课堂电机学课件-第一章绪论

1电机学

ElectricalMachine2课程概况及特点：

专业技术基础课

1）既带有基础性又带有专业性；

2）既有较强的理论性又有较好的实践性。先修课程：高等数学、电路等3学习方法：

1）抓主要矛盾，有条件地略去一些次要因素；

2）抓住重点，牢固掌握基本概念、基本原理和主要特性；

3）要有良好的学习方法，运用对比或比较的方法，分析电机的共性和特点，加深对原理和性能的理解；

4）理论联系实际，重视科学实验和工程实践；

5）充分预习和复习。教材介绍4第一章绪论一、电机在国民经济中的应用电能：能量的一种形式；电机：一般来讲，电机是依据电磁感应定律和电磁力定律，由电路和磁路构成的能实现机电能量转换或信号传递与转换的装置。更简单的说，电机是能量转换的一种装置。

第一节概述5电机的作用和地位：电机在电能生产中的作用

99%以上的电能均为同步发电机发出的2.电机在电能的传输中的作用

电功率S=UI

相同功率下，电压越高，电流越小。因此由电厂生产的电能要先送到变电站进行升压，再进行远距离传输，然后再由降压变压器进行降压、分配。3.电机在电能使用中的作用

由发电厂生产的电能有大约70%由各种各样的电动机所消耗。4.电机在自动控制中的作用67二、电机的分类形式很多，分类方式多样：1．按电机在应用中的职能来分电动机电——>机发电机机——>电变压器电——>电控制电机信号变换与传输2．按速度来分变压器n=0

同步电机n=同步速度n0

异步电机n≠n0,但接近同步速n0

直流电机n不定83．按电流性质分直流电机直流发电机直流电动机交流电机交流电动机交流发电机变压器9第二节电机的电磁基本理论电机中的三大物理量:

电、磁、机械（机电能量转换）其中，电和磁构成电机的两大要素电：以“路”的形式出现，线圈（绕组）构成电路，较熟；磁：以“场”的形式出现，本科阶段一般以磁路进行分析；机：机械能，电机中与之相关的有转矩、转速等。

10一、磁场、磁感应强度磁场：运动电荷（电流）周围存在的一种特殊物质洛伦兹力：磁场中载流导体所受到的力磁感应强度：描述磁场强弱的物理量B二、磁力线、磁通量（Φ）1.磁力线1）定义：用假象存在的曲线来表示磁场的分布，2）性质：“符合右手螺旋定则”；“永不相交，确定点的B方向确定、唯一”；“闭合、无起点、终点”。112.磁通（磁通量）：通过磁场某一面积的磁感应线数垂直（正交）（S的法线与B方向之间夹角）任意曲面、不均匀磁场闭合曲面（高斯定理，磁通连续性原理）工程中称磁感应强度为磁通密度，简称磁密，单位Wb/m212三、磁场强度磁导率1 磁场强度（H）：表征磁场性质的一个矢量，单位A/m2B与H的关系

磁导率、真空中的磁导率、相对磁导率133没有磁绝缘的概念

(电：＞1010，磁：103~105)14四、全电流定律1．定义：磁场强度矢量H沿任一闭合回路的线积分=该闭合回路所包围的导体电流的代数和。

（右手螺旋定则）2．磁压（磁位差）：H沿路径的线积分称该路径上的磁压。

Um=∫Hdl3．磁势：磁场回路所匝链的电流

F=∑I磁势、磁压的单位均为：A沿磁场中任一闭合回路，总磁压等于总磁势。15五、磁路、磁路参数、全磁路欧姆定律

1.磁路：导磁材料与非导磁材料、主磁通与漏磁通、磁路2.磁路欧姆定律（1）部分磁路电路：R＝U／I磁路：（2）全磁路3.磁阻比较电阻：164．磁导5．磁路第一定律（节点定律）

根据磁通的连续性原理，流入磁路节点的磁通的代数和等于0.6．磁路第二定律（回路定律）即7.磁路与电路的异同（1）同：绝大多数概念等价（2）异：a电流是电荷的移动磁通是假想的用于描述磁场的量

b直流电流通过电阻消耗能量恒定磁通通过磁阻不消耗能量17六、B－H曲线1．磁化曲线起始段：μ较小；线性区：μ（较大）近似为直线饱和区：μ很小，H增大，B基本不变182．磁滞回线磁滞现象剩磁（剩余磁通密度、剩余磁感应强度）矫顽力:Hc软磁材料：Hc小，易被磁化，也易消失――电机中多用之硬磁材料：Hc大，与上相反，做永磁材料，如永久磁铁3基本磁化曲线通不同电流形成不同的B-H曲线的各顶点的连线19例：图(a)为硅钢片叠成的磁路（尺寸的单位：mm），图(b)所示为硅钢片的磁化曲线，励磁线圈有1000匝。求当铁芯中磁通为1×10－3Wb时，励磁线圈中的电流为多少？20解:1.铁芯部分：设铁芯的叠片因数(叠片净厚度与总厚度之比)为0.94，则铁芯的净面积为

Ai=20×10-3×40×10－3×0.94=0.752×10－3(m2)铁芯磁路的平均长度为

Li=2(100+80)-6=354(mm)=0.354(m)铁芯中的平均磁通密度为

由磁化曲线查得相应的铁芯磁场强度为Hi=560A／m。铁芯段磁路所需的磁动势为

(A)212．气隙部分不计气隙处磁通的扩散现象，则气隙磁通与铁芯中的磁通相同，因为气隙部分的面积为Ag=20×10-3×40×10－3=0.8×10－3(m2)所以气隙部分的感应强度、磁场强度和气隙部分所需的磁势为3．总体所需的总磁势为F＝FI+Fg=6162(A)线圈所需的励磁电流为I＝Fi／N＝6.162(A)要点：气隙虽小，但所需的磁势却很大。甚至可忽略铁芯的磁压降。22七铁芯损耗

交变的磁通在铁芯中产生损耗（1） 磁滞损耗（正比于频率）（2） 涡流损耗（正比于频率的平方，正比于叠片厚度的平方，所以用很薄的硅钢片（0.3~0.5mm）而不用整块铁。）23八、磁场贮能1．磁场能量（体）密度2．总能量3．线性介质24九、电感（一）自感磁链：穿过线圈的磁通形成磁链磁链与穿过线圈的电流成正比：系数L称电感，所以电感定义如下：一个线圈通过单位电流所形成的磁链叫该线圈的电感。25（二）互感两个相邻回路：回路1中的电流I1产生的，与回路2交链（匝链）的磁链（注意下标顺序）定义：该磁链与产生该磁链的电流I1之比称回路1对回路2的互感M21。同理：回路2对回路1的互感M12为：问题：下标中第一个数代表？第二个数代表？同理，其中：Rm称两线圈间的磁阻，Λ为磁导。26（三）漏磁通、漏磁链、漏电感1．漏磁通2．漏磁链3．漏电感（四）电抗27十、电磁感应定律感应电势的两种形式1．变压器电势线圈中Φ变化方向：楞茨定律

2．速度电势导体运动产生e=BLv

方向:参考右手定则28十一、电磁力、电磁转矩（1）电磁力通电导体在B中受的力

F=BIL（发电机的本质：外力F作用于导体，使其以v运动，则输入机械功率Fv；产生感应电势e，与外电路形成电流i,则输出电功率ei。不计损耗，功率平衡）（2）电磁转矩29十二、电机的可逆性同一电机既可做发电机又可做电动机。发电机与电动机即有感应电势又有电磁力，只是形式不同，今后课程中注意体会。30十三、磁路参量与电路