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电机学 教 师： 刘振兴 联系方式： zhenxingliu@ 第一章 导论 1.1 概述 1.2 电机发展简史 1.3 电机中的基本电磁定律 1.4 铁磁材料特性 1.5 磁路基本定律及计算方法 1.1 概述一、电机的定义 广义： 实施电能生产、传输、使用和电能特性变换的机械和装置。 狭义： 电机是基于电磁感应定律、电磁力定律（能进行电磁感应），由电路和磁路所构成，能进行机电能量转换或信号变换的电磁机械装置。 二、电机的主要类型 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 实物图 三、电机中所用材料 电?电路?导电材料及绝缘材料? 导电材料：紫铜、铝线 绝缘材料：聚脂漆、云母片 按耐热能力高低分六个等级 A—105o E—120o B—130o F—155o H—180o C?180o 2、磁?磁路?导磁材料?硅钢片、铸钢等 导磁材料：铁磁材料 3、力?结构材料?铸钢、铸铁、钢板等 四、电机作用和地位 电能生产——由同步发电机生产； 高压输电——由升压变压器将发电机发出的电压升高到输电电压再输送； 降压用电——由降压变压器将输来的高压电降为所需低电压，供给用电设备； 生产机械的拖动——由各种电动机实现； 控制系统中的信号转换——由各种控制电机完成。 1.2 电机发展简史 1．电机的发展初期 F＝Bli——1821年 Faraday 电磁感应定律的发现——1831年 Faraday 直流发电机——1831年 Pixii 1876年 单相交流电的应用——远距离传输 1885年 交流电动机 1889年 三相制——三相交流电的应用 三相电机 2．电机的近代发展及趋势 单机容量不断增加 如汽轮发电机： 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 1.3 电机中磁路基本定律 1. 全电流定律—安培环路定律 l和l’，两积分路径结果相同： 2. 电磁感应定律 闭合回路中的磁通量随时间发生变化，该线圈中必然有感应电势产生，称这种现象为电磁感应。 线圈中的感应电势将倾向于阻止线圈中磁链的变化。 图1-2 电磁感应定律 磁通变化原因 在变压器和电机的绕组中，磁通的变化可以是磁通随时间脉动 或磁通不变，而线圈在转动。 对特种电机还可以是磁通随时间脉动，而线圈也在转动 变压器电动势 磁通本身就是由交流电流所产生，也就是说磁通本身随时间在变化着，这样产生的电势称为变压器电势。（线圈与磁场相对静止） 磁通本身不随时间变化，但由于线圈与磁场间有相对运动而引起线圈中磁链的变化，这样产生的电势称为运动电势或速度电势 运动电动势 若磁场恒定，构成线圈的导体切割磁力线，使线圈交链的磁链随时间变化，导体中的感应电动势——运动电动势。 电磁力定律 载流导体在磁场中要受到力的作用——电磁力。 左手定则 1.4 铁磁材料特性 电机主要由两大系统组成：电路系统和磁路系统。铁磁材料是组成磁路的主要部分。 所谓铁磁材料是指导磁性能好的材料，如：铁、镍、钴等以及它们的合金。 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 ? 考虑：为什么铁磁材料具有很高的导磁性能? 在铁磁物质未放入磁场之前，磁畴杂乱无章排列，其磁效应互相抵消，对外不呈现磁性。 将铁磁物放入磁场。在外磁场的作用下，磁畴的轴线趋于一致。形成一个附加磁场，叠加在外磁场上，使合成磁场大为增强。 铁磁材料的磁导率要比非铁磁材料大得多。 铁磁材料的磁导率μFe不是常数。 2、磁化曲线 磁化曲线定义：将一块尚未磁化的铁磁材料进行磁化，当磁场强度H由零逐渐增大时，磁通密度B将随之增大，得到曲线B=f(H)。 分析磁化曲线，分四段 在oa段：当H增大→B增大，但B增大速度较慢 在ab段：当H增大→B增大，B增大速度快； 在bc段：B随H增大的速度又较慢； 在cd段：为磁饱和区（又呈直线段）。其中拐弯点b称为膝点；c点为饱和点。 过了饱和点c，铁磁材料的磁导率趋近μ0。 ※ 铁磁材料具有的特点 它的磁化曲线具有饱和性，磁导率μFe不是常数，且随H的变化而变化。 ? 变化 总体非线性 存在饱和特性 H?? ?? △ 应用 设计电机和变压器时，为使主磁路内得到较大的磁通量而又不过分增大励磁磁动势。通常把铁心内的工作磁通密度选择在膝点附近。 二、磁滞与磁滞损耗1、磁滞回线 基本磁化曲线： 对同一铁磁材料，选择不同的磁场强度进行反复磁化