浙大电机学之绪论PPT课件

第0章 绪论
电能是现代社会的最主要能源，电能主要由发电机产生， 电能是现代社会的最主要能源，电能主要由发电机产生， 它主要实现以下四种能量的转换： 它主要实现以下四种能量的转换： 化石能转化为电能－火力发电机； 化石能转化为电能－火力发电机； 水能转化为电能－水力发电机； 水能转化为电能－水力发电机； 核能转化为电能－核力发电机； 核能转化为电能－核力发电机； 转化为电能 风能转化为电能－风力发电机。 风能转化为电能－风力发电机。
第0章 绪论
§0.3 电力拖动控制系统的组成
电力拖动控制系统是用电动机来拖动生产机械运行的系统。 电力拖动控制系统是用电动机来拖动生产机械运行的系统。 包括：电动机、电源、控制设备、传动机构和生产机械四个部分。 包括：电动机、电源、控制设备、传动机构和生产机械四个部分。 它们之间的关系如下 电源
控制设备
第0章 绪论
第0章 绪论
电动机： 电动机：
第0章 绪论
手机震动电动机
第0章 绪论
电动自行车所用的无刷直流电动机
第0章 绪论
4 电机是控制系统和智能化装置的重要元件（控制电机） 电机是控制系统和智能化装置的重要元件（控制电机）
作为控制系统中的执行元件、检测元件和解算元件。 作为控制系统中的执行元件、检测元件和解算元件。 如：伺服电机、测速发动机、自整角机和旋转变压器等。 伺服电机、测速发动机、自整角机和旋转变压器等。
第0章 绪论
§0.2 电机的分类
1 按结构形式及电磁感应方式分 变压器 电机 旋转电机 交流电机 同步电机 直流电机 异步电机
第0章 绪论
2 按功能分
(1) 发电机：把机械能转换成电能。 发电机：把机械能转换成电能。 (2) 电动机：把电能转换成机械能。 电动机：把电能转换成机械能。 (3) 变压器：改变电源电压。 变压器：改变电源电压。 (4) 控制电机：作为控制系统的控制元件或执行元件。 控制电机：作为控制系统的控制元件或执行元件。

电机工业发展历程
1959年，哈尔滨电机厂自行设计并制造了国内第一套主 传动为2800千瓦的直流电动机。 1983年6月，浙江秦山核电厂动工，建设规模为1台30万 千瓦机组 ，这是中国第一座自行设计、制造、安装的压 水堆核电站。 1989年，国产第一台60万千瓦火电机组在安徽平坪电厂 投运。 1994年12月，装机1820万千瓦的三峡工程正式开工，并 于1999年11月顺利截流。
电 机实物照片
电机的种类很多，应用于航空、航天、交通运输、军事装 备、工农业生产、医疗设备和家用电器等各个方面。 作为动力 用于发电
动力
船用电机
用 于 按 摩 椅、按 摩 床垫、 儿童摇摆床等
动力
用于CD、立体声耳机、 DVD唱机
用于石油钻井
用于盒式磁带录音机， VCR
用于玩具，相机，石英钟打 点器，旅行电吹风
电机工业发展历程
1949年新中国成立时，我国电力装机只有185万千瓦，年 发电量43亿千瓦时，居世界第21位和第25位。 到１９９８年年底，我国电力装机容量和年发电量均已跃 居世界第二位，成为世界电力生产和消费大国 。 截至2002年底，全国发电装机容量3 .56亿千瓦，年发电 量16541 .64亿千瓦时 。随着我国国民经济的高速增长， 全国电网用电需求保持强劲的增长势头。
双轮行走机器人
发电
上海电机厂的生产车间
发电
哈尔滨电机厂生产的交直流产品
发电
哈尔滨电机厂生产的火电产品
发电
安装在邹县电厂的 600MW汽轮发电机
东方电机股份有限 公司，山峡转轮
660kw风力发电机
发电
荣 获 国 家 科 进 步 特 等 奖 的 葛 洲 坝170MW 水 轮 发 电机组

2. 本课程与电力行业的紧密联系
a 对于电力系统自动化专业的技术人员，必然要从事电力系统 稳定性的研究，则首先要了解各电气设备的特性； b 对于从事电气工程自动化专业的技术人员，要搞清楚所控 制的对象及其各类电动机的特性，才能搞好自动控制
1-1 概述
三、学习《电机学》的什么内容
• •
电机的原理、结构、特性和应用 直流电机、变压器、异步电机、 同步电机

3、电磁力定律
载流导体在磁场中要受到力的作用—电磁力
F Bli
左手定则
1-3 基本电磁定律
电机可逆性原理
如在电机轴上外施机械功率，通过电机导体在磁场中 作用产生感应电势可输出电功率；如在电机电路中从电 源输入电功率，则载流导体在磁场作用下可使电机旋转 而输出机械功率。
任何电机既可以作为发电机运行，又可以作 为电动机运行。 不论用作发电机或电动机，感应电势和电磁 力都同时作用于导体。
1-2 磁路及磁路定律
•
2、磁路的欧姆定律
H dl Hl Ni
B /A Ni F m F L /( A ) R m
H B/
1-2 磁路及磁路定律
3、磁路的基尔霍夫第一定律 定律内容: 穿出(或进入)任一闭和面的总磁通量恒 等于零(或者说，进入任一闭合面的磁通量恒等 于穿出该闭合面的磁通量)，这就是磁通连续性 定律。
1-4 铁磁材料及特性
2、铁磁材料
•
软磁材料--磁滞回线窄，HC及Br小
•
•
硬磁材料--磁滞回线宽，HC及Br大
HC及Br大，难退磁---永磁材料
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

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
16
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
Bg
Ag
1.25
Hg
Bg
0
0.994106
Fg H g Lg 5964
• 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
* 机：机械能，电机中与之相关的有转矩、 转速等。
9
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：用假想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”。
• 2.磁路欧姆定律
* （1）部分磁路
• 电路：R＝U／I
• 磁路：
R.磁阻
Rm
l
S
F Rm rm
– 比较电阻：
R l
S
15
• 4．磁导
1 S
Rm
l
• 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.
0
• 6．磁路第二定律（回路定律） Um Ik F
10
2.磁通（磁通量）：通过磁场某一面积的磁感应

• 难点：电磁关系，磁动势，旋转磁场。
• 使用教材：胡虔生、胡敏强、杜炎生合编《电 机学》，中国电力出版社
• 参考书：汪国梁主编《电机学》
05.12.2020
.
12
《电机学》（二）课程简介
• 课程名称： 中文名称：电机学（二） • 英文名称：Electrical Machinery （Part 2） • 教学对象：电气工程类专业、本科 • 课程定位：《电机学》是本专业的一门主要技
• 使用教材：胡虔生、胡敏强、杜炎生合编《电 机学》，中国电力出版社
•
Stephen J.Chapman, Electric Machinery
Fundamentals, McGRAW-HILL International
Editions
• 参考书：汪国梁主编《电机学》 返回
05.12.2020
.
15
变压器图片、图形、动画
变压器的空载运行 变压器运行特性 三绕组变压器 三绕组变压器向量图 变压器外特性 TR三次谐波磁通路径 YYN变压器组中性点浮动 三相变压器组铁芯磁通波形 相量图
变压器参数测定 变压器暂态运行 自耦变压器 互感器 对称分量合成 变压器并联运行 T形电路 三相变压器
05.12.2020
术基础课，定位为：
* 电气工程的基础 * 电力系统的核心
• 课程特点：课程特点是概念多、理论性强，与 工程联系密切。
05.12.2020
.
13
《电机学》（二）课程简介
主要内容：本课程主要讲述：同步电机的结构， 工作原理、运行等到方面的内容。具体为：
❖同步电机的基本理论与运行特性 ❖同步发电机在大电网上运行 ❖同步发电机不对称运行 ❖同步发电机的突然短路。

运动控制系统的控制器
两者系统特特点： 模拟控制器 并行运行，控制器的滞后时间小。 微处理器数字控制器 串行运行方式，其滞后时间比模拟控制 器大得多，在设计系统时应予以考虑。

运动控制系统的信号检测与处理
信号检测
电压、电流、转速和位置等信号 信号转换 电压匹配、极性转换、脉冲整形等 数据处理 信号滤波
运动控制系统的控制器
模拟控制器 物理概念清晰、控制信号流向直观 控制规律体现在硬件电路 线路复杂、通用性差 控制效果受到器件性能、温度等因 素的影响
运动控制系统的控制器
以微处理器为核心的数字控制器
硬件电路标准化程度高 控制规律体现在软件上，修改灵活方便 拥有信息存储、数据通信和故障诊断等功能
为了有效地控制电磁转矩，充分利 用电机铁芯，在一定的电流作用下 尽可能产生最大的电磁转矩，必须 在控制转矩的同时也控制磁通（或 磁链）。
1.4 生产机械的负载转矩特性
生产机械的负载转矩是一个必然存
在的不可控扰动输入。 归纳出几种典型的生产机械负载转 矩特性，实际负载可能是多个典型 负载的组合，应根据实际负载的具 体情况加以分析。
1.3 运动控制系统的转矩控制规律
运动控制系统的基本运动方程式
d m J Te TL D m K m dt d m m dt
机械转动惯量、转子的机械角速度、电磁转矩、 机械转矩、阻转矩阻尼系数、扭转弹性转矩系数
1.3 运动控制系统的转矩控制规律
忽略阻尼转矩和扭转弹性转矩，运
恒转矩负载

负载转矩的大小 恒定，称作恒转 矩负载 a）位能性恒 转矩负载 b) 反抗性恒转 矩负载
TL 常数
图1-3 恒转矩负载

电机学的基本概念
1 磁场原理
探索磁场与电机运行之间 的基本原理和相互作用。
2 电磁感应
讲解电磁感应的理论，以 及在电机中的应用和重要 性。
3 电机构造
介绍电机的基本构造和要 素，以及它们对电机性能 的影响。
电机学的主要原理
1
法拉第定律
解释法拉第定律对电机运行和电流感应的重要作用。
2
楞次定律
阐述楞次定律对电机的运行和电流方向的影响。
3
电机磁场理论
讲解电机磁场的形成原理和对电机转动的作用。
电机类型及分类
交流电机
介绍交流电机的原理、方法和应用场景。
步进电机
解析步进电机的特点、驱动方式和应用范围。
异步电机
讲述异步电机的原理、构造和广泛应用领域。
电机的工作原理
电动机 发电机 变压器
将电能转化为机械能的装置。 将机械能转化为电能的装置。 通过电磁感应原理转换电压大小的装置。
电机的应用领域
工业自动化
电机在生产线上的运用，提高 生产效率和质量。
交通运输
电机在交通工具中的应用，驱 动车辆和运输设备。
可再生能源
电机在风力发电、太阳能发电 等领域的应用。
总结与展望
回顾电机学的主要内容，并展望电机学在未来的发展和应用前景。
《电机学完整》PPT课件
电机学完整的PPT课件，旨在分享电机学的基本概念、主要原理、类型及分类、 工作原理、应用领域、总结与展望等内容。
课程介绍
深入浅出
以易于理解的方式介绍电机 学的基本概念和原理。
实例演示
通过具体案例和实验演示， 展示电机在实际应用中的重 要性。
互动学习
通过互动问答和小组讨论， 增强学生对电机学的理解和 应用能力。

l S
磁路的欧姆定律
磁路基本定律
磁路的基尔霍夫第一定律
– 流入磁路节点的磁通的代数和应
等于零 cy1y20
磁路的基尔霍夫第二定律
– 沿着任一闭合回路，其总磁压等于总磁势
Ui Ik
磁路的欧姆定律:与电路中电流与电压的关系相似
17
Rc12U 02cc111/4/6 B HcS1cl1
l S
磁场储能
磁压——又称磁位
沿着磁场中任一闭台回路
U Hdl l
其总磁压等于总磁势
Ui Ik
15
2021/4/6
认为磁通完全在导磁体内部通过；
磁路及其参数 假设在铁芯柱截面上B为均匀分布
16
U c1 H c1 c1 l c1 Bc1Sc1
Rc1
Uc1 Hc1l BS 2c0121/4/6 c1
4
2021/4/6
◇．电机的近代发展及趋势
▪ 单机容量不断增加——机组容量大时，单位容量的用料 （省）、损耗（小）、造价（低）
如汽轮发电机：
1900
5MVA
1956水内冷 208MVA
1920
25MVA 1960
320MVA
1937空气冷却 100MVA 目前
>1000MVA
氢气冷却 150MVA
12
2021/4/6
饱和区
线性区，磁导 率大且不变
起始段，磁导率较小
磁滞现象与磁滞回线
磁场强度H缓 慢地循环变化， B一H曲线是一 封闭曲线—— 磁滞回线
矫顽磁力Hc
剩余磁感应强 度Br
13
2021/4/6
铁芯损耗
当导磁材料位于交变磁场中被反复磁化，B一H 曲线呈磁滞回线。导磁材料中将引起能量损耗， 称为铁芯损耗。铁芯损耗分为两部分：磁滞损 耗和涡流损耗。

用 的于 立驱 式动 泵输 的送 电管 动道 机上
电 机 学 课 件
用于有轨电车牵引的电动机
双足行走机器人
电 机 学 课 件 用于榨汁机、搅拌机、切肉机及其它小家电等 防爆型三相异步电动机
电 机 学 课 件 管状电机 直线电机
盘式电机 平面运动电机
发电
电 机 学 课 件
上海电机厂的生产车间
发电
四、我国电机工业发展概况
电 机 学 课 件
解放后是电机发展的第一次飞跃，改革开放出现了第 二次大的飞跃。 目前我国已开发研制出125个系列，1000多个品种，几 千种规格的电机。 发展趋势：电子控制与电机学科的结合，形成机电一体 化产品；高效电机；专用电机；开展新原理、新结构、新材 料电机的研制工作。（超声波电机、超导电机、永磁电机 高速电机、开关磁阻电机等）
(3) 电能容易控制。
电机的用途
电 机 学 课 件

电机的用途很多，我们可以简单的将其分为三类： 作为动力——电动机


用于发电——发电机
用于输电——变压器

二、电机的主要类型
电 机 学 课 件 电机的分类方法很多，若按功能进行分类，可分为： 1、发电机； 2、电动机； 3、变压器； 4、控制电机 按运动形式分：
B＝H

为磁导率，决定于磁场所在点的材料特性，单位为
H/m。
电 机 学 课 件

根据材料的导磁性能，可将其分为铁磁材料和 非铁磁材料

非铁磁材料的磁导率可认为与真空的磁导率0相 同，为410-7H/m。
铁磁材料主要是铁、镍、钴以及它们的合金， 其磁导率是非铁磁材料磁导率的几十倍至数千 倍。由于材料的磁导率变化范围很大，常采用 相对磁导率r来表征材料的导磁性能，r为材料 的磁导率与真空磁导率的比值 r 0

（Xd>Xq）
U jIdXadjIqXaqj(IdIq)XIRa
U jIdXdjIqXqIRa
二、同步发电机的相量图
隐极同步机： E 0U IR ajIX t
E 0
I
U
IRa
jIXt
凸极同步机：
jId Xd jIq Xq
E 0 U jI d X d jI q X q I R a
n
d轴 N
A
q轴
S×
X
• 主极轴线与电枢A相绕组的轴线正交； • A相励磁电动势的瞬时值达最大值； • 电枢电流与励磁电动势同相位， 达最大值。 • 基波电枢磁势Fa的轴线与A相绕组轴线重合。
q轴 A • 电枢磁势的轴线与转子的交轴重合；
F()
FEa0(a•)在任意瞬间， 电枢磁势的轴线恒与转子交轴
q轴
F()
A
Fa(a)
Faq
d轴 Ff1(0)
Fad
Faq：交轴电枢反应；
Fa Fad Faq
Fad Fa s in Faq Fa cos
Fad：直轴电枢反应（去磁）
Ia Id Iq I d I sin I q I cos
F a 1 . 35
N 1k w1 I p
对称负载时的电枢反应
❖空载时，同步电机中只有一个以同步转速旋转的励磁磁势；
❖当电枢绕组接上三相对称负载后，电枢绕组和负载一起构成闭 合通路，通路中流过的是三相对称的交流电流，当三相对称电 流流过三相对称绕组时，将会形成一个以同步速度旋转的旋转 磁势；
❖同步发电机接上三相对称负载以后，电机中除了随轴同转的转 子磁势 (称为机械旋转磁势)外，又多了一个电枢旋转磁势 (称为 电气旋转磁势) 。

3－13 一台单相变压器， SN＝1000kVA， U1N/U2N＝60/6.3 kV，
3－13
fN=50Hz。空载试验在低压侧进行， 当电压为额定值时， 测得I0＝ 10.1A, P0=5000W；短路试验在高压侧进行， 当Uk＝3240V时， Pk ＝14000W， Ik＝15.15A, 求： （1）设R1＝R2’＝Rk/2, X1=X2 ’=Xk/2, 折算到高压侧的参数。 （2）画出折算到高压侧的T形等效电路； （3）用标么值表示的短路阻抗及其分量和用百分值表示的短路电 压及其分量； （4）用简化等效电路计算满载， 且cos2＝0.8滞后时副边电压、 电压变化率、原边电流和效率。
n Ea 220/ 3 30 0.4 295 r / min) ( Ce 0.208
能长期运行。 (2) M em
I a 2 n2 1 , I a 2 n2 0.5 301000 15000 I aN nN 2
P CM I a 9550 n
U 2 Ea 2 I a 2 Ra
Φa
1-36
（与换向前电流相同）
n er ea
•旋转电动势
（与换向前电流相同）
•电枢电动势
（与换向前电流相反）
S
能改善换向
2－7 已知某电动机的机械特性入图所示， 试问该 机分别与特性2、特性3、特性4这三种负载配合时， 平衡点A、B、C、D中哪些是稳定哪些是不稳定？ 为什么？ 根据稳定点的判据，
解：（1）单波绕组a＝1
Ea pN 2 372 n 0.01 1500 186 (V ) 60 a 60 1
Ea<U, 所以该机运行于电动机状态。
（2）电势平衡式 U＝Ea＋Ia· Ra