电机学课件(超全讲解)

B cos ds 0
s
电机的基本作用原理

磁场强度H、磁导率 B=H
– –
–
–
磁导率，决定于介质性质，H／m。变化范围很大。 真空磁导率0=4×10-7H／m 非铁磁物质如空气、铜、铝和绝缘材料等，近似等 于真空磁导率 铁磁物质如铁、镍、铝及其合金，磁导率远大于真 空磁导率达数千甚至上万倍。通常以相对磁导率 表示铁磁物质的磁导率比真空磁导率增大的倍数
– –
自感 互感 漏电感 电抗
电感性质

电感与线圈匝数的平方成正比，和磁场介质的磁 导亦成正比关系，而和线圈所加的电压、电流或 频率无关。
N NF NIN 2 L N I I I I



电机的电感（电抗）与电机磁路的饱和有关 电机的电感(电抗)与电机的电、磁结构有关 对应不同的磁通需引用多种不同的电抗
电机学课件
目录



1 绪论 2 变压器的基本作用原理与理论 分析 3 三相变压器及运行 4 变压器不对称运行及瞬态过程 5 电力系统中的特种变压器 6 交流电机绕组及其感应电动势 7 交流绕组的磁势 8 异步电机的理论分析与工作特 性


9 三相异步电动机的起动和调速 10 单相异步电动机及异步电机的 其他运行方式 11 同步电机的基本理论和运行特 性 12 同步发电机在电网上运行 13 同步发电机的不对称运行 14 同步发电机的突然短路与振荡 15 直流电机的基本原理和电磁关 系 16 直流发电机和直流电动机
电机的主要类别

电机的作用——转换能量，输入及输出 机械运动——传递机械功率
定子、转子、气隙
据能量转换分



发电机——将机械功率转换为电功率 电动机——将电功率转换为机械功率 变压（流、频、相位）器——将电功率转换为另一种形式的 电功率 控制电机——电气机械系统中调节、放大和控制作用
电机的主要类别

据速度、电流分
变压器——静止设备 旋转电机
直流电机——没有固定的同步速度 、直流 交流电机
异步电机——速度不等于同步速度 、交流 同步电机——速度等于同步速度 、交流
电机的运行与分析基础

电磁感应定律 全电流定律 磁路定律 电路定律 电磁力定律 …
电机的基本作用原理
电磁感应定律


设有一线圈位于磁场中 ，当该线圈中的磁链发生变化 时，线圈中将有感应电动势(简称电势)产生。感应电 势的数值与线圈所匝链的磁链的变化率成正比。感应 电势的方向将倾向于产生一电流，如电流能流通，该 电流的磁化作用将阻止线圈的磁链发生变化。 线圈中的感应电势将倾向于阻止线圈中磁链的变化
c y1 y 2 0

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
U I
i
k
磁化曲线
饱和区

不同的磁性材料有 不同的磁导率 同一材料当其磁通 密度不同时，亦有 不同的磁导率
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


磁场、磁感应强度 用磁场中载流导体受到的洛仑兹力确定其存在 和性质 dF IBdl B是矢量,即既有大小，又有方向
– –
用磁力线上每点的切线方向规定B的方向 用磁力线的疏密程度表示B的大小
B
磁力线
(1)磁感应线的回转方向和电流方向之间的关系遵守右手螺旋法则 (2)磁场中的磁感应线不相交，每点的磁感应强度的方向确定唯一 (3)载流导线周围的磁感应线都是围绕电流的闭合曲线
磁场储能

磁场是一种特殊形式的物质，磁场中能够储存能量， 在磁场建立过程中，能量由外部能源转换而来。 电机——通过磁场储能来实现机、电能量转换 体积能量密度
Wm

1 2
1 2
BH
1 2
BHdv
V
B
2

磁场能量主要存储在气隙中
电感



磁链Ψ 磁通Φ 磁导 电感 L
–
–


U I
i
k
磁路及其参数
认为磁通完全在导磁体内部通过； 假设在铁芯柱截面上B为均匀分布
1c
S1cB l H
1c
Biblioteka Baidu
U
1c 1c
1c
U c1 H c1l l Rc1 c1 BSc1 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
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 1937空气冷却 氢气冷却

25MVA 100MVA 150MVA
1960 目前
320MVA >1000MVA
中小型电机技术与经济指标不断改进 新的设计方法（CAD）、工艺、材料、测试手段 应用范围扩大
绪论

电机的发展 主要类别 基本作用原理——多个（电磁）定律 电机可逆性原理 电机的材料 作业
电机的发展
1．电机的发展初期



电磁感应定律的发现——1831年法拉第 直流电机的发展 单相交流电的应用——远距离传输 三相交流电的应用——解决电机启动问题
电机的发展
2．电机的近代发展及趋势
电机的基本作用原理

磁通量
–
通过磁场中某一面积的磁感应线数称为通过该面积 的磁通量(磁通)，符号、单位Wb

=BScos
磁通连续性原理

由于磁感应线是闭合的，因此对任意封闭曲面 来说，进入该闭合曲面的磁感应线，一定等于 穿出该闭合曲面的磁感应线。如规定磁感应线 从曲面穿出为正，穿入为负，则通过任意封闭 曲面的磁通量总和必等于零
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。 注意：在恒定磁场中的静止导磁体内是不会引起 能量损耗的 铁芯损耗均转化为热能使铁芯温度升高，为防 止电机过热，采用硅钢片以减小铁芯损耗，采取 散热降温措施
在同样大小的电流作用下，铁芯线圈的磁通比空心线圈的 磁通大得多
安培环路定律(全电流定律)
Hdl I
l k 1

n
k
磁场强度矢量H沿任一闭合路径的线积分等于穿过该 闭合路径的限定面积中流过电流的代数和。且积分回 路的绕行方向和产生该磁场的电流方向符合右手螺旋 定则
U Hdl 磁压—— l 沿着磁场中任一闭台回路 其总磁压等于总磁势