第1章 绪论及磁路

1、电机学第一章第一章 绪论及磁路绪论及磁路2第一章第一章 绪论及磁路绪论及磁路第一章第一章 绪论及磁路绪论及磁路3 电机学：电机学：Electric MachineryElectric Machinery 多学科交叉：综合了电、磁、机械、材料等多学科交叉：综合了电、磁、机械、材料等多方面内容多方面内容 电气工程及自动化领域、自动化领域的一门电气工程及自动化领域、自动化领域的一门技术基础课，各个专业方向都要用到技术基础课，各个专业方向都要用到 尤其对电气工程领域，对各个专业方向（电尤其对电气工程领域，对各个专业方向（电机与电器、电力电子与电力传动、电力系统机与电器、电力电子与电力传动、电力系统及其

2、自动化、电工理论与新技术、高电压与及其自动化、电工理论与新技术、高电压与绝缘技术）都很重要绝缘技术）都很重要第一节第一节 概述概述- -关于电机学关于电机学 一、课程的性质和重要性一、课程的性质和重要性第一章第一章 绪论及磁路绪论及磁路4电机在国民经济中的作用电机在国民经济中的作用 世界总用电量的世界总用电量的70%70%以上为电机直接消耗以上为电机直接消耗: : 工农业生产工农业生产 日常生活及家用电器日常生活及家用电器 军事领域军事领域 其它领域其它领域第一节第一节 概述概述- -关于电机学关于电机学 第一章第一章 绪论及磁路绪论及磁路5第一章第一章 绪论及磁路绪论及磁路6教材：教材： 汤

3、蕴汤蕴璆璆，史乃编著，史乃编著，电机学电机学（第（第4版），机械工业出版社，版），机械工业出版社，2011 二、教材及参考书二、教材及参考书参考书：参考书： （1） 电机学电机学 ，许实章主编，华中科技大学，许实章主编，华中科技大学 - 通用教材，难度适中，最好的通用教材，难度适中，最好的 （2） 电机学电机学 ，李发海主编，清华大学，李发海主编，清华大学 - 比较适中比较适中 （3） 电机学电机学 ，孔昌平主编，哈工大出版社，孔昌平主编，哈工大出版社 - 简单，适合专科生、夜大生使用简单，适合专科生、夜大生使用 （4） 电机学电机学 ，徐德淦主编，机械工业出版社，徐德淦主编，机械工业出版社

4、- 比较通俗易懂比较通俗易懂第一节第一节 概述概述- -关于电机学关于电机学 第一章第一章 绪论及磁路绪论及磁路7第二节第二节 关于电机关于电机 一、电机的基本工作原理一、电机的基本工作原理电机：电机：Electric Machine基本原理：基本原理：通过电磁感应，实现机电能量转换或信号转换通过电磁感应，实现机电能量转换或信号转换- 大功率：三峡水轮发电机，船舶推进电机，磁悬浮列大功率：三峡水轮发电机，船舶推进电机，磁悬浮列车，舰载飞机电磁弹射器，轧钢机，电气化机车，电动汽车车，舰载飞机电磁弹射器，轧钢机，电气化机车，电动汽车 - 小功率：手机振动电机、电动剃须刀、随身听、磁盘小功率：手机振

5、动电机、电动剃须刀、随身听、磁盘驱动器、洗衣机、空调、电冰箱驱动器、洗衣机、空调、电冰箱机电能量转换机电能量转换- 电能电能(ei) i是关键，有是关键，有 e 没没 i 没功率没功率- 机械能机械能(T或或Fv) 是关键，有是关键，有T 没没没功率没功率第一章第一章 绪论及磁路绪论及磁路8二、电机的分类二、电机的分类按功能分，按照电能和机械能的排列组合，则有：按功能分，按照电能和机械能的排列组合，则有： - 机械能机械能 电电 能：发电机（能：发电机（Generator） - 电电 能能 机械能：电动机（机械能：电动机（Motor） - 电电 能能 电电 能：变压器（能：变压器（Transf

6、ormer）按功率大小分，主要有：按功率大小分，主要有： - 大、中、小、微型大、中、小、微型按运行速度分，主要有：按运行速度分，主要有： - 高速电机、低速电机高速电机、低速电机按照用途，可分为：按照用途，可分为： - 动力电机：能量转换动力电机：能量转换 - 信号电机：信号转换信号电机：信号转换按运动形式分，主要有：按运动形式分，主要有： - 旋转电机、直线电机、旋转直线电机、平面电机、球形电机旋转电机、直线电机、旋转直线电机、平面电机、球形电机第二节第二节 关于电机关于电机 第一章第一章 绪论及磁路绪论及磁路9 直线磁阻电机直线磁阻电机直线直流电机直线直流电机直线同步电机直线同步电机直线

7、感应电机直线感应电机直线电机直线电机磁阻电机磁阻电机同步电机同步电机感应电机感应电机交流电机交流电机无刷直流电机无刷直流电机有刷直流电机有刷直流电机直流电机直流电机旋转电机旋转电机三相变压器三相变压器单相变压器单相变压器变压器变压器电机电机按照电流性质，则分为：按照电流性质，则分为： - 直流电机直流电机（Generator） - 交流电机交流电机 变压器，感应电机，同步电机变压器，感应电机，同步电机第二节第二节 关于电机关于电机 第一章第一章 绪论及磁路绪论及磁路10三、电机中的材料三、电机中的材料机械部分（结构材料）机械部分（结构材料） - 主要有机壳，端盖等主要有机壳，端盖等 - 钢、铝

8、等金属材料钢、铝等金属材料电磁部分（有效材料）电磁部分（有效材料） - 导电部分：导电部分： 铜、铝等铜、铝等 - 励磁部分：永磁体励磁部分：永磁体 - 导磁部分（软磁材料）：导磁部分（软磁材料）： 硅钢片，钢，电工软硅钢片，钢，电工软 铁等铁等辅助部分（绝缘材料）辅助部分（绝缘材料） - 油漆，橡胶，绝缘纸等油漆，橡胶，绝缘纸等电机的机壳电机的机壳电机的绕组电机的绕组第二节第二节 关于电机关于电机 图图1-1 电机结构及功能部件电机结构及功能部件第一章第一章 绪论及磁路绪论及磁路11四、电机中的能量转换关系四、电机中的能量转换关系 了解以后，对于各种电机的原理分析设计都有好处。了解以后，对于

9、各种电机的原理分析设计都有好处。机电能量转换，如何转换的？机电能量转换，如何转换的？ 通过媒介。通过媒介。用什么媒介？电磁场是媒介（为什么不用电场？）用什么媒介？电磁场是媒介（为什么不用电场？）能量过程：能量过程： 电系统 耦合 电磁场 机械系统 电能 ei 机械能 T 铜损 铁损 机械损耗 第二节第二节 关于电机关于电机 图图1-2 机电能量转换过程机电能量转换过程第一章第一章 绪论及磁路绪论及磁路12问题的由来问题的由来 - 电机的本质：电磁感应电机的本质：电磁感应机电能量转换，通过媒介：磁场机电能量转换，通过媒介：磁场 - 磁场问题处理方法：复杂，简化磁场磁场问题处理方法：复杂，简化磁场

10、 磁路磁路第三节第三节 关于磁路关于磁路 一、磁路的概念一、磁路的概念 电路：电流流过的路径电路：电流流过的路径磁路：磁通通过的路径磁路：磁通通过的路径 - 铁心加螺线管铁心加螺线管 - 思考：无铁心时有没有磁场？思考：无铁心时有没有磁场？ 是加强还是减弱？是加强还是减弱？ 电流如何变化？电流如何变化？ - 磁通：注意有主磁通和漏磁通的区别磁通：注意有主磁通和漏磁通的区别U f I第一章第一章 绪论及磁路绪论及磁路13磁通磁通磁通密度（面密度，磁感应强度）磁通密度（面密度，磁感应强度）B，B= /A, A -面积面积 磁场强度磁场强度H，H=B/，磁导率磁导率磁阻磁阻Rm，即铁芯对磁通的阻抗作

11、用，即铁芯对磁通的阻抗作用磁导磁导m，磁阻的倒数，磁阻的倒数磁势磁势F（磁动势，（磁动势，MMF, Motive Magnetic Force），作用在），作用在磁路上的总电流磁路上的总电流 - 相当于是磁路的源相当于是磁路的源二、磁路中的物理量二、磁路中的物理量第三节第三节 关于磁路关于磁路 第一章第一章 绪论及磁路绪论及磁路141、安培、安培环路环路定律定律- 磁路中，磁场强度沿闭合回路磁路中，磁场强度沿闭合回路L作积分，其结果等于该回路作积分，其结果等于该回路所包围的总电流值所包围的总电流值 三、磁路中的常用定律三、磁路中的常用定律dLHli j jH liHLNi(1-1)(1-2)第

12、三节第三节 关于磁路关于磁路 第一章第一章 绪论及磁路绪论及磁路15图图1-3 安培环路定律安培环路定律H HL L1i2i3idl开始动画开始动画 返回返回第一章第一章 绪论及磁路绪论及磁路16三、磁路中的常用定律三、磁路中的常用定律dABaBAmFR2、磁路的磁路的欧姆定律欧姆定律(1-3)BlNilA(1-4)(1-5)注意注意: 铁磁材料的磁导率铁磁材料的磁导率不是一个常数，所以由铁磁材料构成不是一个常数，所以由铁磁材料构成的磁路，其磁阻不是常数，而是随着磁路中磁通密度的大的磁路，其磁阻不是常数，而是随着磁路中磁通密度的大小而变化，这种情况称为非线性。小而变化，这种情况称为非线性。第三

13、节第三节 关于磁路关于磁路 第一章第一章 绪论及磁路绪论及磁路173、磁通连续性定律、磁通连续性定律 - 穿出（或进入）任一闭合面的总磁通量恒等于零（或者穿出（或进入）任一闭合面的总磁通量恒等于零（或者说，进入任一闭合曲面的磁通量恒等于穿出该闭合曲面说，进入任一闭合曲面的磁通量恒等于穿出该闭合曲面的磁通量）。其数学表达式为的磁通量）。其数学表达式为三、磁路中的常用定律三、磁路中的常用定律第三节第三节 关于磁路关于磁路 d0AB(1-6)d式中，式中， 的方向规定为闭合曲面的外法线方向。的方向规定为闭合曲面的外法线方向。第一章第一章 绪论及磁路绪论及磁路18三、磁路中的常用定律三、磁路中的常用定

14、律4、磁路的基尔霍夫第一定律、磁路的基尔霍夫第一定律 - 如果铁心磁路不是一个简单回路，而是带有并联分支的分支如果铁心磁路不是一个简单回路，而是带有并联分支的分支磁路，这时可令穿出闭合面的磁通为正，进入闭合面的磁磁路，这时可令穿出闭合面的磁通为正，进入闭合面的磁通为负，根据磁通连续性定律有通为负，根据磁通连续性定律有0(1-7)第三节第三节 关于磁路关于磁路 第一章第一章 绪论及磁路绪论及磁路19图图1-4 磁路的基尔霍夫第一定律磁路的基尔霍夫第一定律213A AN Ni i 返回返回开始动画开始动画第一章第一章 绪论及磁路绪论及磁路205、磁路的基尔霍夫第二定律、磁路的基尔霍夫第二定律 -

15、磁路计算时，总是把整个磁路分成若干段，每段为同一磁路计算时，总是把整个磁路分成若干段，每段为同一材料、相同截面积，且段内磁通密度处处相等，从而磁材料、相同截面积，且段内磁通密度处处相等，从而磁场强度亦处处相等场强度亦处处相等 - 定律内容定律内容: 作用在任何闭合磁路的总磁动势恒等于各段作用在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磁路磁位降的代数和三、磁路中的常用定律三、磁路中的常用定律33221131mmmkkkRRRiHNi(1-8)第三节第三节 关于磁路关于磁路 第一章第一章 绪论及磁路绪论及磁路21图图1-5 磁路的基尔霍夫第二定律磁路的基尔霍夫第二定律2A1AN1H2H1

16、l2li i 返回返回开始动画开始动画第一章第一章 绪论及磁路绪论及磁路22三、磁路中的常用定律三、磁路中的常用定律6、电磁感应定律、电磁感应定律ddddeNtt 运动电动势：运动电动势：Blve - 判断方向：右手定则判断方向：右手定则 eBv右手定则示意图右手定则示意图第三节第三节 关于磁路关于磁路 (1-9)第一章第一章 绪论及磁路绪论及磁路23三、磁路中的常用定律三、磁路中的常用定律7、电磁力定律、电磁力定律fBli- 判断方向：左手定则判断方向：左手定则 Bfi左手定则示意图左手定则示意图第三节第三节 关于磁路关于磁路 (1-10)第一章第一章 绪论及磁路绪论及磁路24四、磁路与电路

17、的相似性四、磁路与电路的相似性 电电 路路 磁磁 路路电势：电势：E磁势：磁势：F电流：电流：I磁通：磁通：电阻：电阻：R磁阻：磁阻：Rm电导：电导：G磁导：磁导：m第三节第三节 关于磁路关于磁路 第一章第一章 绪论及磁路绪论及磁路251、最基本特性、最基本特性- 磁化曲线（基本磁化曲线）磁化曲线（基本磁化曲线） - 非线性非线性 - 饱和特性饱和特性五、铁磁材料的特性五、铁磁材料的特性2、铁心损耗（铁耗）、铁心损耗（铁耗） - 铁心中磁通交变时候会产生损耗，包括磁滞损耗和涡流损耗，铁心中磁通交变时候会产生损耗，包括磁滞损耗和涡流损耗，受磁场交变频率以及磁感应强度影响受磁场交变频率以及磁感应强度影响 - 铁耗的计算：对于一般的电工钢片，在正常的工作磁通范围内，铁耗的计算：对于一般的电工钢片，在正常的工作磁通范围内，铁心损耗近似为铁心损耗近似为HB0GBfCp2m3 . 1FeFe(1-11)第三节第三节 关于磁路关于磁路 第一章第一章 绪论及磁路绪论及磁路26图图1-6 铁磁材料的磁滞回线铁磁材料的磁滞回线H HB Ba ab bc cd de ef f