第01讲电机学概述

第01讲电机学概述1.电机的定义2.电机的作用3.电机的分类4.电机学课程简介5.电机发展简史1.电机的定义

传统电机：以电磁感应为工作机理，能够实现电能与机械能之间或者两种形式的电能之间相互转换的装置。看重力能指标。

控制电机：原理与传统电机一样；作为一种机电元件，用在自控系统中，具有执行、检测、解算等功能。看重高精度和快速响应等指标。机械能电能电磁场电能2电磁场电能1

电磁感应：用在电机中的电磁感应理论最主要的是：电磁感应定律（两个公式）和电磁力定律（一个公式）。

电机的构成：由电路、磁路和机械部件构成；电路用来承载电能；机械部件用来承载机械能；磁路用来疏通磁场，为电能与机械能相互转换提供更好的场所（媒介）。

电磁感应定律（两个公式）

电磁力定律（一个公式）电机的构成电路磁路机械件电路:铜、铝等导电材料;

磁路：铁等导磁材料及永磁材料；机械：铸铁、钢板等结构材料；绝缘：绝缘材料。2.电机的作用

电机是电力系统的支柱。人类甚至整个自然界依赖能源而存在。电能（电力）是最好的能源形式。

电力系统是生产、变换、传输、分配和消费电能的庞大体系。

电力系统的每一个环节，都离不开电机。

电机是整个电力系统的支柱。电力系统框图G发电机升压变压器高压输电线降压变压器高压配电线降压变压器低压配电线M电动机

电机是各个行业不可缺少的设备或元件。工业动力。交通运输动力。农业动力。文教医疗动力。国防动力及测控元件。家用电器动力。各种自动化系统中的测控及执行元件。3.电机的分类

电机按功能分类。

发电机：将机械能转换为电能

电动机：将电能转换为机械能

变压器：将电能从一种形式转换为另一种形式。

控制电机：在自动控制系统中实现测控、定位执行等功能。

电机按电流分类。

直流电机：直流发电机、直流电动机。

交流电机：交流发电机、交流电动机。

变压器：升压、降压、联络变压器等。

控制电机：在自动控制系统中实现测控、定位执行等功能。控制也分为直流控制电机、交流控制电机等。4.电机学课程特点

专业基础课电机专业：从事电机设计制造，必须学电机学。发电专业：从事电能的生产，必须学电机学。自动化专业：从事电能的控制，必须学电机学。高压专业：从事高电压输电线路的设计等。绝缘专业：从事绝缘材料的研究。电器专业：电力系统的各种开关电器等。电测专业：从事电力系统的测控等。

理论与实际相结合理论：电路、磁路、能量守恒、相量、电磁感应等理论。电机学具有严密的理论体系。实际产品：各种电机产品千差万别。各自的分析中既要遵循基本理论，又要根据实际情况合理简化。

学习内容比较繁多电机种类多：直流、同步、异步、变压器等等。分析方法多：电路图、方程式、相量图等等。实际问题比较多：自励、启动、调速、制动等。电机结构较为复杂：定子、转子、铁心、绕组等。

学习方法认真听课。多看书复习。独立完成作业。重视实验和实践。要有静心想象素质。5.电机发展简史电磁感应电定律的发现；直流电机的发展；单相交流电的应用；三相交流电的应用。初期发展工业革命后，普遍应用蒸汽动力。但其输送和管理不便，难以满足生产需要。迫使人们寻找新的动力。

19世纪初期，人类积累丰富的电磁知识。法拉第1821年首次使用模型表演了把电能转换为机械能的可能——他发现了电动机的作用原理。不久就出现了原始型式的电动机。由于电动机用电池作电源，不能和蒸汽机相抗衡，难以推广。生产上的需要，又迫使人们寻求把机械能转换为电能的装置。在进行了大量实验研究的基础上，法拉第于1831年发现了电磁感应定律。

1832年法拉第制成了第一台原始型式的发电机。

电磁感应定律使得人们掌握了电能和机械能相互转换的规律，大规模使用电能的时代已经来临。电磁感应电定律的发现电能在工业上应用的初期，主要是满足弧光照明及电化学工业的需要，虽然最早发明的是直流电动机，但最初期发展较快的电机是直流发电机。在1840-1870年代，直流发电机发展很快。在励磁方面，早在1845年就开始以电磁铁代替永久磁铁。到1867年制造成了自激发电机。在电枢结构方面，也从1870年的环形电枢发展到1873年的鼓型电枢。至此，直流电机的结构已取得了现代电机的基本型式。早在1882年就开始建成了第一条远距离传输直流电能的线路，开辟了广泛应用电能的前景。直流电机的发展为了扩大供电区域和传送距离，须把发电机的单机容量增大，并把运行电压提高，这对直流电机来说有一定的限制。为解决这一矛盾，在19世纪70年代初，人们已经开始尝试应用交流电。在1876年，交流电已经应用于照明装置。不久就制成了原始型式的同步发电机和具有开启磁路的原始型式的变压器。到1884年，闭合磁路的变压器制成。这种变压器基本上已经具备了现代结构的形式。由于单相变压器的推广，单相交流电的应用得到了迅速发展。单相交流电的应用用单相交流电代替直流电，解决了当时远距离输电的困难。但单相交流电不适合用作电动机的电源。不久，应用两相电流产生旋转磁场的原理被发现了，接着就制成了两相异步电动机的模型。到19世纪末，三相异步电动机和三相变压器相继出现。三相交流制迅速取代了两相交流制。三相输电系统的优越性立即为举世公认。此后应用三相交流制的发电厂变迅速发展起来，高速运转的汽轮发电机不久便取代了以蒸汽机作为原动机的发电机。从19世纪末到20世纪初，包括交流换向器电机在内的各种电机均已陆续发明。电机的初期发展至此告一段落。三相交流电的应用单机容量不断提高；重量不断减轻，尺寸不断缩小；应用范围不断扩大；现代设计,制造及控制技术的应用。发展壮大进入20世纪，大型工业企业不断集中，使得发电机的容量随着工业发展的要求而不断提高。以汽轮发电机为例，在1900年，汽轮发电机的单机容量不超过5000kVA，到1920年，汽轮发电机容量已经达到50000~60000kVA。在1937年，应用空气冷却的汽轮发电机的容量已经达到10万kVA。应用氢气冷却后，汽轮发电机的容量便上升到15万kVA。随后电机的冷却技术不断发展，表现为在导体内部用气体冷却或液体冷却。1956年制成20.8万kVA的汽轮发电机，采用了定子导体水内冷，转子导体氢内冷。在1960年汽轮发电机的容量又上升为32万kVA。不久，汽轮发电机的容量久突破了100万kVA。目前汽轮发电机的容量已达到600~1000万kVA。单机容量的不断提高设计技术的完善、结构和工艺措施的改进、新材料的应用，使得制成的电机更为灵巧和经济合用。在设计方面应用计算机辅助设计，更便于进行多方案的综合比较。新工艺措施方面，计有线圈的真空处理、硅钢片涂漆机械化、异步电机转子压铸浇铝。金工方面推广高速切削、模具钳工机械化等等。新材料的发展，如磁性材料方面采用冷轧硅钢片、绝缘材料方面采用聚酯薄膜、硅有机漆、粉云母等。电机重量的减轻和轮廓尺寸的缩小可用下面的例子窥见一斑：小型异步电机的重量在19世纪末为每kW60余公斤；第一次世界大战后为20余公斤；1980年代为10公斤左右。我国生产的J2、JO2新系列小型异步电动机与J、JO老系列相比较，体积平均缩小25.6%，重量平均减轻20%。目前的Y系列与Y2系列异步电动机尺寸与重量又有大幅度下降。重量不断减轻，尺寸不断缩小为适应各种不同的工作要求，电机的系列和品种也愈来愈多。除了一般用途的电机之外，尚有各种特殊要求的电机，如船舶电机、潜水电机、防爆电机、湿热带电机等等。随着生产过程自动化和遥控技术的发展，在20世纪30年代末期就出现了各种形式的的电机放大机，例如交磁放大机和自激放大机。此外，作为控制单元用的微型电机也在迅速发展着，这类电机的型式很多，它们的