第0章- 緒論 電機(jī)學(xué)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(jī)在國(guó)民經(jīng)濟(jì)中的作用電機(jī)的分類電機(jī)學(xué)課程性質(zhì)和學(xué)習(xí)方法電機(jī)學(xué)中常用的電工定律電機(jī)在國(guó)民經(jīng)濟(jì)中的作用電能是現(xiàn)代社會(huì)最主要的能源，并對(duì)人類文明的發(fā)展起到了重要的推動(dòng)作用。電機(jī)是和電能的生產(chǎn)、輸送與利用密切相關(guān)的能量轉(zhuǎn)換機(jī)械。電機(jī)不僅是國(guó)民經(jīng)濟(jì)各行業(yè)中的重要或關(guān)鍵設(shè)備，而且在人們?nèi)粘Ｉ钪械膽?yīng)用也越來(lái)越廣泛。電機(jī)的用途電機(jī)的主要類型發(fā)電機(jī)電動(dòng)機(jī)變壓器發(fā)電機(jī)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(shì)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(fēng)電場(chǎng)：將風(fēng)能轉(zhuǎn)換為電能。用于發(fā)電廠用于獨(dú)立系統(tǒng)中的發(fā)電機(jī)?；鹆Πl(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(jí)變電站中。改變交流電能的電壓，實(shí)現(xiàn)交流電能的經(jīng)濟(jì)輸送和合理分配。

電力系統(tǒng)示意圖電動(dòng)機(jī)的用途作為原動(dòng)機(jī)，拖動(dòng)各種機(jī)械設(shè)備。據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國(guó)電動(dòng)機(jī)的耗電量約占發(fā)電量的60%。工業(yè)農(nóng)業(yè)交通運(yùn)輸業(yè)航天、航空、航海行業(yè)國(guó)防、文化教育、醫(yī)療衛(wèi)生、IT等行業(yè)日常生活電動(dòng)機(jī)的用途工業(yè)機(jī)床、機(jī)器人、軋鋼機(jī)、紡織機(jī)、造紙機(jī)、風(fēng)機(jī)、水泵、壓縮機(jī)、吊車、卷?yè)P(yáng)機(jī)、傳送帶等。

農(nóng)業(yè)電力排灌設(shè)備、脫粒機(jī)、碾米機(jī)、榨油機(jī)、粉碎機(jī)等。交通運(yùn)輸業(yè)電氣機(jī)車、磁懸浮列車、城市軌道列車、無(wú)軌電車、電動(dòng)汽車等。電動(dòng)機(jī)的用途航空和航海業(yè)有特殊要求的航空電機(jī)、船用電機(jī)和推進(jìn)電機(jī)等。日常生活電風(fēng)扇、洗衣機(jī)、吸塵器、空調(diào)、電冰箱、微波爐、DVD播放機(jī)、電動(dòng)按摩器、電動(dòng)工具等。電機(jī)的新發(fā)展與微電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)、電力電子技術(shù)和超導(dǎo)技術(shù)等的發(fā)展相結(jié)合。原材料性能和制造工藝水平的提高。

電力電子技術(shù)永磁材料蒸發(fā)冷卻技術(shù)電機(jī)的新發(fā)展新原理、新結(jié)構(gòu)、高性能的電機(jī)不斷被研究開(kāi)發(fā)出來(lái)：開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)橫向、徑向、軸向永磁電機(jī)高速電機(jī)高性能交流調(diào)速系統(tǒng)等電機(jī)的定義電機(jī)學(xué)中討論的電機(jī)，是指依靠電磁感應(yīng)作用而運(yùn)行的電磁機(jī)械，用于機(jī)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(jī)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(jī)本身不是能源，而只是轉(zhuǎn)換或傳遞能量的機(jī)械裝置。要從電機(jī)輸出能量，必須先給電機(jī)輸入能量，其能量轉(zhuǎn)換或傳遞過(guò)程遵從能量守恒定律。性質(zhì)電機(jī)是以電磁感應(yīng)為基本作用原理來(lái)運(yùn)行的。利用其它原理（光電效應(yīng)、熱電效應(yīng)、化學(xué)效應(yīng)等）產(chǎn)生電能的裝置通常不包括在電機(jī)的范圍內(nèi)。

電機(jī)的分類按照能量轉(zhuǎn)換或傳遞的功能及用途電機(jī)發(fā)電機(jī)——將機(jī)械能轉(zhuǎn)換為電能。電動(dòng)機(jī)——將電能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能。變壓器——改變交流電能的電壓?？刂齐姍C(jī)——主要用于執(zhí)行控制任務(wù)，而不是傳遞能量。電機(jī)的分類按照結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及電源種類分電機(jī)變壓器旋轉(zhuǎn)電機(jī)交流電機(jī)直流電機(jī)同步電機(jī)異步電機(jī)電機(jī)學(xué)課程性質(zhì)課程地位

是電氣工程及其自動(dòng)化專業(yè)的重要專業(yè)基礎(chǔ)課，為后續(xù)相關(guān)專業(yè)課程堅(jiān)實(shí)的理論基礎(chǔ)。分析的對(duì)象是工程實(shí)際中使用的具體電機(jī)。物理概念多，有較強(qiáng)的理論性。涉及的條件和因素比較復(fù)雜，具有較強(qiáng)的專業(yè)性和綜合性。內(nèi)容特點(diǎn)課程學(xué)習(xí)要求電機(jī)學(xué)以變壓器和旋轉(zhuǎn)電機(jī)的基本概念、基本電磁關(guān)系、基本分析方法、運(yùn)行特性等內(nèi)容為核心。要求：逐步建立并牢固掌握電機(jī)學(xué)的基本概念；熟悉和掌握電機(jī)基本理論和基本分析方法；學(xué)習(xí)分析工程實(shí)際問(wèn)題的思路和方法；提高分析和解決實(shí)際問(wèn)題的能力。

電機(jī)學(xué)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(jī)學(xué)中常用的電工定律1.

磁感應(yīng)強(qiáng)度B

表示磁場(chǎng)內(nèi)某點(diǎn)磁場(chǎng)強(qiáng)弱和方向的物理量?；倦姶哦呻姍C(jī)學(xué)中常用的電工定律磁感應(yīng)強(qiáng)度B的方向:

與電流的方向之間符合右手螺旋定則。電機(jī)學(xué)中常用的電工定律磁感應(yīng)強(qiáng)度B的大小:磁感應(yīng)強(qiáng)度B的單位:

特斯拉(T)，1T=1Wb/m2

均勻磁場(chǎng):

各點(diǎn)磁感應(yīng)強(qiáng)度大小相等，方向相同的磁場(chǎng)，也稱勻強(qiáng)磁場(chǎng)。電機(jī)學(xué)中常用的電工定律2磁通穿過(guò)垂直于B方向的面積S中的磁力線總數(shù)。

說(shuō)明:

若不是均勻磁場(chǎng)，則取B的平均值。在均勻磁場(chǎng)中=BS或

B=/S磁感應(yīng)強(qiáng)度B在數(shù)值上可以看成為與磁場(chǎng)方向垂直的單位面積所通過(guò)的磁通,故又稱磁通密度。單位:韋[伯](Wb)1Wb=1V·s電機(jī)學(xué)中常用的電工定律3.

磁場(chǎng)強(qiáng)度H介質(zhì)中某點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度B

與介質(zhì)磁導(dǎo)率

之比。磁場(chǎng)強(qiáng)度H的單位：安培/米（A/m)電機(jī)學(xué)中常用的電工定律真空的磁導(dǎo)率為常數(shù)，用

0表示，有：4.

磁導(dǎo)率

表示磁場(chǎng)媒質(zhì)磁性的物理量，衡量物質(zhì)的導(dǎo)磁能力。相對(duì)磁導(dǎo)率

r：

任一種物質(zhì)的磁導(dǎo)率和真空的磁導(dǎo)率0的比值。單位：亨/米（H/m）電機(jī)學(xué)中常用的電工定律任意選定一個(gè)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(fù)。

式中：是磁場(chǎng)強(qiáng)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(guò)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(fù)的規(guī)定：安培環(huán)路定律（全電流定律）電機(jī)學(xué)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(shì)，用字母F表示，則有F=NI磁通由磁通勢(shì)產(chǎn)生，磁通勢(shì)的單位是安[培]。SxHxIN匝安培環(huán)路定律將電流與磁場(chǎng)強(qiáng)度聯(lián)系起來(lái)。

在均勻磁場(chǎng)中

Hl=IN

電機(jī)學(xué)中常用的電工定律磁路的歐姆定律F－磁路的磁通勢(shì)，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(shí)，就有功率損耗；而在直流磁路中，維持一定量的磁通量時(shí)，鐵心中沒(méi)用功率損耗。2）電路中可以認(rèn)為導(dǎo)線外無(wú)電流，但磁路中鐵心外卻有漏磁通。即沒(méi)有絕對(duì)的磁絕緣體。3）電路中的電阻率在一定溫度下時(shí)不變的，磁導(dǎo)率卻隨鐵心的飽和程度有關(guān)。4）對(duì)電路，當(dāng)為線性電路時(shí)可以應(yīng)用疊加原理。但對(duì)鐵心磁路（非線性）不可應(yīng)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(shì)F磁通磁阻電路電動(dòng)勢(shì)E電流密度J電阻磁感應(yīng)強(qiáng)度B電流INI+_EIR電機(jī)學(xué)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(jìn)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(dòng)勢(shì)恒等于各段磁位降的代數(shù)和。基本電磁定律法拉第電磁感應(yīng)定律當(dāng)電動(dòng)勢(shì)與磁鏈的參考方向滿足右手螺旋定則時(shí)，電動(dòng)勢(shì)可表達(dá)為變壓器電動(dòng)勢(shì)運(yùn)動(dòng)電動(dòng)勢(shì)e的方向用右手定則判斷。右手定則：右手伸開(kāi)，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(yùn)動(dòng)方向，則其他四指的指向就是導(dǎo)體中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的方向。電磁感應(yīng)定律載流導(dǎo)體在磁場(chǎng)中的安培力左手定則：左手伸開(kāi)，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(dǎo)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(dǎo)率鐵磁材料放入磁場(chǎng)后，磁場(chǎng)會(huì)大大增強(qiáng)，其磁導(dǎo)率Fe為真空磁導(dǎo)率0（0＝4×10－7H/m）的數(shù)十倍乃至數(shù)萬(wàn)倍。鐵磁性物質(zhì)的磁導(dǎo)率Fe與它所在磁場(chǎng)的強(qiáng)弱及物質(zhì)磁狀態(tài)的歷史有關(guān)，不是常數(shù)。在電機(jī)中，要求產(chǎn)生較強(qiáng)的磁場(chǎng)，需要采用磁導(dǎo)率大的鐵磁材料。電機(jī)中常用的鐵磁材料的磁導(dǎo)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(duì)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(jī)在進(jìn)行機(jī)電能量轉(zhuǎn)換或不同形式電能變換的過(guò)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(jī)運(yùn)行中存在的能量在電機(jī)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(shí)，磁場(chǎng)儲(chǔ)能增量為零，則有形式有四種：電能、機(jī)械能、磁場(chǎng)儲(chǔ)能、熱能。其平衡關(guān)系是輸入的機(jī)械能或電能＝磁場(chǎng)儲(chǔ)能的增量＋熱能＋輸出的電能或機(jī)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(jiǎn)單串聯(lián)磁路A)串聯(lián)磁路i返回

B)模擬電路圖返回

LLLA