律）： 磁场强度沿任意 的闭合路径的线 积分等于闭合路 径包围的导体电 流的代数和。
H dl Ni
电流是产生磁场 的源。
16
l
' ' Η dl H dl I1 I 2 I3
l
17
3.电生磁--全电流定律
磁压降 F=Hl 磁路基尔霍夫 第一定律 磁路基尔霍夫 第二定律
F Rm
i o
I i I o
E U
NI Hl
f Bli
30
e Blv
e N
d dt
电磁力定律
2. 磁路计算方法
给定磁通Φ求磁动势F。 给定磁动势F求磁通Φ。 电机和变压器设计中的磁路计算通常属于第一种 类型的问题。对于第二种类型的问题，一般要用 迭代法确定，编程由计算机完成。
磁畴（未磁化）
磁畴（磁化）
5
3.磁化曲线
在外磁场H（激励）作用下，磁感应强度B （响应） 将发生变化，二者之间的关系曲线称为磁化曲线， 记为B=f(H)。
磁饱和现象：对铁 磁材料进行磁化时 ，当外磁场强度增 加到一定程度后， 随H的增加，B的 增加逐渐变慢的现 象。因此铁磁材料 磁导率 Fe随着H的 增加而减小。
电机中的基本电磁定律
磁路基本定律及其计算方法
2
一、铁磁材料特性
1. 铁磁物质的概念
磁导率：表征物质导磁能力的物理量，用符号表示 ， = B/H 真空的磁导率 0 = 4π×10-7 H/m 为常数 相对磁导率：任何一种物质的磁导率与真空磁导率 的比称为该物质的相对磁导率，用r表示，即
电流密度 电场强度 E 电阻率 电导率
H dl Ni
电流是产生磁场 的源。
16
l
' ' Η dl H dl I1 I 2 I3
l
17
3.电生磁--全电流定律
磁压降 F=Hl 磁路基尔霍夫 第一定律 磁路基尔霍夫 第二定律
F Rm
i o
I i I o
E U
NI Hl
f Bli
30
e Blv
e N
d dt
电磁力定律
2. 磁路计算方法
给定磁通Φ求磁动势F。 给定磁动势F求磁通Φ。 电机和变压器设计中的磁路计算通常属于第一种 类型的问题。对于第二种类型的问题，一般要用 迭代法确定，编程由计算机完成。
磁畴（未磁化）
磁畴（磁化）
5
3.磁化曲线
在外磁场H（激励）作用下，磁感应强度B （响应） 将发生变化，二者之间的关系曲线称为磁化曲线， 记为B=f(H)。
磁饱和现象：对铁 磁材料进行磁化时 ，当外磁场强度增 加到一定程度后， 随H的增加，B的 增加逐渐变慢的现 象。因此铁磁材料 磁导率 Fe随着H的 增加而减小。
电机中的基本电磁定律
磁路基本定律及其计算方法
2
一、铁磁材料特性
1. 铁磁物质的概念
磁导率：表征物质导磁能力的物理量，用符号表示 ， = B/H 真空的磁导率 0 = 4π×10-7 H/m 为常数 相对磁导率：任何一种物质的磁导率与真空磁导率 的比称为该物质的相对磁导率，用r表示，即
电流密度 电场强度 E 电阻率 电导率
电机学概述和磁路简介
学习时要： 认真听课 精读教材 熟练掌握基本电磁规律 掌握各物理量及其参数之间的关系 物理意义、适用范围、主要因素、公式 习题和实验是学好电机学的重要保证
20
0.2 电机学理论基础--磁路的基本定律
1 磁路的基本定律 2 常用的铁磁材料及其特性
21
1 磁路的基本定律
一、磁场的基本概念
磁 阻
两种常见的磁路
磁路
i1 ＋ u1 －
主磁通
1 2
i2
＋
u2 －
S
N S
励磁绕组
漏磁通
变压器磁路
N
四极直流电机磁路
2. 安培环路定律（全电流定律）
在磁场中，沿着任何一条闭合回路 l ，磁场
强度H的线积分，等于该闭合回路所包围电
流的代数和,即
∮H dl = ∑i l
i3
i1 i2 i4
如图： ∑i = i1＋i2－i3
A
电阻：R=ρl/A
Ω 磁阻： Rm=l/μA
H-1
电导：G =1/R
S 磁导：Λm=1/Rm
H
欧姆定律：E=IR
欧姆定律：F=ΦRm
基尔霍夫第一定律：ΣI=0 基尔霍夫第一定律：ΣΦ=0
基尔霍夫第二定律：
基尔霍夫第二定律：
ΣE=ΣU
ΣF=ΣΦRm=ΣHl
5.铁心磁路计算
（1）串联磁路计算
将磁路分段，保证每段磁路的均匀性
14
电动机的用途
航空和航海业
有特殊要求的航空电机、船用电机和推进电机等。
日常生活
电风扇、洗衣机、吸尘器、空调、电冰箱、微波 炉、DVD播放机、电动按摩器、电动工具等。
15
船用电机
电动机图片
20
0.2 电机学理论基础--磁路的基本定律
1 磁路的基本定律 2 常用的铁磁材料及其特性
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1 磁路的基本定律
一、磁场的基本概念
磁 阻
两种常见的磁路
磁路
i1 ＋ u1 －
主磁通
1 2
i2
＋
u2 －
S
N S
励磁绕组
漏磁通
变压器磁路
N
四极直流电机磁路
2. 安培环路定律（全电流定律）
在磁场中，沿着任何一条闭合回路 l ，磁场
强度H的线积分，等于该闭合回路所包围电
流的代数和,即
∮H dl = ∑i l
i3
i1 i2 i4
如图： ∑i = i1＋i2－i3
A
电阻：R=ρl/A
Ω 磁阻： Rm=l/μA
H-1
电导：G =1/R
S 磁导：Λm=1/Rm
H
欧姆定律：E=IR
欧姆定律：F=ΦRm
基尔霍夫第一定律：ΣI=0 基尔霍夫第一定律：ΣΦ=0
基尔霍夫第二定律：
基尔霍夫第二定律：
ΣE=ΣU
ΣF=ΣΦRm=ΣHl
5.铁心磁路计算
（1）串联磁路计算
将磁路分段，保证每段磁路的均匀性
14
电动机的用途
航空和航海业
有特殊要求的航空电机、船用电机和推进电机等。
日常生活
电风扇、洗衣机、吸尘器、空调、电冰箱、微波 炉、DVD播放机、电动按摩器、电动工具等。
15
船用电机
电动机图片
电机学习题集+答案
电 机 学 习 题 集备注：作业时抄写题目，题与题之间空一行。
绪论和第一章：磁路1-1：简述右手螺旋法则，左手定则和右手定则，以及电磁感应定律。
1-2：简述什么是磁路、磁动势、磁路的基尔霍夫第二定律。
假定作用在某段磁路上的磁动势为HL ，该段磁路磁阻为Rm ，则通过该段磁路的磁通量是多少？1-3：电机中为什么要使用铁磁材料，直流磁路和交流磁路有什么区别？1-4：有一闭合磁路，由铁心和气隙组成。
铁心截面积24109m S -⨯=，磁路平均长度m l 3.0=，铁心磁导率05000μμ=Fe ；气隙长度m 0005.0=δ，气隙截面积按1.1S 计算。
套装在铁心上的励磁绕组500匝，问电流0.5A 时，磁路中磁通为多少？作用在铁心磁路和气隙上的磁动势分别为多少？70104-⨯=πμH/m 。
第二章：变压器2-1：简述变压器的组成。
变压器的最基本组成是什么？2-2：什么是变压器的额定容量、额定电压和额定电流？2-3：什么是变压器的主磁通？什么是变压器的漏磁通？主磁通的大小主要取决于哪些因素？2-4：单相变压器计算1）一台单相变压器，S N =20000kVA,U 1N /U 2N =127kV/11kV ，50Hz ，高压侧开路，在低压侧施加额定电压并进行测量，测得电流45.5A ，损耗47kW ，不计环境温度影响，计算变压器归算到高压侧的激磁阻抗参数(实际值)。
(k=11.5455,Rm=3026Ω,Xm=32083Ω)2）上述变压器，低压侧短路，在高压侧施加一电压使电流达到额定电流，进行测量，测得电压9.24kV ，损耗129kW ，不计环境温度影响，计算变压器归算到高压侧的短路阻抗参数(实际值)。
(I1N=157.48A,Rk= 5.202Ω,Xk=58.44Ω)3）上述变压器，利用简化等效电路计算该变压器满负荷时的负载阻抗大小，额定功率因数cos φ=0.8（按负载电流滞后电源电压计算）。
(Z 总=645.08Ω+j483.81Ω，Z L =639.8Ω+j425.4Ω)2-5：什么是时钟表示法，组号表达了变压器的什么性能？说明联结组别Yd11的含义。
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• 1825年，他重复这一实验时，发现外围环的转动又 使磁针偏转，这些实验导致了后来感应电动机的出 现。
• 1888年南斯拉夫出生的美国发明家特斯拉发明了交 流电动机。它是根据电磁感应原理制成，又称感应 电动机，这种电动机结构简单，使用交流电，无火 花，因此被广泛应用于工业的家庭电器中，交流电 动机通常用三相交流供电。
• 这台发电机制构造跟现代的发电机不同，在磁场所 中转动的不是线圈，而是一个紫铜做的圆盘。圆心 处固定一个摇柄，圆盘的边缘和圆心处各与一个电 刷紧贴，用导线把电刷与电流表连接起来；铜圆盘 放置在蹄形永磁体的磁场中，当转动摇柄使铜圆盘 旋转起来时，电流表的指针偏向一边，电路中产生 了持续的电流。
振荡电动机
• 直流在传输中的缺点：电压越高，电能的传输损失 越小，但高压直流发电机困难较大，而且单机容量 越大，换向也越困难，换向器上的火花使工作不稳 定。因而人们就把目光转向交流电机。
2、交流电机的产生与形成
• 1824年，法国人阿拉果（D．F．J．Arago）在转 动悬挂着的磁针时发现其外围环上受到机械力。
电机学
电气2011
目录
➢绪论 ➢第1章磁路 ➢第2章变压器 ➢第3章直流电机 ➢第4章交流电机理论的共同问题 ➢第5章交流电机 ➢第6章同步电机 ➢总复习
➢绪论
一 电机在国民经济中的作用 • 电机是利用电磁作用原理工作的电气设备，电机
的功能是实现机电能量（信号）的转换和传递。 电能是国民经济中应用最为广泛的能源，电能的 生产、传输、分配和使用等都要依赖于各式电机， 在国民经济各部门中起着非常重要的作用。 • 电机按不同的用途可以分为发电机、电动机、变 压器和控制电机。 • 发电机是将机械能转换为电能，又分为直流发电 机和交流发电机，现代工业、农业、交通运输等 各行各业广泛应用的电能，几乎全部是由火电厂 或是水电站的交流发电机发出的交流电能。
• 1896年，特斯拉的两相交流发电机在尼亚拉发电厂 开始劳动营运，3750KW，5000V的交流电一直送 到40公里外的布法罗市。
Hale Waihona Puke 总结电机的发展简史• 电动机是将交流电能或直流电能转换为机械能，用 来拖动各种生产机械的动力，是国民经济各部门应 用最多的动力机械。是最主要的用电设备，各种电 动机消耗的电能占发电量的60%以上。
• 变压器是将一种电压的交流电能转换为另一种电压 的交流电能，发电机发出的电压受绝缘材料和结构 的限制（最高只能是27KV），进行远距离输电时， 输电线路上将产生较大的电压降落和能量损耗，因 此在电厂和电站。需用变压器将电压升高，使输送 功率不变的情况下输电线路上的电流变小。以求输 电的经济，到变电所在把电压降到用电设备的电压 等级，保证安全。
棒型磁铁，通电后，棒型磁铁与U型磁铁之间产生 相互吸引和排斥作用 ，带动轮轴转动。 • 安在小艇上，用320个丹尼尔电池供电，1838年小 艇在易北河上首次航行，时速只有2.2公里，但种电 动机都没有多大商业价值，用电池作电源，成本太 大、不实用。
直流发电
• 1882年，德国将米斯巴哈水电站发出的2千瓦直流 电通过57千米 1500～2000伏 电线输送到慕尼黑， 证明直流远距离输电的可能性。
所需低电压，供给用电设备； • 生产机械的拖动——由各种电动机实现； • 控制系统中的信号转换——由各种控制电机完成。
二、电机学发展史
F = IBLsin
• 1820年奥斯特发现了电流磁效应，随后安培 通过总结电流在磁场中所受机械力的情况建 立了安培定律
1、直流电机的产生与形成
• 1821年9月法拉第发现通电的导线能绕永久磁铁旋 转以及磁体绕载流导体的运动，第一次实现了电磁 运动向机械运动的转换，从而建立了电动机的实验 室模型，被认为是世界上第一台电机。
亨利的振荡电动机照片
原理图
第一台能产生连续运动的旋转电动机
• 1832年，斯特金发明了换向器，据此对亨利的振荡 电动机进行了改进，并制作了世界上第一台能产生 连续运动的旋转电动机。后来他还制作了一个并励 直流电动机。
雅可比的电动机
• 1834年，德国的雅可比 • 在两个U型电磁铁中间，装一六臂轮，每臂带两根
• 控制电机主要用于信号的变换和传递，在自动控制 系统中作为多种控制元件来使用，主要用在国防工 业，新型的数控制机床、计算机外围设备、机器人 和音象设备等都需要大量的控制电机。
小结
• 电能生产——由同步发电机生产； • 高压输电——由升压变压器将发电机发出的电压
升高到输电电压再输送； • 降压用电——由降压变压器将输来的高压电降为
• 美国的特斯拉在爱迪生公司的时候就决心开发交流 电机，但爱迪生坚持只搞直流方式，因此他就把两 相交流发电机和电动机的专利权卖给了西屋公司。
电机迅速发展
• 1891年，奥斯卡·冯·米勒在法兰克福世界电气博 览会上宣布：他与多里沃合作架设的从劳芬到法兰 克福的三相交流输电电路，可把劳芬的一架 300×735.5W 55V三相交流发电机的电流经三相变 压器提高到了万伏，输运175千米，顺利通电，从 此三相交流电机很快代替了工业上的直流电机，因 为三相制的优点十分明显：材料可靠，结构简单， 性能好，效率高，用铜省，在电力驱动方面又有重 大效益。各种各样的电机迅速发展起来。
• 1831年夏，亨利对法拉第的电动机模型进行了改进
• 该装置的运动部件是在垂直方向上运动的电磁铁， 当它们端部的导线与两个电池交替连接时，电磁铁 的极性自动改变，电磁铁与永磁体相互吸引或排斥， 使电磁铁以每分钟75个周期的速度上下运动。
• 亨利的电动机的重要意义在于这是第一次展示了由 磁极排斥和吸引产生的连续运动，是电磁铁在电动 机中的真正应用。
盘子内注入水银，盘子中央 固定一个永磁体，盘子上方 悬挂一根导线，导线的一端 可在水银中移动，另一端跟 电池的一端连接在一起，电 池的另一端跟盘子连在一起， 构称导电回路，载流导线在 磁场中受力运动。
第一台真正意义上的电机
• 1831年，法拉第利用电磁感应发明了世界上第一台 真正意义上的电机──法拉第圆盘发电机。
• 1888年南斯拉夫出生的美国发明家特斯拉发明了交 流电动机。它是根据电磁感应原理制成，又称感应 电动机，这种电动机结构简单，使用交流电，无火 花，因此被广泛应用于工业的家庭电器中，交流电 动机通常用三相交流供电。
• 这台发电机制构造跟现代的发电机不同，在磁场所 中转动的不是线圈，而是一个紫铜做的圆盘。圆心 处固定一个摇柄，圆盘的边缘和圆心处各与一个电 刷紧贴，用导线把电刷与电流表连接起来；铜圆盘 放置在蹄形永磁体的磁场中，当转动摇柄使铜圆盘 旋转起来时，电流表的指针偏向一边，电路中产生 了持续的电流。
振荡电动机
• 直流在传输中的缺点：电压越高，电能的传输损失 越小，但高压直流发电机困难较大，而且单机容量 越大，换向也越困难，换向器上的火花使工作不稳 定。因而人们就把目光转向交流电机。
2、交流电机的产生与形成
• 1824年，法国人阿拉果（D．F．J．Arago）在转 动悬挂着的磁针时发现其外围环上受到机械力。
电机学
电气2011
目录
➢绪论 ➢第1章磁路 ➢第2章变压器 ➢第3章直流电机 ➢第4章交流电机理论的共同问题 ➢第5章交流电机 ➢第6章同步电机 ➢总复习
➢绪论
一 电机在国民经济中的作用 • 电机是利用电磁作用原理工作的电气设备，电机
的功能是实现机电能量（信号）的转换和传递。 电能是国民经济中应用最为广泛的能源，电能的 生产、传输、分配和使用等都要依赖于各式电机， 在国民经济各部门中起着非常重要的作用。 • 电机按不同的用途可以分为发电机、电动机、变 压器和控制电机。 • 发电机是将机械能转换为电能，又分为直流发电 机和交流发电机，现代工业、农业、交通运输等 各行各业广泛应用的电能，几乎全部是由火电厂 或是水电站的交流发电机发出的交流电能。
• 1896年，特斯拉的两相交流发电机在尼亚拉发电厂 开始劳动营运，3750KW，5000V的交流电一直送 到40公里外的布法罗市。
Hale Waihona Puke 总结电机的发展简史• 电动机是将交流电能或直流电能转换为机械能，用 来拖动各种生产机械的动力，是国民经济各部门应 用最多的动力机械。是最主要的用电设备，各种电 动机消耗的电能占发电量的60%以上。
• 变压器是将一种电压的交流电能转换为另一种电压 的交流电能，发电机发出的电压受绝缘材料和结构 的限制（最高只能是27KV），进行远距离输电时， 输电线路上将产生较大的电压降落和能量损耗，因 此在电厂和电站。需用变压器将电压升高，使输送 功率不变的情况下输电线路上的电流变小。以求输 电的经济，到变电所在把电压降到用电设备的电压 等级，保证安全。
棒型磁铁，通电后，棒型磁铁与U型磁铁之间产生 相互吸引和排斥作用 ，带动轮轴转动。 • 安在小艇上，用320个丹尼尔电池供电，1838年小 艇在易北河上首次航行，时速只有2.2公里，但种电 动机都没有多大商业价值，用电池作电源，成本太 大、不实用。
直流发电
• 1882年，德国将米斯巴哈水电站发出的2千瓦直流 电通过57千米 1500～2000伏 电线输送到慕尼黑， 证明直流远距离输电的可能性。
所需低电压，供给用电设备； • 生产机械的拖动——由各种电动机实现； • 控制系统中的信号转换——由各种控制电机完成。
二、电机学发展史
F = IBLsin
• 1820年奥斯特发现了电流磁效应，随后安培 通过总结电流在磁场中所受机械力的情况建 立了安培定律
1、直流电机的产生与形成
• 1821年9月法拉第发现通电的导线能绕永久磁铁旋 转以及磁体绕载流导体的运动，第一次实现了电磁 运动向机械运动的转换，从而建立了电动机的实验 室模型，被认为是世界上第一台电机。
亨利的振荡电动机照片
原理图
第一台能产生连续运动的旋转电动机
• 1832年，斯特金发明了换向器，据此对亨利的振荡 电动机进行了改进，并制作了世界上第一台能产生 连续运动的旋转电动机。后来他还制作了一个并励 直流电动机。
雅可比的电动机
• 1834年，德国的雅可比 • 在两个U型电磁铁中间，装一六臂轮，每臂带两根
• 控制电机主要用于信号的变换和传递，在自动控制 系统中作为多种控制元件来使用，主要用在国防工 业，新型的数控制机床、计算机外围设备、机器人 和音象设备等都需要大量的控制电机。
小结
• 电能生产——由同步发电机生产； • 高压输电——由升压变压器将发电机发出的电压
升高到输电电压再输送； • 降压用电——由降压变压器将输来的高压电降为
• 美国的特斯拉在爱迪生公司的时候就决心开发交流 电机，但爱迪生坚持只搞直流方式，因此他就把两 相交流发电机和电动机的专利权卖给了西屋公司。
电机迅速发展
• 1891年，奥斯卡·冯·米勒在法兰克福世界电气博 览会上宣布：他与多里沃合作架设的从劳芬到法兰 克福的三相交流输电电路，可把劳芬的一架 300×735.5W 55V三相交流发电机的电流经三相变 压器提高到了万伏，输运175千米，顺利通电，从 此三相交流电机很快代替了工业上的直流电机，因 为三相制的优点十分明显：材料可靠，结构简单， 性能好，效率高，用铜省，在电力驱动方面又有重 大效益。各种各样的电机迅速发展起来。
• 1831年夏，亨利对法拉第的电动机模型进行了改进
• 该装置的运动部件是在垂直方向上运动的电磁铁， 当它们端部的导线与两个电池交替连接时，电磁铁 的极性自动改变，电磁铁与永磁体相互吸引或排斥， 使电磁铁以每分钟75个周期的速度上下运动。
• 亨利的电动机的重要意义在于这是第一次展示了由 磁极排斥和吸引产生的连续运动，是电磁铁在电动 机中的真正应用。
盘子内注入水银，盘子中央 固定一个永磁体，盘子上方 悬挂一根导线，导线的一端 可在水银中移动，另一端跟 电池的一端连接在一起，电 池的另一端跟盘子连在一起， 构称导电回路，载流导线在 磁场中受力运动。
第一台真正意义上的电机
• 1831年，法拉第利用电磁感应发明了世界上第一台 真正意义上的电机──法拉第圆盘发电机。