升压变压器 电网 发电机 汽轮机/水轮机
第一节
降压变压器
电动机
燃煤
水力
绪论…
第一节
现代工农业生产中需要大量的电动机
机械 冶金 化学 轻纺 交通运输 农业 特定用途的要求： 防爆，防腐蚀（石油，煤矿） 防尘，防潮（轻纺） 防碱酸（化工）
绪论…
特定性能的要求
不同容量（几mW~几千MW） 不同电压 不同启动性能 不同调速性能
电：能量的一种形式 电机：能量转换的一种装置 19世纪初 奥斯特、法拉第发现电磁感应现象
电机和电力工业的研究开发开始起步
绪论…
电能的优越性
第一节
大量生产 集中管理 远距离传输 自动控制
电机工业的地位
电力工业 工矿企业 国防 农业 交通运输 日常生活
电力工业以电机制造业的发展为基础
发电与用电过程
绪论…
第五节 电机的制造材料
材料的功用：导电，导磁 ，绝缘，散 热和机械支撑
绪论…
导电材料：铜和铝
第五节
20oc时铜的电阻率为17.24×10-9 Ω.m 20oc时铝的电阻率为28.2×10-9 Ω.m
集电环的材料：黄铜，青铜和钢
绪论…
导磁材料：
钢铁
第五节
电工钢片：含硅，电阻大，导磁率高，可 减小铁芯中的涡流损耗 标准厚度0.35, 0.5, 1mm， 高频时0.2, 0.15,0.1mm
绪论…
第四节
磁通：通过磁场某一面积的磁感应线数， 穿过一平面的磁通 φ = BS cos θ 穿过任意曲面的磁通
φ=
n
∫ B cos θ ds = ∫ Bds
s s
B
θ
S
绪论…
第四节
磁通连续性定理 穿过任意封闭曲面的磁通为零 磁密
B = φ/S
磁通密度即为磁感应强度
T = Wb / m
2
绪论…
绪论…
认识深化
第六节
50年代，D.C.White和H.H.Woodson机电能 量转换理论将电机理解为机电能量或信号转 换的装置 60年代，现代控制理论以系统的观点理解电 机为一种时变的分布参数、多输出多输入的 非线性系统
绪论…
剖析现状
第六节
电机的外延拓宽了 电机数学模型的精度提高 电机性能发生了优化和异化，电机与 控制融为一体
绪论…
第二节
1937年 100MVA/空冷 150MVA/3000rpm/氢冷 1956年 208MVA/定水转氢 1960年 1000MVA 设计、工艺、绝缘、结构材料 超导技术
绪论…
第二节
电机技术和经济指标不断改进 计算机辅助设计(CAD)，优化技术 新工艺和新的测试方法 应用范围不断扩大 特定用途电机 潜水，防爆，船舶，纺织，矿用，林 业等
第三节
按照速度来分
直流电机 无固定同步速 变压器 静止设备
绪论…
第三节
异步电机 电动机运行：速度小于同步速 发电机运行：速度大于同步速 同步电机 速度等于同步速 交流换向器电机： 速度可在大范围内调节
绪论…
第三节
发电机和电动机只是同一电机的 不同运行方式
发电机
电动机
绪论…
第四节
第四节
电机的基本作用原理
电和磁 构成了电机的两大要素 磁场和磁感应强度
磁场：运动电荷（电流〕周围一种特殊物 质 洛仑磁力
F = BIL
绪论…
磁感应线和磁通量
磁感应线（磁力线〕： 切线方向为B的方向 疏密程度表示B的大小
第四节
i
绪论…
第四节
磁感应线的特性 磁感应线的回转方向与电流的方向遵守右 手定则 磁感应线不相交 磁感应线无起点和终点
磁场强度、磁导率
表征磁场性质的一个矢量 H ，单位
第四节
A/m
B = H
为介质的磁导率 真空磁导率
o = 4π × 10 H / m
7
绪论…
第四节
电机中有铁磁和非铁磁物质 非铁磁 = 0如空气、铜、铝、绝缘材料 等 铁磁 >> 0如铁、镍合金等 相对导磁率 r 导磁率与真空导磁率之比 = r 0 铁磁材料 r = 103 ~ 105 磁通趋向于从高导磁率材料中通过
绪论…
B Bm Br
第四节
-Hm
Hc O Hm H
-Bm
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铁芯损耗
铁芯损耗： 磁滞损耗 涡流损耗
第四节
B(交变）
导体
涡流
绪论…
磁场储能
体积能量密度 ω m 总能量 Wm Wm 对线性介质:
第四节
= ω m V = V ∫ HdB
ωm =
∫ HdB
1 ωm = BH 2 W m = B 2 /( 2 ) = B 2 /( 2 r 0 )
绪论…
数学公式: ∫l H dl = ∑ IN 磁压 u = H dl l IN 磁动势（磁势〕： 沿着磁场中任一闭合回路， 其总磁压等于总磁势
第四节
安培环路定律 （磁路基尔霍夫第二定律）
∫
∑
U1
U2
φ
IN
U3
∑ U = ∑ IN
i
U4
绪论…
磁路，磁路参数
磁阻 ( H 1 ) : 磁导 Λ ( H ) : Λ 磁路的欧姆定律：
电机的基本作用原理：电磁感应定律 旋转电机
定子，转子和气隙——能量转换的场所
绪论…
按照电机在应用中的职能来分
第三节
发电机：机械功率转换为电功率 电动机：电功率转换为机械功率 其 它：电功率转换为另一形式的电功率 变压器 变流器 变频器 移相器 微型控制电机
绪论…
按照电流的种类来分：
直流电机和交流电机
绪论…
第二节
3 单相交流电的应用： 1876年 交流电被应用于照明装置 1884年 闭合磁路的变压器的制成 4 三相交流电的应用： 1885年 二相交流异步电机的模型 1889～1897年 三相电动机和三相变压 器
绪论…
电机的发展趋势
第二节
单相容量不断提高 电机重量、材料、损耗、造价与容量 不成正比 1900年 5MVA 1920年 25MVA/3000rpm 6MVA/1000rpm
绪论…
感应电势的方向： 右手定则
第四节
φ
i
φx
e
绪论…
第四节
分类：根据磁链变化的方式的不同 变压器电势：磁通本身随时间变化 运动电势: 线圈与磁场有相对运动引起 线圈中磁链的变化 B～
R V
B－
绪论…
电磁力、电磁转矩 电磁力： F e = Bli
第四节
电磁力的方向：左手定则 电磁转矩： T = Blir
第四节
= l /( S )
= 1/
= U/φ
绪论…
第四节
磁路与 电路有本质上的不同： 电流是带电粒子的真实运动；而磁通只是 一种描述方法；直流电流通过电阻时会有 能量损失，而恒定磁通通过磁阻不会产生 任何损耗。
绪论…
磁路的基尔霍夫第一定律
第四节
依据：磁通连续性原理 流入任一磁路节点磁通代数和为零
绪论…
第五节
绝缘材料的等级： O(90)，A(105)，B(120)，E(130)， F(155)，H(180)，C(>180) 变压器油： 作用：绝缘和散热 支撑材料： 机座，端盖， 轴，轴承，螺杆
绪论…
第六节
第六节 电机学科的回顾和展望
回顾历史
1833年，诞生了第一台电机 电机以优异的能量转换机制，向大自然攫 取能量供人类使用
N1
φσ2
互感
M M
21
N 2φ ψ 21 = = Ι1 Ι1
21
=
N 2Λ
12
N 1I1
I1
= Λ
12
N 1N N 1N
2
12
N 1 φ 12 N 1 Λ 21 N 2 I 2 ψ 12 = = Λ = = I2 Ι2 Ι2
21
2
绪论…
I1
U1
第四节
φ 21
N1
φ 12
N2 N1
I2 N2
U2
φ σ1
绪论…
电感
第四节
定义：单位电流所产生的磁链 自感： L = ψ / I = N φ / I = N Λ F / I = N Λ IN / I = Λ N 2 分类：自感和互感
I
φ
N
U
U
I Nx
N
φ
φx
ψ = N x φ x + Nφ
绪论…
I1
U1
第四节
φ 21
N1
φ 12
N2
I2
N2
U2
φ σ1
学习方法
掌握基本原理 弄清基本概念 学会分析问题 不断思考总结
绪论… 习题： 1-4, 1-5, 1-6, 1-7
习题
φσ2
漏感
L L
σ1
ψ σ1 ψ = = Ι1 ψ σ2 ψ = = Ι2
11
ψ Ι1 ψ Ι2
21
σ 2
22
12
绪论…
电磁感应定律
第四节
定义： 当线圈中的磁链发生变化时，线圈中有感 应电动势产生 公式：e = dψ / dt 或 e = Ndφ / dt 线圈中的感应电动势倾向于阻止线圈中磁链 的变化
E
绪论…
第四节
不论导体用作发电机或电动机，感应电 势和电磁力都同时作用
感应电势>外部端电压，外界输入机械功 率，作发电机运行 外部端电压>感应电势，外电源输入电功 率，作电动机运行
绪论…
第四节
任何电机既可作为发电机运行，也可 作为电动机运行