第1章电机基础知识

电机与拖动——上篇电机学电机学部分简介

ElectricMachinery

电机学从电、磁、机械三个方面入手，分析电机内部的电磁过程，介绍变压器、异步电机、同步电机和直流电机的类型、结构、工作原理、工作特性和工况。

学习电机学部分的目的是让学生掌握从事电能生产、传输、分配和利用中有关电机能量转换和运行特性方面的基本理论和知识。其主要任务是：使学生了解电气工程和动力工程中常用的电机类型和结构；掌握各种电机的工作原理和运行特性；了解电机铭牌的参数含义，能够对其性能进行分析、计算，并合理选择和使用各种电机。序号实验项目名称实验内容1单相变压器测取单相变压器的空载特性、短路特性和负载运行特性。2三相变压器的联接组测定三相变压器的极性，判别三相变压器的联接组。3直流并励电动机工作特性和机械特性用实验的方法测取直流并励电动机工作特性和机械特性。4直流并励电动机调速方法实现直流并励电动机的调速。5三相异步电动机的工作特性用日光灯法测转差率，测取三相异步电动机的工作特性。6工作台自动往返循环控制实现工作台自动循环控制7三相同步发电机的并网实验用准同步法将同步发电机与大电网的并网。8并网运行时的三相同步发电机有功功率和无功功率的调节三相同步发电机并网运行时有功功率和无功功率的调节。课程实验

0绪论电机的基本功能与主要类型电机的基本原理—磁路电机的制造材料0.2电机的基本特点与主要类型电机是实现能量转换和信号传递的电磁装置。2、变压器（变流器、变频器、移相器）的作用：传输、分配电能。

1、发电机的作用：生产电能。

4、控制电机：伺服电机(用于控制系统），自整角机(用于同步联络系统），感应调压器和移相器(用于试验室中）等。3、电动机的作用：驱动作用。二滩水电站火电站全国装机容量最大的新疆达板城风电厂太阳能电站地热电站核电站潮汐电站波浪能发电站电热发电变频器电力变压器磁悬浮列车大型车床电机的功能------驱动生产机械信号传递-直流伺服电动机

将控制信号转换为机械信号作电源用-直流发电机

将机械能转化为直流电能我们周围的电机举例：我们周围的电机举例：盲人引路车爬行机器人控制各种自动设备同步发电机定子各种微电机电机的发展状况大型和超小型方向发展主要类型按功用分发电机

电动机电力机械

变压器和变频器

控制电机

电力机械变压器

旋转电机直流电机

交流电机同步电机

异步电机电机分类：变压器直流电机伺服电动机、步进电动机、测速发电机旋转变压器、自整角机、直线电动机电力变压器：升压变压器、降压变压器动力电机微特电机感应电机同步电机感应电动机感应发电机交流电机同步电动机同步发电机同步补偿机直流电动机直流发电机旋转电机静止电机特种变压器：自耦、三绕组、互感器0.3国内外电机发展状况

——直流电机的产生与形成1821年，法拉第发现了磁场内载流导体受力现象和电磁感应定律。1833年，皮克西制作旋转磁极式直流发电机；楞次证明电机的可逆原理。1834~1870年，永磁变励磁；蓄电池他励变自励；格拉姆提出环形电枢绕组替凸极T形电枢绕组。1873年，阿尔泰涅夫发明鼓形电枢绕组。1880年，爱迪生提出采用叠片铁芯。1884年，出现换向极和补偿绕组。1885年，用碳粉做电刷。1886年，霍普金兄弟确立了磁路欧姆定律。1891年，阿尔诺特建立直流电枢绕组理论。1882年，台勃莱兹把米斯巴哈水电站发出的2kW直流电，输送到慕尼黑。

——交流电机的形成与发展1832年，出现交流发电机。1876年，亚勃罗契柯夫用交流和开磁路串联变压器给“电烛”供电。1825年，阿拉果发现多相感应电动机原始基础。1879年，柏依莱用电获得旋转磁场；1883年台勃莱兹提出交变磁场的旋转磁场。1885年，弗拉里斯用交流电产生旋转磁场。1888年，弗拉里斯和台斯拉同时发明两相感应电动机。1889年，多勃罗伏斯基制作三相感应电动机。1891年，建立从劳芬到法兰克福的三相电力系统。19世纪80年代末，交流发电站、高速汽轮机迅速发展。1893年，开耐莱和斯坦麦茨用相量和复数分析交流电。1894年，海兰特提出双旋转磁场理论；波梯建立交轴磁场理论。1899年，勃朗台提出双反应理论。

——电机完善时期1889~1930年，电机重量日渐减轻。1930~1950年，电机容量和冷却方式逐渐提高。1918年，福提斯古提出对称分量法。1926~1930年，道赫梯和聂克尔建立同步机稳态和暂态分析理论；其他学者提出同步电抗、漏抗和瞬态电抗。1929年，派克提出同步机的派克方程。1935~1938年，克朗提出原形电机的概念。1920~1940年，提出双笼和深槽电机理论。20世纪40年代，控制电机随自控技术大发展。1954年，柯伐煦提出空间矢量法。1957~1969年，卡佐夫斯基提出频率法。1965年，计算机解决动态问题。1869~1960年，解决电磁转矩机理。1959年，怀特和伍德逊建立机电能量新理论。1971年，勃拉舒克和海斯提出交流电机矢量变换控制。80年代，永磁无刷和开关磁阻电机等出现。90年代，有限-状态空间耦合时步伐得到应用。B（单位T或特斯拉）iBi磁场的基本概念磁感应强度B（磁密）与磁感线特点：右手螺旋法则，不相交的闭合曲线，疏密程度。0.5

磁路

uiΦ磁通Φ磁路部分电路部分磁通量:穿过某一截面的磁感应强度

ABΦ=BA（单位Wb）磁场强度：H=B/μ（单位A/m）垂直均匀磁场韦伯和麦克斯韦之间的换算：1Wb=108Mx磁场储能：体能密度磁导率为常数时：对旋转电机，气隙的B≈0.4~0.8T，铁心的B≈1.0~1.8T。μ0

＜＜μ，故磁场能主要存储在气隙中，又称耦合磁场。经铁心闭合的Φ为主磁通i2i1ΦΦ2σΦ1σ

X1

定子

N

励磁绕组A1S转子SA2N

定子绕组

X1

ΦΦσ同步发电机磁路经空气等非铁磁材料闭合的Φσ为漏磁通。磁路的基本定律安培环流定律（全电流定律）i2i1i3Hdl

设n根载流导体被任何闭合路径l所包围，则磁场与建立它的电流之间有下述关系：磁场强度矢量H沿空间任意闭合路径的线积分等于该回路所包围导体的电流代数和。符合右手（H）螺旋法则时，电流（拇指）为正，相反为负。

磁路欧姆定律

AlΦiN无分支磁路磁路的平均长度匝数磁阻H-1=1A/Wb磁导H=1Wb/A磁势A

注：磁阻不是常数

磁路的基尔霍夫第一定律l1A1μ1Φ1l2A2μ2Φ2l3A3μ3Φ3iN闭合面磁路的基尔霍夫第二定律∑F=Ni=∑Hklk=Φ∑Rmk对闭合面，穿入的磁通=穿出的磁通∑Φ=Φ2－Φ1－Φ3=0材料或截面各段不同的无分支磁路，通过各截面的磁通相等。计算步骤：Φ

↔各段B

k=Φ/A

k↔

在磁化曲线上查H

k

↔ΣHkl

k=Ni=FAlΦiN磁位降作用在任何闭合磁路的总磁势恒等于各段磁路磁位降的代数和。例1已知铁心叠压因数kFe=0.94，A=0.8×10-3m2

，l1=0.08m，l2=0.1m，l3=0.037m，l4=0..037m，l5=0.1m，δ

=0.006m，μFe=1900μ0，要达到Φ=1×10-3Wb，求i。

解:iΦ2000匝l1A1H1l4A4H4l2A2H2l3A3H3l5A5H5δ例2已知铁心DR530，三铁心柱和上、下铁轭的A=2×