电机学讲稿 石河子大学机械电气工程学院电气工程系 轰晶、王洪坤、柴兆森、胡春玲撰写
《电机学》讲稿 绪论 一、电机及电机学概念 1.电机定义：是指依据电磁感应定律实现电能的转换或传递的一种电磁装置。 2.电机分类：（按运动方式分类） 静止电机 -变压器 电机 直流电机 旋转电机 、交流电机异步电机 同步电机 发展情况：基本系列、派生系列、特种电机、专用电机、节能电机 二、电机中的材料 1.导电材料：线圈（铜、铝） 2.导磁材料：铁磁材料（重点介绍） 3.结构材料：铸铁、铸钢和钢板等 4.绝缘材料：聚酯漆、环氧树脂、玻璃丝带、电工纸、云母片等(A、E、B、下、H、C) 三、本课程的任务 1.电机学及性质：专业基础课 2.基本要求： 了解电机、变压器的基本结构 学握正常稳态运行时的分析方法 了解空载运行和负载运行时电机内部的物理情况 掌握电机的运行特性 掌握电机的基本实验方法和操作技能 3.本门课学习方法：①抓住主要矛盾： ②理论联系实际： ③善于运用对比的方法， 四、电机在国民经济中的作用 1.电能是现代常用的一种能源 2.电机是一种进行机电能量转换的电磁机械装置 3.电机在工农业生产、航空航天等起重要作用。 磁路 0.1磁路基本定律 磁路的概念 石河了人学机电学院电气工程系 聂品、工洪坤、柴兆森、胡春玲撰写
《电机学》讲稿 1.两种常见的磁路 2.主磁通和漏磁通 二、磁路基本电磁定律 1.全电流定律一安培环路定律 f.d=∑1 举例： 工程上：∑Hl=∑1 线圈：∑HⅢ=NM 电流方向的判断： 铁磁材料的R不为常数。 3.磁路的基尔霍夫第一定律：∑巾=0 说明磁通是连续的。 4.磁路的基尔霍夫第二定律：∑Ⅲ=∑NM 5.电路中的两个基本定律 ①基尔霍夫第一定律：∑i=0 ②基尔霍夫第二定律：∑e=∑4 6.电磁感应定律 d 变压器电动势：同上： 运动电动势：e=Bw 判断方向：右手定则 7.电磁力定律：f=B 判断方向：左手定则（主要用于分析旋转电机的电磁转矩） 0.2常用铁磁性材料及其特性 一、铁磁物质的磁化 铁磁材料：铁、镍、钴及其合金 二、磁化曲线 1.磁化曲线：B=f(H 特性：①具有高的导磁性能：②磁化曲线呈非线性（饱和特性） 2.磁滞回线 磁滞现象：B的变化总是滞后H的变化：H=0时B的值，称为剩磁B,: 3 石河了人学机电学院电气工程系 聂品、工洪坤、柴兆森、胡春玲撰写
《电机学》讲稿 三、铁磁材料 软磁材料：“高，B,小，磁滞回线窄而长，如：铸钢、硅钢片、制作电 机铁心： 使磁材料：μ不高，B肛大，磁滞回线宽，如：铁氧休、钕铁硼等制造水 久磁铁： 四、磁滞损耗和涡流损耗 ①磁滞损耗：磁睛之间产生摩擦而产生的，P,文B ②涡流损耗：涡流与铁心电阻相作用产生的损耗，P=∫Bd1R。 ③铁损：磁滞损耗+涡流损耗，P6文3B 0.3磁路计算 一、计算类型 、 给定磁通量中，计算所需磁动势F 三、 给定磁动势F,计算所产生的磁通量中 四、 计算步骤 五、 分段（材料相同，截面积相等》 六、 计算各段有效截面积和平均长度 七 求各段磁通密度 八、 求各段磁场强度 九 求总磁动势 十、 求所需电流或线圈匝数 十一、 查磁化曲线 石河了人学机电学院电气工程系 聂品、工洪坤、柴兆森、胡春玲撰写
《电机学》讲稿 第一篇变压器 1.变压器的定义：它是一种静止的电机，通过线圈间的电磁感应关系，将某一等 级的交流电压转换为同颜率的另一等级的交流电压。 2.变压器的用途： 3.电力变压器：用于电力系统升、降电压的变压器。 1.1变压器的基本结构和额定值 一、基本结构 1.铁心：构成主磁路，机械骨架，由硅钢片迭成 ①材料：0.35m厚涂有绝缘漆膜的硅钢片，导磁性能好，可减少铁损： ②铁心结构：心式和壳式： ③迭片方式：交迭式迭装 2.线圈：导电部分，铜线或铝线 *为便于线圈和铁心绝缘，低压靠近铁心柱在里面，高压在外面： 线圈在铁心上排列方式：「同心式 交迭式 3.油箱和冷却装置： 变压器油的作用：绝缘和冷却 4.绝缘套管：用于引线 5.保护装置和其他 二、变压器的分类 1.用途分：升压变压器、降压变压器 2.相数分：单相变压器和三相变压器 3.线圈数：双线圈变压器、三线圈变压器和自耦变压器： 4.铁心结构：心式变压器和组式变压器： 5.冷却介质和冷却方式：油浸式变压器和千式变压器等： 容量大小：小型变压器、中型变压器、大型变压器和特大型变压器。 三、变压器的型号和额定值 1.型号：表示一台变压器的结构、额定容量、电压等级、冷却方式等内容。 例如：SL-500/10:表示三相油浸自冷双线圈铝线，额定容量为500VA,高压侧 额定电压为10kY级的电力变压器。 5 石河了人学机电学院电气工程系 聂品、工洪坤、柴兆森、胡春玲撰写
《电机学》讲稿 2.额定值： Sx:铭牌规定在额定使用条件下所输出的视在功率】 U:指变压器长时间运行所承受的工作电压。（三相为线电压》 Uv:规定加在一次侧的电压： Uy：一次侧加额定电压，二次侧空载时的端电压。 Iw:变压器额定容量下允许长期通过的电流有1v和I×(三相为线电流) f：我国工频：50Hz: 还有额定效率、温升等额定值。 3.单相变压器的关系式：Sw=UvIx 三相变压器的关系式：S、=√3Uvlv 对于双线圈变压器一、二次侧的额定容量相等。（由于其效率高） 四、基本工作原理 基本原理：4→i→中。→( →e →e2→i 其中： 6-w0:6-0 若 g≈4，cV e2≈u2xN2 可见，丛_心只要改变线圈的匝数，就能达到改变电压的目的。 1.2单相变压器的空载运行 1.从空载和负载运行时的电磁关系出发，导出基本方程式、等效电路和相量图： 2.分析稳态运行性能（电压变化率、损耗和效率） 6 石河了人学机电学院电气工程系 聂品。工洪坤、柴兆森、胡春玲撰写
《电机学》讲稿 适用于三相变压器的对称运行。 一、一次和二次绕组的感应电动势 1.空载定义：2=0 2.物理过程： o Do /E=-j4.44/N m 01→i。→Fo=i0N,→ E=-j444N,。 d。→E。=-jioX, 3.正方向的确定： 4.主磁通感应的电动势 设。=.血a,则G=-N=2gN.5(-909 dt E1=-j4.44N,Φ 同理可得： E2=-j4.44fN2Φ 结论：E,(E,)cf·N,(W)中.，在相位上滞后中90°。 5.一次漏感电动势E。: 设。=如，则6如-0-2n-90 E1o=-j4.44N,d1m 又可得： Ei。=-j1ox 式中：名=2河心言数，为一次绕组的渴电抗。 6.电动势平衡方程： 7 石河了人学机电学院电气工程系 恶品、工洪坤、柴兆森。胡春玲撰写
《电机学》讲稿 ①-次侧：U1=-E1+16片+j10x,=-E1+1。Z 忽略12，则有：U1≈E,=4.44N① E 即D.=444N444N *结论：影响主磁通大小的因素是：电源电压U、电源须率f和一次侧线圈匝数 N,与铁心材质及几何尺寸基本无关。 ②二次侧：Uo-E: 7.变压器的变比k和电压比K (1)变比k:指变压器一、二次绕组的电势之比 k=E,/E=(4.44fNΦm)/(4.44fN.0m)=N/N 变比k等于匝数比。 1次绕组的匝数必须符合一定条件： U,≈4.44fN,Dm≈4.44fN,BmA N,=≈U,/4.44fBmA Bm的取值与变压器性能有密切相关 Bm≈热轧硅钢片1.11∽1.5T:冷轧硅钢片1.5∽1.7T (2)电压比K:指三相变压器的线电压之比 在做三相变压器联结绕组试验时用到电压比K进行计算。 K=(Ux8/u.s+Uwc/ube+Ua/u.)/3 三用成线K念 D,y接线：K.5U )k是 U2N 二、主磁通与激磁电流 1、主磁通与漏磁通 ①在性质上：中。与【，非线性关系；中.与【，线性关系： ②在数量上：中。占99%以上：中，占1%以下： ③在作用上：中。传递能量的媒介：Φ，漏抗压降 2.激磁电流m: 作用：一是用来激磁，产生主磁通：二是供空载损耗。 8 石河了人学机电学院电气工程系 聂品、工洪坤、柴兆森、胡春玲撰写
《电机学》讲稿 波形：磁路饱和：尖顶波：磁路不饱和：正弦波。 实际需要：将尖顶波的空载电流等效为正弦波。 空载损耗p P,=Pe+Pa*PetB·f八 空载损耗约占(0.2~1)%，随容量的增大而减小。 变压器空载运行时，cosP,很低，一般在0.1~0.2之间。 1.3单相变压器的负载运行 一、正方向的规定（同空载运行） 二、负载运行时的物理情况 1.负载运行定义：在fv、Uw下，二次线圈接以负载的运行状态。 2.负载时的电磁过程 d1→i1→F1=iN, do→Eia F。=1N,—o→ E E: 9+ 石河了人学机电学院电气工程系 聂品、工洪坤、柴兆森、胡春玲撰写
《电机学》讲稿 E→i2→F2=i2N, ④aEa 1:n 二、磁动势平衡 磁动势平衡方程式：(1)磁动势形式：F+F,=F0 （②)电流形式：i-io+( 指商1防：会片之 注意大小和相位。 二、电动势平衡方程 01=-E1+11r+j1x=-E+1Z U2=E2-25-j12x=E2-2Z2 I N+I2 N:=Io N E1=-10 Zm 03=12Z 三、漏磁通和激磁阻抗 1.分析：（以中n为例） 中：f/R.=N.Ami ∴.e.=-Ndφn/dt=-NA.di,/dt 漏电感L=NA .e.=Ldi:/dt i=21 sin or 则：e.=E,asin(wt-90） E1。=-jwL1。Ii 2.漏磁电动势的表达式 Ei:=-jXi.I 10 石河了人学机电学院电气工程系 聂品。工洪坤、柴兆森、胡春玲撰写