武汉大学 电机学 第1章_导论(200610).

1、第一章第一章 导导 论论1.了解电机的作用与电机学的任务了解电机的作用与电机学的任务2.掌握基本电磁定律掌握基本电磁定律3.掌握铁磁材料的磁化特性掌握铁磁材料的磁化特性2022年5月27日星期五武汉大学电气工程学院刘启胜1.1 概概 述述1.1.1 电机的定义电机的定义2022年5月27日星期五武汉大学电气工程学院刘启胜广义言之，电机可泛指所有实施电能生产、传输、使用和电能特性变换的机械或装置。然而，由于生产、传输、使用电能和实施电能特性变换的方式很多，原理各异。作为电类相关学科，特别是电气工程学科的主要技术基础课，电机学的主要研究范畴仅限于那些依据电磁感应定律和电磁力定律实现机电能量转换和信

2、号传递与转换的装置。依此定义，严格地说，这类装置的全称应该是电磁式电机，但习惯上已将之简称为电机。2022年5月27日星期五武汉大学电气工程学院刘启胜1.1.2 1.1.2 电机的主要类型电机的主要类型电机的种类很多，分类方法也很多。如按运动方式分，静止的有变压器，运动的有直线电机和旋转电机。电机变压器旋转电机直流电机交流电机同步电机异步电机2022年5月27日星期五武汉大学电气工程学院刘启胜按功能分类的方法电机由原动机拖动，将机械能转换为电能将电能转换为机械能，驱动电力机械分别用于改变电压，电流，频率和相位进行信号的传递和转换，控制系统中的执行，检测或解算元件发电机：电动机：变压器，变流器，

3、变频器，移相器：控制电机：2022年5月27日星期五武汉大学电气工程学院刘启胜1.1.3 1.1.3 电机中所用的主要材料电机中所用的主要材料已经知道电机是进行机电能量转换或讯号转换的机械电磁装置，由此，电机中所用的材料无外乎：1）导电材料：）导电材料：构成电机中的电路系统，为了减少损耗，要求材料的电阻率小，常用的有紫铜和铝。2）导磁材料：）导磁材料：构成电机中的磁路系统，要求材料具有较高的导磁率和较底的铁耗系数，常用硅钢片、钢板和铸钢。2022年5月27日星期五武汉大学电气工程学院刘启胜 3）绝缘材料：）绝缘材料：作为带电体之间及带电体与铁心间的电气隔离，要求耐热好，介电性能高。 4）结构材

4、料：）结构材料：使电机各个零件构成一个整体，要求材料的机械强度好，加工方便，重量轻。AEBFHC105105120120130130155155180180180180以上以上2022年5月27日星期五武汉大学电气工程学院刘启胜1.1.4 1.1.4 电机的作用电机的作用 能源系统的关键设备能源系统的关键设备 电能电能电机电机 发电发电输电输电用电用电 各领域中有特殊要求的动力装置各领域中有特殊要求的动力装置2022年5月27日星期五武汉大学电气工程学院刘启胜1.1.发电环节发电环节各种电机各种电机 引进引进600MW汽轮发电机汽轮发电机2022年5月27日星期五武汉大学电气工程学院刘启胜 国

5、产国产300MW汽轮发电机汽轮发电机2022年5月27日星期五武汉大学电气工程学院刘启胜国产国产200MW汽轮发电机定子汽轮发电机定子2022年5月27日星期五武汉大学电气工程学院刘启胜国产国产200MW汽轮发电机定子铁心汽轮发电机定子铁心2022年5月27日星期五武汉大学电气工程学院刘启胜现场运行的水轮发电机现场运行的水轮发电机2022年5月27日星期五武汉大学电气工程学院刘启胜2020kV/500kV(220kV)kV/500kV(220kV) 500kV(220kV)/110kV 500kV(220kV)/110kV 110kV/35kV 110kV/35kV 35kV/10kV 35k

6、V/10kV 10kV/380V 10kV/380V 为了把发电厂发出的电力输送到四面八方为了把发电厂发出的电力输送到四面八方的用户，需要将发电机输出的的用户，需要将发电机输出的 20 kV 左右的电左右的电压升高。在我国，一般升高到压升高。在我国，一般升高到220kV或或500kV。为了输送一定大小的功率、采用高电压。为了输送一定大小的功率、采用高电压。2.2.输配电环节输配电环节变压器变压器2022年5月27日星期五武汉大学电气工程学院刘启胜连接发电机与电网的升压变压器连接发电机与电网的升压变压器连接发电机的连接发电机的封闭母线封闭母线 与电网相连与电网相连的高压出线端的高压出线端2022

7、年5月27日星期五武汉大学电气工程学院刘启胜3.3.用电环节用电环节电动机电动机1 1）各行业广泛使用电动机）各行业广泛使用电动机2022年5月27日星期五武汉大学电气工程学院刘启胜4.4.在高新技术领域的新应用在高新技术领域的新应用 信息技术（雷达驱动） 航天航空航海 生物医学工程（多种医疗设备）2022年5月27日星期五武汉大学电气工程学院刘启胜1.2 1.2 电机发展历程及当前状况电机发展历程及当前状况 1833 1833年年 直流电机直流电机 1885 1885年年 异步电动机异步电动机 1889 1889年年 三相系统三相系统1.1.历程历程2022年5月27日星期五武汉大学电气工程

8、学院刘启胜 至今保留在美国麻省理工学院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的由爱迪生发明的一种直流电动机2022年5月27日星期五武汉大学电气工程学院刘启胜2.2.我国目前实际应用情况我国目前实际应用情况 汽发：消化引进，设计汽发：消化引进，设计600600MWMW 700700MWMW水发水发, , 三峡电站三峡电站 500 500kVkV输电线路以及相应的变压器输电线路以及相应的变压器 500 500kVkV直流输电，西电东送运行中直流输电，西电东送运行中 400 400MWMW燃气轮机联合循环机组燃气轮机联合循环机组 引进建设引进建设 600 600MWMW核电机组

9、核电机组 各种电动汽车各种电动汽车2022年5月27日星期五武汉大学电气工程学院刘启胜3.3.当前研究、开发与创新当前研究、开发与创新（1 1）国内外与电机相关的研究领域国内外与电机相关的研究领域 精确模型研究 新能源技术（风力发电，波浪发电，高速 “电、热、冷”三联供机组） 机电一体化(电机、电力电子与微电子结合) 特殊新用途（电磁发射，纳米电机）2022年5月27日星期五武汉大学电气工程学院刘启胜 精确模型研究 300MW 汽轮发电机fNfII，NUU 的电抗值 2022年5月27日星期五武汉大学电气工程学院刘启胜 新能源技术风力发电 2022年5月27日星期五武汉大学电气工程学院刘启胜波

10、浪发电 波浪能电站外景波浪能电站外景 波浪能电站内景波浪能电站内景 新能源技术2022年5月27日星期五武汉大学电气工程学院刘启胜 机电一体化机电一体化如果用正在发展的新型永磁无刷直流电动机代替普通如果用正在发展的新型永磁无刷直流电动机代替普通电动机电动机, ,效果如下：效果如下：电冰箱：电冰箱：10001000万台万台/ /年，电量少年，电量少15%15%洗衣机：洗衣机：11001100万台，噪音降低万台，噪音降低1010分贝，节分贝，节 省电能省电能50%50%，节水，节水20%20%2022年5月27日星期五武汉大学电气工程学院刘启胜永磁直流无刷直流电动机外形图永磁直流无刷直流电动机外形

11、图2022年5月27日星期五武汉大学电气工程学院刘启胜 特殊新用途（电磁发射，纳米电机） 电磁发射技术的发展及其军事应用电磁发射技术的发展及其军事应用超微电机与微型机器人技术超微电机与微型机器人技术人工心脏技术人工心脏技术2022年5月27日星期五武汉大学电气工程学院刘启胜 航天超声波电航天超声波电机机 高速发电的发电高速发电的发电机机 人工肌肉直线电机人工肌肉直线电机 超导电超导电机机 电动机故障诊断电动机故障诊断 舰船驱动用电动机舰船驱动用电动机 智能型电力电子变压智能型电力电子变压器器2022年5月27日星期五武汉大学电气工程学院刘启胜1.3.1 全电流定律全电流定律也称安培环路定律，沿

12、空间任意条闭合回路，磁也称安培环路定律，沿空间任意条闭合回路，磁场强度场强度H的线积分等于该闭合回路所包围的电流的代的线积分等于该闭合回路所包围的电流的代数和。数和。i3l H dl i2 i1 注：若注：若i与与l符合右手螺旋关符合右手螺旋关系，系， 取正号，否则取负号取正号，否则取负号 。其中大拇指所指为其中大拇指所指为i的的方向，四方向，四指为指为l方向。方向。lH dli其中其中 H： 磁场强度，安磁场强度，安/米米(A/m) 2022年5月27日星期五武汉大学电气工程学院刘启胜Fe FeFNiH lH其中其中 F=Ni：磁路的磁动势磁路的磁动势 H HFeFel lFeFe：铁心上的

13、磁压降：铁心上的磁压降 H H：气隙上的磁压降气隙上的磁压降注：注：i 与与 l 符合右手螺旋关系符合右手螺旋关系, ,电机学中习惯电机学中习惯大拇指所大拇指所指为指为 l 的的方向，四指为方向，四指为多匝线圈中多匝线圈中 i 方向。方向。 当气隙长度当气隙长度远远小于两侧远远小于两侧的铁心截面的边长时，的铁心截面的边长时， 铁心和铁心和气隙中为均匀磁场，则气隙中为均匀磁场，则 带气隙的铁心磁路带气隙的铁心磁路 2022年5月27日星期五武汉大学电气工程学院刘启胜螺管线圈螺管线圈 设有向回路设有向回路 l 与圆与圆环的中心圆重合，则沿环的中心圆重合，则沿着回线着回线 l 磁场强度磁场强度 H

14、处处处相等且其方向处处与处相等且其方向处处与回线切线方向相同（称回线切线方向相同（称为均匀磁场），同时闭为均匀磁场），同时闭合回线所包围的总电流合回线所包围的总电流由通有电流由通有电流 i 的的 N 匝线匝线圈提供，则：圈提供，则：HlNiNi：作用在磁路上的安匝数（磁路磁动势），单位作用在磁路上的安匝数（磁路磁动势），单位A A。 2022年5月27日星期五武汉大学电气工程学院刘启胜电电 流流磁磁 场场产产 生生电磁感应电磁感应感应电流感应电流 1831年法拉第年法拉第闭合回路闭合回路变化变化m 实验实验产生产生1.3.2 1.3.2 电磁感应定律电磁感应定律2022年5月27日星期五武汉大

15、学电气工程学院刘启胜GNS ab一、一、 电磁感应现象电磁感应现象2022年5月27日星期五武汉大学电气工程学院刘启胜 GNSab一、一、 电磁感应现象电磁感应现象2022年5月27日星期五武汉大学电气工程学院刘启胜 GNSab一、一、 电磁感应现象电磁感应现象2022年5月27日星期五武汉大学电气工程学院刘启胜 GNSab一、一、 电磁感应现象电磁感应现象2022年5月27日星期五武汉大学电气工程学院刘启胜 GNSab一、一、 电磁感应现象电磁感应现象2022年5月27日星期五武汉大学电气工程学院刘启胜 GNSab一、一、 电磁感应现象电磁感应现象2022年5月27日星期五武汉大学电气工程学

16、院刘启胜 GNSab一、一、 电磁感应现象电磁感应现象2022年5月27日星期五武汉大学电气工程学院刘启胜 GNSab一、一、 电磁感应现象电磁感应现象2022年5月27日星期五武汉大学电气工程学院刘启胜 GNSab一、一、 电磁感应现象电磁感应现象2022年5月27日星期五武汉大学电气工程学院刘启胜 GNSabSN 一、一、 电磁感应现象电磁感应现象2022年5月27日星期五武汉大学电气工程学院刘启胜GNS abSN R12Gm 当回路当回路 1中电流中电流发生变化时，在发生变化时，在回路回路 2中出现感中出现感应电动势。应电动势。2022年5月27日星期五武汉大学电气工程学院刘启胜 SSm

17、cosdSBSdB B变化变化S变化变化 变化变化 SN GNSabiI 当通过一个闭合导体回路所包围面积内的当通过一个闭合导体回路所包围面积内的磁通量发生变化时，回路中就会产生感应电流。磁通量发生变化时，回路中就会产生感应电流。 结论结论这一现象称为这一现象称为电磁感应电磁感应。电流方向电流方向？2022年5月27日星期五武汉大学电气工程学院刘启胜二、楞次定律二、楞次定律 ( (判断感应电流方向判断感应电流方向) )感应电流产生的感应电流产生的效果，效果，反抗引起感应电流的反抗引起感应电流的原因原因导线运动导线运动感应电流感应电流阻碍阻碍产生产生磁通量变化磁通量变化感应电流感应电流产生产生阻

18、碍阻碍 abvf 楞次定律楞次定律：感应电动势产生的感应电流方向，感应电动势产生的感应电流方向，总是使感应电流的磁场通过回路的磁通量阻碍原总是使感应电流的磁场通过回路的磁通量阻碍原磁通量的变化。磁通量的变化。2022年5月27日星期五武汉大学电气工程学院刘启胜判断感应电流的方向：判断感应电流的方向：1、判明原磁场的方向；、判明原磁场的方向；3、按照楞次定律确定、按照楞次定律确定“感应磁感应磁场场”的方向；的方向； 4、按右手螺旋法则由、按右手螺旋法则由“感应磁场感应磁场”的的 方向来确定感应电流的方向。方向来确定感应电流的方向。感感BNSBiI感感BBiINSm 感感BB与与反向；反向；若若，

19、则，则m 感感BB与与同向；同向；若若，则，则增反增反 减同减同2、确定原磁场、确定原磁场磁通量的变化磁通量的变化 2022年5月27日星期五武汉大学电气工程学院刘启胜楞次定律楞次定律能量守恒定律在电磁感应中的体现能量守恒定律在电磁感应中的体现若违背楞次定律若违背楞次定律?感应电动势的大小如何计算感应电动势的大小如何计算? ?f ab永动机？永动机？2022年5月27日星期五武汉大学电气工程学院刘启胜三、法拉第电磁感应定律三、法拉第电磁感应定律 通过回路面积内的磁通量发生变化时，回路中产通过回路面积内的磁通量发生变化时，回路中产生的感应电动势与磁通量对时间的变化率成正比。生的感应电动势与磁通量

20、对时间的变化率成正比。在在SI制中比例系数制中比例系数K为为1库仑定律库仑定律毕毕-沙定律沙定律电磁感应定律电磁感应定律电磁场理论的三大实验基础电磁场理论的三大实验基础ddtek ddte 如果：回路几何形状、尺寸不变，如果：回路几何形状、尺寸不变， 周围无铁磁性物质。周围无铁磁性物质。L自感系数，单位：亨利（自感系数，单位：亨利（H）对于对于N 匝线圈：匝线圈：磁通链数磁通链数四、四、由于回路自身电流的变化，由于回路自身电流的变化，在回路中产生感应电动势的现象。在回路中产生感应电动势的现象。实验指出：实验指出：ImLImLINm1.1.自感现象自感现象2022年5月27日星期五武汉大学电气工

21、程学院刘启胜2022年5月27日星期五武汉大学电气工程学院刘启胜1）L的意义：的意义：LIm2. 自感系数与自感电动势自感系数与自感电动势 自感系数在数值上等于回路中通过单位电流时，通自感系数在数值上等于回路中通过单位电流时，通过自身回路所包围面积的磁通量。过自身回路所包围面积的磁通量。若若 I = 1 A，则，则mL L的计算: L=m/I单位：H ，mH , H LIm自感电动势：自感电动势：=eLddtLi若回路几何形状、尺寸不变，周围介质的磁导率不变，若回路几何形状、尺寸不变，周围介质的磁导率不变，自感电动势自感电动势dtdemLdtLid)(dtdLIdtdIL0dtdL则：则：20

22、22年5月27日星期五武汉大学电气工程学院刘启胜2022年5月27日星期五武汉大学电气工程学院刘启胜自感系数L的大小：NLii由磁路欧姆定律：mmNiNiR则：22mmNLNRN线圈的匝数 磁路的磁导 Rm磁路的磁阻m2022年5月27日星期五武汉大学电气工程学院刘启胜1) 互感系数互感系数(M)因两个载流线圈中电流变化而因两个载流线圈中电流变化而在对方线圈中激起感应电动势在对方线圈中激起感应电动势的现象称为互感应现象。的现象称为互感应现象。 若两回路几何形状、尺寸及相对位置不变，若两回路几何形状、尺寸及相对位置不变，周围无铁磁性物质。实验指出：周围无铁磁性物质。实验指出：21212212IM

23、I 12121121IMI 1II21221五、互感系数与互感电动势2022年5月27日星期五武汉大学电气工程学院刘启胜实验和理论都可以证明：实验和理论都可以证明：12I2I121MMM 2112若两线圈的匝数分别为若两线圈的匝数分别为则有：则有：21NN 与与221212112MIIMN 112121221MIIMN 21212212IMI 12121121IMI 2022年5月27日星期五武汉大学电气工程学院刘启胜2）互感电动势）互感电动势12I2I121221212112MIIMN 112121221MIIMN dtdiMdtde21212dtdiMdtde121212022年5月27日

24、星期五武汉大学电气工程学院刘启胜( A). 互感系数和两回路的几何形状、尺寸，它们互感系数和两回路的几何形状、尺寸，它们 的相对位置，以及周围介质的磁导率有关。的相对位置，以及周围介质的磁导率有关。( B). 互感系数的大小反映了两个线圈磁场的相互互感系数的大小反映了两个线圈磁场的相互 影响程度。影响程度。自感系数M的大小：121 1222NMii由磁路欧姆定律：2 2122 21212N iN iR则：12121212N NMN NRN1,N2线圈的匝数 磁路的磁导 R12 磁路的磁阻122022年5月27日星期五武汉大学电气工程学院刘启胜 互感系数在数值上等于当第二个回路电流变化互感系数在

25、数值上等于当第二个回路电流变化率为每秒一安培时，在第一个回路所产生的互感电率为每秒一安培时，在第一个回路所产生的互感电动势的大小。动势的大小。若若(C). 互感系数的物理意义互感系数的物理意义：21didt在式在式中，中，212dieMdt 则有：则有：则有：则有：即：即：12eM2022年5月27日星期五武汉大学电气工程学院刘启胜1.3.3 1.3.3 电磁力定律电磁力定律磁场对电流的作用是磁场的基本特征之一。实验表明，将长度为 l 的导体置于磁场 B 中，通入电流 i 后，导体会受到力的作用，称为电磁力。其计算公式为F = dF = idl B对于长直载流导体，若磁场与之垂直，则计算电磁力

26、大小的公式可简化为F = Bli式中电磁力 F、磁场 B 和载流导体 l 的关系由左手定则(又称电动机定则)确定。2022年5月27日星期五武汉大学电气工程学院刘启胜在电动机里，电磁转矩是驱使电机旋转的原动力，即电磁转矩是驱动性质的转矩，在电磁转矩作用下，电能转换为机械能。在发电机里，可以证明，电磁转矩是制动性质的转矩，即电磁转矩的方向与拖动发电机的原动机的驱动转矩的方向相反，原动机的驱动转矩克服发电机内制动性质的电磁转矩而作功，机械能转换为电能。电磁转矩还可以用功率的关系求得。设 Pem 为电机的电磁功率，为电机气隙磁场旋转角速度，则有在旋转电机中，作用在转子载流导体上的电磁力将使转子受到一

27、个力矩，我们称之为电磁转矩。电磁转矩是电机实现机电能量转换的重要物理量。ememPT2022年5月27日星期五武汉大学电气工程学院刘启胜1.4 1.4 铁磁材料的特性铁磁材料的特性1.4.1 铁磁材料的磁导率铁磁材料的磁导率磁导率磁导率HB (1) 非铁磁材料 为常数，接近于真空的磁导率m/H10470(2) 铁磁材料: 铁、镍、钴及其合金 很大，具有高的导磁性能； 不是常数，磁化曲线呈非线性（饱和特性）特性：2022年5月27日星期五武汉大学电气工程学院刘启胜所有非导磁材料的磁导率都是常数，并且都接近于真空磁导率 0，0 = 4 10-7H / m。但铁磁材料却是非铁磁材料却是非线性的线性的

28、，即其中 B 与 H 的比值不是常数，磁导率 Fe在较大的范围内变化，而且数值远大于 0，一般为 0的数百乃至数千倍。对电机中常用的铁磁材料来说，Fe在在 2000 06000 0之间之间。因此，当线圈匝数和励磁电流相同时，铁心线圈激发的磁通量比空心线圈的大得多，从而电机的体积也就可以减小。2022年5月27日星期五武汉大学电气工程学院刘启胜铁磁材料之所以有高导磁性能，依磁畴假说，从微观角度看，就在于铁磁材料内部存在着很多很小的具有确定磁极性的自发磁化区域，并且有很强的磁化强度，就相当于一个个超微型小磁铁，称之为磁畴。磁化前磁化后2022年5月27日星期五武汉大学电气工程学院刘启胜铁磁材料的磁

29、化特性（铁磁材料的磁化特性（B BH H曲线曲线/ /磁化曲线）磁化曲线）0BHB=0H非铁磁材料的磁化非铁磁材料的磁化特性：特性：B=0H起始磁化曲线起始磁化曲线: :B=f(H)oa为起始段为起始段 ab为为线性段线性段 bc为为饱和段饱和段 B=f(H)abcd膝点Fe=f(H) : 随随 H 的变化而的变化而变化变化 ()Fef HFe2022年5月27日星期五武汉大学电气工程学院刘启胜2iHr0BHFe又因00FeFeBB故有结论：铁心具结论：铁心具有增磁功能有增磁功能 。思考题：铁心环与塑料环中的磁场强度和磁通密度有何区别？思考题：铁心环与塑料环中的磁场强度和磁通密度有何区别？20

30、22年5月27日星期五武汉大学电气工程学院刘启胜0Fe111mFelFRA21mmRR结论：结论：在激磁磁势相同的情况下，带气隙铁心磁路只在激磁磁势相同的情况下，带气隙铁心磁路只能得到较少的磁通。能得到较少的磁通。 222()mmFemFRRR20()FeFellAA2022年5月27日星期五武汉大学电气工程学院刘启胜变压器：变压器：两个线圈交链的磁通过铁心以增强两个线圈交链的磁通过铁心以增强 电机：铁心使定、转子之间的耦合场得以增强，并可以电机：铁心使定、转子之间的耦合场得以增强，并可以使定子内圆表面的磁感应强度按一定规律在圆周上分布使定子内圆表面的磁感应强度按一定规律在圆周上分布 2022

31、年5月27日星期五武汉大学电气工程学院刘启胜1.4.2 磁滞与磁滞损耗磁滞与磁滞损耗对铁磁材料进行周期性的磁化，则B-H曲线如图：磁化曲线是一条具有单方向性的闭合曲线，称为磁滞回线。B的变化总是滞后于H的变化，这种现象称为磁滞现象。原因：外磁场撤除后，磁畴的排列不能完全恢复到起始状态，显示磁性。矫顽力 剩磁2022年5月27日星期五武汉大学电气工程学院刘启胜基本磁化曲线或平均磁化曲线基本磁化曲线或平均磁化曲线: : 2022年5月27日星期五武汉大学电气工程学院刘启胜磁滞损耗磁滞损耗当铁磁材料置于交变磁场中时，被反复交变磁化，致使磁畴之间不停的摩擦，消耗能量，造成损耗，这种损耗称为磁滞损耗磁滞

32、损耗。 (1)(1)不同的铁磁材料有不同的磁滞回线不同的铁磁材料有不同的磁滞回线 软磁材料：如：铸钢、硅钢、制作电机铁心； 硬磁材料：不高，Br大，磁滞回线宽而胖， 制造永久磁铁； (2)(2)同一铁磁材料，同一铁磁材料，B Bm m越大，磁滞回线所包围的面越大，磁滞回线所包围的面积越大，损耗越大。积越大，损耗越大。VBfPnmh试验证明，磁滞损耗试验证明，磁滞损耗2022年5月27日星期五武汉大学电气工程学院刘启胜1.4.3 1.4.3 涡流与涡流损耗涡流与涡流损耗因铁心是导电的，因铁心是导电的，当穿过铁心的磁通随时当穿过铁心的磁通随时间变化时，铁心中产生间变化时，铁心中产生感应电势，从而产

33、生电感应电势，从而产生电流，这些环流在铁心内流，这些环流在铁心内绕磁通做旋状流动成为绕磁通做旋状流动成为涡流涡流。涡流在铁心中引。涡流在铁心中引起损耗称为起损耗称为涡流损耗涡流损耗。2022年5月27日星期五武汉大学电气工程学院刘启胜涡流损耗的大小和哪些因素有关？ddxx2/wwdpER2bdRldx22wwlEdpdxb/22222202dwmwlEK f d B Vpdxb正比于频率的平方正比于厚度的平方正比于磁密的平方反比于电阻率2022年5月27日星期五武汉大学电气工程学院刘启胜思考题：图中哪个涡流损耗大？思考题：图中哪个涡流损耗大？要减少涡流损耗，首先应减小硅钢片厚度(目前一般厚度已

34、做成 0.5mm 和 0.3mm 或更薄；其次是增加涡流回路中的电阻。电工钢片中加入适量的硅，制成硅钢片硅钢片，就是为了使材料改性，成为半导体类合金，显著提高电阻率。2022年5月27日星期五武汉大学电气工程学院刘启胜1.4.4 1.4.4 铁心损耗铁心损耗:铁心损耗系数50/ 1p当铁心内的磁场为交变磁场时，常将磁滞损耗和涡流损耗合在一起来计算，并统称为铁心损耗，简称铁耗。单位重量中铁耗:21/50()50FemfppB 为频率指数，其值在 1.21.6 范围内2022年5月27日星期五武汉大学电气工程学院刘启胜1.5 磁路基本定律及计算方法磁路基本定律及计算方法本质上讲，各类电磁装置中物理

35、现象的研究都应归结为物理场问题的求解，如温度场、流场、力场、电场、磁场等等。但这样太复杂，也难于得出一般性的分析设计规律，因此，将场问题化简为路问题求解，并由此形成了一门关于电路分析设计的完整理论。磁路是电机、电器中磁通行经的路径。磁路一般由铁磁材料制成，磁通也有主磁通(又称工作磁通)和漏磁通之分。习惯上，主磁通行经的路径称之为主磁路，漏磁通行经的路径叫漏磁路。2022年5月27日星期五武汉大学电气工程学院刘启胜1.1.均匀磁路的欧姆定律均匀磁路的欧姆定律BA 在线性或可以近似地认为是线性的介质中在线性或可以近似地认为是线性的介质中有有 B=HH 其中其中是磁导率，是磁导率， H/mH/m20

36、22年5月27日星期五武汉大学电气工程学院刘启胜BlNilA 将将=BA和和B=H H 代入代入Ni Hl，得得mFRmF mlRAmR1mmARlm2022年5月27日星期五武汉大学电气工程学院刘启胜0()mFemFelFRRAA其中其中 RmFe : : 铁心部分对应的磁阻铁心部分对应的磁阻 Rm : : 气隙部分对应的磁阻气隙部分对应的磁阻 假设铁心长度假设铁心长度l远远大气隙远远大气隙长度长度 ，认为铁心柱中的磁通认为铁心柱中的磁通等于气隙中的磁通等于气隙中的磁通 ，则，则2022年5月27日星期五武汉大学电气工程学院刘启胜1.5.2 磁路的基尔霍夫第一定律进入或穿出任一封闭面的总磁通

37、量的代数和等于零，或穿入任一封闭面的磁通量恒等于穿出该封闭面的磁通量。123 2022年5月27日星期五武汉大学电气工程学院刘启胜1.5.2 磁路的基尔霍夫第二定律定义 Hl 为磁压降，Hl 为闭合磁路上磁压降的代数和。磁路基尔霍夫第二定律表明，任一闭合磁路上磁动势的代数和恒等于磁压降的代数和。mRFNiHldlH2022年5月27日星期五武汉大学电气工程学院刘启胜磁路和电路的类比关系IN磁路磁路R+_EIU电路电路磁通势磁通势F电动势电动势E磁通磁通 电流电流I磁感应强度磁感应强度B电流密度电流密度J电阻电阻R(电导电导G)AlRmlRA0i 0eu mFHlR 磁阻磁阻Rm（磁导（磁导 ）

38、m2022年5月27日星期五武汉大学电气工程学院刘启胜1.6 电机中的机电能量转换过程（略）电机中的机电能量转换过程（略）机械能 Wmec= 磁场储能增量 Wm+热能损耗 PT 电能 We2022年5月27日星期五武汉大学电气工程学院刘启胜1.7 电机的发热与冷却一、电机的发热：一、电机的发热：任何机械装置工作了一段时间后，都会出现发热的任何机械装置工作了一段时间后，都会出现发热的现象，我们已经学过了电工和大物，那么，很显然，这现象，我们已经学过了电工和大物，那么，很显然，这是损耗的出现所导致的结果。是损耗的出现所导致的结果。1、温升温升：电机的温度在工作了一段时间后不在上升而：电机的温度在工

39、作了一段时间后不在上升而达到某一稳定数值，此值和周围冷却介质温度之差，我达到某一稳定数值，此值和周围冷却介质温度之差，我们称之为温升。们称之为温升。电机的温升不仅取决与损耗的大小和散热情况，还电机的温升不仅取决与损耗的大小和散热情况，还与电机的工作方式有关。与电机的工作方式有关。2022年5月27日星期五武汉大学电气工程学院刘启胜2. 定额：制造厂按国家标准的要求对电机的全部电量定额：制造厂按国家标准的要求对电机的全部电量和机械量的数值以及运行的持续时间和顺序所做的规和机械量的数值以及运行的持续时间和顺序所做的规定称为电机的定额，（既电机的工作方式）。定称为电机的定额，（既电机的工作方式）。

40、1）连续定额）连续定额 2）短时定额）短时定额 3）周期工作定额）周期工作定额二、电机的冷却：二、电机的冷却：电机的冷却快慢直接电机的冷却快慢直接决定了电机的寿命和额定容量。决定了电机的寿命和额定容量。1）冷却介质：空气，氢气，水和油）冷却介质：空气，氢气，水和油2）冷却方式：外部冷却和内部冷却。现代巨型电机均）冷却方式：外部冷却和内部冷却。现代巨型电机均采用内部冷却方式。采用内部冷却方式。2022年5月27日星期五武汉大学电气工程学院刘启胜1.8 电机的分析研究方法电机的分析研究方法1.8.1 分析步骤分析步骤虽然电机的种类很多，分析研究方法也各有特点，但其基本步骤和基本方法还是有很多共同之

41、处的，尤其是对旋转电机。下面综合介绍旋转电机的分析步骤和研究方法。 电机内部物理情况的分析。这一步主要是分析空载和负载运行时电机内部的磁动势和磁场，建立物理模型。2022年5月27日星期五武汉大学电气工程学院刘启胜 列出电机的运动方程。利用电磁感应定律和电磁力定律，即可求出各个绕组内的感应电动势和作用在转子上的电磁转矩；再利用基尔霍夫定律、全电流定律、牛顿定律和能量守恒原理，可列出各个绕组的电动势方程式以及电机的磁动势方程式、转矩方程式和功率方程式。这些方程统称为电机的运动方程。这一步的工作就是把物理模型变为数学模型。 电机的运动方程除了可用上述传统方法建立外，还可以用汉密尔顿原理通过变分法建立，或直接应用机电动力系统的拉格朗日麦克斯韦方程列写。2022年5月27日星期五武汉大学电气工程学院刘启胜 求电机的运行特性和性能。求电机的运行特性和性能。列出运动方程后，求解这些方程，即可确定电机的运行特性和一些主要的技术数据。对于动力用电机动力用电机，在稳态运行特性中，发电机以外特性为最重要，而电动机则以机械特性电动机则以机械特性为最重要。发电机的外特性是指负载电流变