第1章電機基礎知識

電機與拖動——上篇電機學電機學部分簡介

ElectricMachinery

電機學從電、磁、機械三個方面入手，分析電機內部的電磁過程，介紹變壓器、異步電機、同步電機和直流電機的類型、結構、工作原理、工作特性和工況。

學習電機學部分的目的是讓學生掌握從事電能生產、傳輸、分配和利用中有關電機能量轉換和運行特性方面的基本理論和知識。其主要任務是：使學生了解電氣工程和動力工程中常用的電機類型和結構；掌握各種電機的工作原理和運行特性；了解電機銘牌的參數含義，能夠對其性能進行分析、計算，并合理選擇和使用各種電機。序號實驗項目名稱實驗內容1單相變壓器測取單相變壓器的空載特性、短路特性和負載運行特性。2三相變壓器的聯(lián)接組測定三相變壓器的極性，判別三相變壓器的聯(lián)接組。3直流并勵電動機工作特性和機械特性用實驗的方法測取直流并勵電動機工作特性和機械特性。4直流并勵電動機調速方法實現直流并勵電動機的調速。5三相異步電動機的工作特性用日光燈法測轉差率，測取三相異步電動機的工作特性。6工作臺自動往返循環(huán)控制實現工作臺自動循環(huán)控制7三相同步發(fā)電機的并網實驗用準同步法將同步發(fā)電機與大電網的并網。8并網運行時的三相同步發(fā)電機有功功率和無功功率的調節(jié)三相同步發(fā)電機并網運行時有功功率和無功功率的調節(jié)。課程實驗

0緒論電機的基本功能與主要類型電機的基本原理—磁路電機的制造材料0.2電機的基本特點與主要類型電機是實現能量轉換和信號傳遞的電磁裝置。2、變壓器（變流器、變頻器、移相器）的作用：傳輸、分配電能。

1、發(fā)電機的作用：生產電能。

4、控制電機：伺服電機(用于控制系統(tǒng)），自整角機(用于同步聯(lián)絡系統(tǒng)），感應調壓器和移相器(用于試驗室中）等。3、電動機的作用：驅動作用。二灘水電站火電站全國裝機容量最大的新疆達板城風電廠太陽能電站地熱電站核電站潮汐電站波浪能發(fā)電站電熱發(fā)電變頻器電力變壓器磁懸浮列車大型車床電機的功能------驅動生產機械信號傳遞-直流伺服電動機

將控制信號轉換為機械信號作電源用-直流發(fā)電機

將機械能轉化為直流電能我們周圍的電機舉例：我們周圍的電機舉例：盲人引路車爬行機器人控制各種自動設備同步發(fā)電機定子各種微電機電機的發(fā)展狀況大型和超小型方向發(fā)展主要類型按功用分發(fā)電機

電動機電力機械

變壓器和變頻器

控制電機

電力機械變壓器

旋轉電機直流電機

交流電機同步電機

異步電機電機分類：變壓器直流電機伺服電動機、步進電動機、測速發(fā)電機旋轉變壓器、自整角機、直線電動機電力變壓器：升壓變壓器、降壓變壓器動力電機微特電機感應電機同步電機感應電動機感應發(fā)電機交流電機同步電動機同步發(fā)電機同步補償機直流電動機直流發(fā)電機旋轉電機靜止電機特種變壓器：自耦、三繞組、互感器0.3國內外電機發(fā)展狀況

——直流電機的產生與形成1821年，法拉第發(fā)現了磁場內載流導體受力現象和電磁感應定律。1833年，皮克西制作旋轉磁極式直流發(fā)電機；楞次證明電機的可逆原理。1834~1870年，永磁變勵磁；蓄電池他勵變自勵；格拉姆提出環(huán)形電樞繞組替凸極T形電樞繞組。1873年，阿爾泰涅夫發(fā)明鼓形電樞繞組。1880年，愛迪生提出采用疊片鐵芯。1884年，出現換向極和補償繞組。1885年，用碳粉做電刷。1886年，霍普金兄弟確立了磁路歐姆定律。1891年，阿爾諾特建立直流電樞繞組理論。1882年，臺勃萊茲把米斯巴哈水電站發(fā)出的2kW直流電，輸送到慕尼黑。

——交流電機的形成與發(fā)展1832年，出現交流發(fā)電機。1876年，亞勃羅契柯夫用交流和開磁路串聯(lián)變壓器給“電燭”供電。1825年，阿拉果發(fā)現多相感應電動機原始基礎。1879年，柏依萊用電獲得旋轉磁場；1883年臺勃萊茲提出交變磁場的旋轉磁場。1885年，弗拉里斯用交流電產生旋轉磁場。1888年，弗拉里斯和臺斯拉同時發(fā)明兩相感應電動機。1889年，多勃羅伏斯基制作三相感應電動機。1891年，建立從勞芬到法蘭克福的三相電力系統(tǒng)。19世紀80年代末，交流發(fā)電站、高速汽輪機迅速發(fā)展。1893年，開耐萊和斯坦麥茨用相量和復數分析交流電。1894年，海蘭特提出雙旋轉磁場理論；波梯建立交軸磁場理論。1899年，勃朗臺提出雙反應理論。

——電機完善時期1889~1930年，電機重量日漸減輕。1930~1950年，電機容量和冷卻方式逐漸提高。1918年，福提斯古提出對稱分量法。1926~1930年，道赫梯和聶克爾建立同步機穩(wěn)態(tài)和暫態(tài)分析理論；其他學者提出同步電抗、漏抗和瞬態(tài)電抗。1929年，派克提出同步機的派克方程。1935~1938年，克朗提出原形電機的概念。1920~1940年，提出雙籠和深槽電機理論。20世紀40年代，控制電機隨自控技術大發(fā)展。1954年，柯伐煦提出空間矢量法。1957~1969年，卡佐夫斯基提出頻率法。1965年，計算機解決動態(tài)問題。1869~1960年，解決電磁轉矩機理。1959年，懷特和伍德遜建立機電能量新理論。1971年，勃拉舒克和海斯提出交流電機矢量變換控制。80年代，永磁無刷和開關磁阻電機等出現。90年代，有限-狀態(tài)空間耦合時步伐得到應用。B（單位T或特斯拉）iBi磁場的基本概念磁感應強度B（磁密）與磁感線特點：右手螺旋法則，不相交的閉合曲線，疏密程度。0.5

磁路

uiΦ磁通Φ磁路部分電路部分磁通量:穿過某一截面的磁感應強度

ABΦ=BA（單位Wb）磁場強度：H=B/μ（單位A/m）垂直均勻磁場韋伯和麥克斯韋之間的換算：1Wb=108Mx磁場儲能：體能密度磁導率為常數時：對旋轉電機，氣隙的B≈0.4~0.8T，鐵心的B≈1.0~1.8T。μ0

＜＜μ，故磁場能主要存儲在氣隙中，又稱耦合磁場。經鐵心閉合的Φ為主磁通i2i1ΦΦ2σΦ1σ

X1

定子

N

勵磁繞組A1S轉子SA2N

定子繞組

X1

ΦΦσ同步發(fā)電機磁路經空氣等非鐵磁材料閉合的Φσ為漏磁通。磁路的基本定律安培環(huán)流定律（全電流定律）i2i1i3Hdl

設n根載流導體被任何閉合路徑l所包圍，則磁場與建立它的電流之間有下述關系：磁場強度矢量H沿空間任意閉合路徑的線積分等于該回路所包圍導體的電流代數和。符合右手（H）螺旋法則時，電流（拇指）為正，相反為負。

磁路歐姆定律

AlΦiN無分支磁路磁路的平均長度匝數磁阻H-1=1A/Wb磁導H=1Wb/A磁勢A

注：磁阻不是常數

磁路的基爾霍夫第一定律l1A1μ1Φ1l2A2μ2Φ2l3A3μ3Φ3iN閉合面磁路的基爾霍夫第二定律∑F=Ni=∑Hklk=Φ∑Rmk對閉合面，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無分支磁路，通過各截面的磁通相等。計算步驟：Φ

?各段B

k=Φ/A

k?

在磁化曲線上查H

k

?ΣHkl

k=Ni=FAlΦiN磁位降作用在任何閉合磁路的總磁勢恒等于各段磁路磁位降的代數和。例1已知鐵心疊壓因數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，要達到Φ=1×10-3Wb，求i。

解:iΦ2000匝l1A1H1l4A4H4l2A2H2l3A3H3l5A5H5δ例2已知鐵心DR530，三鐵心柱和上、下鐵軛的A=2×