电机学课堂进义第一部分电机学基础4h 上海交通大学电气工程系EE SJTU 其中等效磁导A,=A与极面积呈正比而与等效气隙长度成反比。 Bef 主磁场能量、绕组主电感（自感和互感）分别为 w.-R2-+w Lm=AW2,L2m =AW2.M2=AW W2. 电感与磁导和绕组匝数乘积呈正比。 值得注意的是，上面分析的电感是与主磁通关联的，因此称为主电感。其实，绕组电硫还产生漏磁 场，漏磁场主要存在于绕组周围的空气中，因此漏磁通相对于主磁通要小得多，相应的漏电感也很 小。电机中的漏磁场包括电机槽内导体电流产生的槽漏磁场，端部绕组电流产生的端部漏磁场，另 外将电机气隙中的谐波磁场也归入漏磁场，因为气隙谐波磁场等于气隙磁场与基波磁场之差，因此 谐波漏磁场也称为差漏磁场，相应的漏电感分别称为槽漏电感、端部漏电感和差漏电感。 电机原理分析中通常将主磁场和漏磁场分开，因为主磁场是经过气隙的定转子耦合磁场，而漏磁场 仅仅存在于定子或转子中，不参与机电能量转换。 气隙中存在的磁拉力，根据虚位移原理，假设电流不变，那么磁拉力等于磁场能量对气隙长度的偏 导数，计算结果为负，表示吸引力，电磁力方向与气隙长度增加的方向相反 _0W-_A(iw,+iW:)" F 气隙越大，建立相同磁通所需的电流越大，因此电机设计中，只要机械结构强度允许，气隙越小越 好，以减小励磁绕组的电流和用铜量，或者减小励磁所需的无功电流。电力变压器几乎没有明显的 气隙，因此励磁电流很小，效率很高。磁路中存在气隙时，如果等效磁路长度与实际气隙长度接 近，那么铁心中的磁场能量相对较小， 磁场能量主要集中在气隙里。磁场力的作用很大，比如磁铁 吊装钢材，磁悬浮列车，磁悬浮轴承，磁悬浮飞轮储能。 4、机电能量转换系统 电机作为机电能量转换系统通常具有两个独立的电气子系统和一个机械子系统，如图3所示。电系统 之间，电系统与机械系统之间的能量转换都需要通过电磁能量（主要是磁场能量）这个磁媒质，电 气上表现为电磁功率，机械上表现为电磁转矩。变压器是静止装置，没有机械运动部分，因此也不 考虑机械系统，但是变压器设计过程中仍然需要考虑突然短路是线圈之间，线圈与结构件之间的电 磁力的作用。 铁心 (1)电气子系统：输入或输出电能的独立电气部分，如 电损耗 损耗 B 电机电枢绕组的电系统与励磁绕组的电系统。电系统中存 i 电损耗 在电压、电流和感应电势，因此存在电压平衡关系，建立 电系统 电磁 电系统 磁场的磁势平衡关系，电功率的平衡关系等。 A 能量 B 附加 机械 (2)机械子系统：输入或输出机械能的运动机械部分， = 损耗 如旋转电机转子机械系统。机械系统中存在力和转矩，因 损耗 机械 此存在力或转矩平衡关系，机械功率平衡关系。 系统 图3机电能量转换系统 3电机学课堂讲义 第一部分 电机学基础 4h 上海交通大学电气工程系 EE SJTU 3 其中等效磁导 ! "eq = µ0A gef 与极面积呈正比而与等效气隙长度成反比。 主磁场能量、绕组主电感（自感和互感）分别为 ! Wm = 1 2 Rm"2 = 1 2 #eq i 1 W1 + i ( 2 W2 ) 2 ! L1m = "eqW1 2 , ! L2m = "eqW2 2 , ! M12 = "eqW1 W2。 电感与磁导和绕组匝数乘积呈正比。 值得注意的是，上面分析的电感是与主磁通关联的，因此称为主电感。其实，绕组电流还产生漏磁 场，漏磁场主要存在于绕组周围的空气中，因此漏磁通相对于主磁通要小得多，相应的漏电感也很 小。电机中的漏磁场包括电机槽内导体电流产生的槽漏磁场，端部绕组电流产生的端部漏磁场，另 外将电机气隙中的谐波磁场也归入漏磁场，因为气隙谐波磁场等于气隙磁场与基波磁场之差，因此 谐波漏磁场也称为差漏磁场，相应的漏电感分别称为槽漏电感、端部漏电感和差漏电感。 电机原理分析中通常将主磁场和漏磁场分开，因为主磁场是经过气隙的定转子耦合磁场，而漏磁场 仅仅存在于定子或转子中，不参与机电能量转换。 气隙中存在的磁拉力，根据虚位移原理，假设电流不变，那么磁拉力等于磁场能量对气隙长度的偏 导数，计算结果为负，表示吸引力，电磁力方向与气隙长度增加的方向相反 ! Fm = "Wm "g = # µ0A gef 2 i 1 W1 + i ( 2W2 ) 2 气隙越大，建立相同磁通所需的电流越大，因此电机设计中，只要机械结构强度允许，气隙越小越 好，以减小励磁绕组的电流和用铜量，或者减小励磁所需的无功电流。电力变压器几乎没有明显的 气隙，因此励磁电流很小，效率很高。磁路中存在气隙时，如果等效磁路长度与实际气隙长度接 近，那么铁心中的磁场能量相对较小，磁场能量主要集中在气隙里。磁场力的作用很大，比如磁铁 吊装钢材，磁悬浮列车，磁悬浮轴承，磁悬浮飞轮储能。 4、机电能量转换系统 电机作为机电能量转换系统通常具有两个独立的电气子系统和一个机械子系统，如图3所示。电系统 之间，电系统与机械系统之间的能量转换都需要通过电磁能量（主要是磁场能量）这个磁媒质，电 气上表现为电磁功率，机械上表现为电磁转矩。变压器是静止装置，没有机械运动部分，因此也不 考虑机械系统，但是变压器设计过程中仍然需要考虑突然短路是线圈之间，线圈与结构件之间的电 磁力的作用。 （1）电气子系统：输入或输出电能的独立电气部分，如 电机电枢绕组的电系统与励磁绕组的电系统。电系统中存 在电压、电流和感应电势，因此存在电压平衡关系，建立 磁场的磁势平衡关系，电功率的平衡关系等。 （2）机械子系统：输入或输出机械能的运动机械部分， 如旋转电机转子机械系统。机械系统中存在力和转矩，因 此存在力或转矩平衡关系，机械功率平衡关系。 图3 机电能量转换系统 电损耗 A B 电损耗 电磁 能量 机械 损耗 铁心 损耗 电系统 A 机械 系统 电系统 B 附加 损耗