第0章- 緒論 電機學課件

目錄第一篇12第二篇3第三篇4第四篇5第五篇1緒論電機在國民經(jīng)濟中的作用電機的分類電機學課程性質(zhì)和學習方法電機學中常用的電工定律電機在國民經(jīng)濟中的作用電能是現(xiàn)代社會最主要的能源，并對人類文明的發(fā)展起到了重要的推動作用。電機是和電能的生產(chǎn)、輸送與利用密切相關的能量轉(zhuǎn)換機械。電機不僅是國民經(jīng)濟各行業(yè)中的重要或關鍵設備，而且在人們?nèi)粘Ｉ钪械膽靡苍絹碓綇V泛。電機的用途電機的主要類型發(fā)電機電動機變壓器發(fā)電機的用途火電廠：將燃料燃燒的熱能轉(zhuǎn)換為電能。水電廠：將水流的勢能轉(zhuǎn)換為電能。核電廠：將原子核裂變的原子能轉(zhuǎn)換為電能。風電場：將風能轉(zhuǎn)換為電能。用于發(fā)電廠用于獨立系統(tǒng)中的發(fā)電機。火力發(fā)電廠原理圖火力發(fā)電廠原理圖火力發(fā)電廠原理圖變壓器的用途主要用于各級變電站中。改變交流電能的電壓，實現(xiàn)交流電能的經(jīng)濟輸送和合理分配。

電力系統(tǒng)示意圖電動機的用途作為原動機，拖動各種機械設備。據(jù)統(tǒng)計，我國電動機的耗電量約占發(fā)電量的60%。工業(yè)農(nóng)業(yè)交通運輸業(yè)航天、航空、航海行業(yè)國防、文化教育、醫(yī)療衛(wèi)生、IT等行業(yè)日常生活電動機的用途工業(yè)機床、機器人、軋鋼機、紡織機、造紙機、風機、水泵、壓縮機、吊車、卷揚機、傳送帶等。

農(nóng)業(yè)電力排灌設備、脫粒機、碾米機、榨油機、粉碎機等。交通運輸業(yè)電氣機車、磁懸浮列車、城市軌道列車、無軌電車、電動汽車等。電動機的用途航空和航海業(yè)有特殊要求的航空電機、船用電機和推進電機等。日常生活電風扇、洗衣機、吸塵器、空調(diào)、電冰箱、微波爐、DVD播放機、電動按摩器、電動工具等。電機的新發(fā)展與微電子技術、計算機技術、自動控制技術、電力電子技術和超導技術等的發(fā)展相結合。原材料性能和制造工藝水平的提高。

電力電子技術永磁材料蒸發(fā)冷卻技術電機的新發(fā)展新原理、新結構、高性能的電機不斷被研究開發(fā)出來：開關磁阻電機橫向、徑向、軸向永磁電機高速電機高性能交流調(diào)速系統(tǒng)等電機的定義電機學中討論的電機，是指依靠電磁感應作用而運行的電磁機械，用于機械能和電能之間的轉(zhuǎn)換或者不同形式電能之間的變換。性質(zhì)任何一種電機的輸入、輸出能量中，至少有一方必須為電能，或者雙方都是電能。電機本身不是能源，而只是轉(zhuǎn)換或傳遞能量的機械裝置。要從電機輸出能量，必須先給電機輸入能量，其能量轉(zhuǎn)換或傳遞過程遵從能量守恒定律。性質(zhì)電機是以電磁感應為基本作用原理來運行的。利用其它原理（光電效應、熱電效應、化學效應等）產(chǎn)生電能的裝置通常不包括在電機的范圍內(nèi)。

電機的分類按照能量轉(zhuǎn)換或傳遞的功能及用途電機發(fā)電機——將機械能轉(zhuǎn)換為電能。電動機——將電能轉(zhuǎn)換為機械能。變壓器——改變交流電能的電壓?？刂齐姍C——主要用于執(zhí)行控制任務，而不是傳遞能量。電機的分類按照結構特點及電源種類分電機變壓器旋轉(zhuǎn)電機交流電機直流電機同步電機異步電機電機學課程性質(zhì)課程地位

是電氣工程及其自動化專業(yè)的重要專業(yè)基礎課，為后續(xù)相關專業(yè)課程堅實的理論基礎。分析的對象是工程實際中使用的具體電機。物理概念多，有較強的理論性。涉及的條件和因素比較復雜，具有較強的專業(yè)性和綜合性。內(nèi)容特點課程學習要求電機學以變壓器和旋轉(zhuǎn)電機的基本概念、基本電磁關系、基本分析方法、運行特性等內(nèi)容為核心。要求：逐步建立并牢固掌握電機學的基本概念；熟悉和掌握電機基本理論和基本分析方法；學習分析工程實際問題的思路和方法；提高分析和解決實際問題的能力。

電機學中常用的電工定律電路定律基爾霍夫電流定律基爾霍夫電壓定律電機學中常用的電工定律1.

磁感應強度B

表示磁場內(nèi)某點磁場強弱和方向的物理量。基本電磁定律電機學中常用的電工定律磁感應強度B的方向:

與電流的方向之間符合右手螺旋定則。電機學中常用的電工定律磁感應強度B的大小:磁感應強度B的單位:

特斯拉(T)，1T=1Wb/m2

均勻磁場:

各點磁感應強度大小相等，方向相同的磁場，也稱勻強磁場。電機學中常用的電工定律2磁通穿過垂直于B方向的面積S中的磁力線總數(shù)。

說明:

若不是均勻磁場，則取B的平均值。在均勻磁場中=BS或

B=/S磁感應強度B在數(shù)值上可以看成為與磁場方向垂直的單位面積所通過的磁通,故又稱磁通密度。單位:韋[伯](Wb)1Wb=1V·s電機學中常用的電工定律3.

磁場強度H介質(zhì)中某點的磁感應強度B

與介質(zhì)磁導率

之比。磁場強度H的單位：安培/米（A/m)電機學中常用的電工定律真空的磁導率為常數(shù)，用

0表示，有：4.

磁導率

表示磁場媒質(zhì)磁性的物理量，衡量物質(zhì)的導磁能力。相對磁導率

r：

任一種物質(zhì)的磁導率和真空的磁導率0的比值。單位：亨/米（H/m）電機學中常用的電工定律任意選定一個閉合回線的圍繞方向，凡是電流方向與閉合回線圍繞方向之間符合右螺旋定則的電流作為正、反之為負。

式中：是磁場強度矢量沿任意閉合線(常取磁通作為閉合回線)的線積分；I

是穿過閉合回線所圍面積的電流的代數(shù)和。安培環(huán)路定律電流正負的規(guī)定：安培環(huán)路定律（全電流定律）電機學中常用的電工定律線圈匝數(shù)與電流的乘積NI

，稱為磁通勢，用字母F表示，則有F=NI磁通由磁通勢產(chǎn)生，磁通勢的單位是安[培]。SxHxIN匝安培環(huán)路定律將電流與磁場強度聯(lián)系起來。

在均勻磁場中

Hl=IN

電機學中常用的電工定律磁路的歐姆定律F－磁路的磁通勢，F(xiàn)＝Ni，即為作用在鐵心上的安匝數(shù)，單位為A為磁路的磁阻，單位為A/Wb1）電路中有電流I時，就有功率損耗；而在直流磁路中，維持一定量的磁通量時，鐵心中沒用功率損耗。2）電路中可以認為導線外無電流，但磁路中鐵心外卻有漏磁通。即沒有絕對的磁絕緣體。3）電路中的電阻率在一定溫度下時不變的，磁導率卻隨鐵心的飽和程度有關。4）對電路，當為線性電路時可以應用疊加原理。但對鐵心磁路（非線性）不可應用疊加原理。磁路與電路的性質(zhì)磁路與電路的比較磁路磁通勢F磁通磁阻電路電動勢E電流密度J電阻磁感應強度B電流INI+_EIR電機學中常用的電工定律磁路的基爾霍夫定律（1）磁路的基爾霍夫第一定律穿出或進入任何一閉合面的總磁通恒等于零，即磁通連續(xù)性定律。

（2）磁路的基爾霍夫第二定律沿任何閉合磁路的總磁動勢恒等于各段磁位降的代數(shù)和?；倦姶哦煞ɡ陔姶鸥袘僧旊妱觿菖c磁鏈的參考方向滿足右手螺旋定則時，電動勢可表達為變壓器電動勢運動電動勢e的方向用右手定則判斷。右手定則：右手伸開，大拇指與其他四指成90°，若磁力線指向手心，大拇指指向?qū)w運動方向，則其他四指的指向就是導體中感應電動勢的方向。電磁感應定律載流導體在磁場中的安培力左手定則：左手伸開，大拇指與其他四指成90°，若磁力線指向手心，其他四指指向?qū)w中電流的方向，則大拇指的指向就是導體受力的方向。電磁力定律鐵磁材料的特性鐵磁材料的磁導率鐵磁材料放入磁場后，磁場會大大增強，其磁導率Fe為真空磁導率0（0＝4×10－7H/m）的數(shù)十倍乃至數(shù)萬倍。鐵磁性物質(zhì)的磁導率Fe與它所在磁場的強弱及物質(zhì)磁狀態(tài)的歷史有關，不是常數(shù)。在電機中，要求產(chǎn)生較強的磁場，需要采用磁導率大的鐵磁材料。電機中常用的鐵磁材料的磁導率在20000～60000之間。鐵磁材料的特性磁化曲線起始磁化曲線磁滯回線鐵磁材料的特性鐵磁材料的特性磁化曲線正常磁化曲線鐵磁材料的損耗

磁滯損耗，渦流損耗鐵耗＝磁滯損耗＋渦流損耗對于一般的硅鋼片，在正常工作磁通密度范圍內(nèi)（1T＜Bm＜1.8T），鐵耗可以近似表示為能量守恒定律電機在進行機電能量轉(zhuǎn)換或不同形式電能變換的過程中，都遵守能量守恒定律，即輸入能量＝輸出能量＋內(nèi)部損耗電機運行中存在的能量在電機分析中，通常將能量守恒定律用功率平衡方程式表示。穩(wěn)態(tài)時，磁場儲能增量為零，則有形式有四種：電能、機械能、磁場儲能、熱能。其平衡關系是輸入的機械能或電能＝磁場儲能的增量＋熱能＋輸出的電能或機械能輸入功率

P1＝輸出功率

P2＋損耗pBH鐵磁材料的起始磁化曲線abcd返回

鐵磁材料的磁滯回線HBabcdef返回

基本磁化曲線基本磁化曲線HB返回

a）軟磁材料的磁滯曲線B返回H

b）硬磁材料的磁滯曲線返回BH

硅鋼片中的渦流 B返回

165432簡單串聯(lián)磁路A)串聯(lián)磁路i返回

B)模擬電路圖返回

LLLA