第1章電機(jī)基礎(chǔ)知識(shí)

電機(jī)與拖動(dòng)——上篇電機(jī)學(xué)電機(jī)學(xué)部分簡(jiǎn)介

ElectricMachinery

電機(jī)學(xué)從電、磁、機(jī)械三個(gè)方面入手，分析電機(jī)內(nèi)部的電磁過(guò)程，介紹變壓器、異步電機(jī)、同步電機(jī)和直流電機(jī)的類型、結(jié)構(gòu)、工作原理、工作特性和工況。

學(xué)習(xí)電機(jī)學(xué)部分的目的是讓學(xué)生掌握從事電能生產(chǎn)、傳輸、分配和利用中有關(guān)電機(jī)能量轉(zhuǎn)換和運(yùn)行特性方面的基本理論和知識(shí)。其主要任務(wù)是：使學(xué)生了解電氣工程和動(dòng)力工程中常用的電機(jī)類型和結(jié)構(gòu)；掌握各種電機(jī)的工作原理和運(yùn)行特性；了解電機(jī)銘牌的參數(shù)含義，能夠?qū)ζ湫阅苓M(jìn)行分析、計(jì)算，并合理選擇和使用各種電機(jī)。序號(hào)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目名稱實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1單相變壓器測(cè)取單相變壓器的空載特性、短路特性和負(fù)載運(yùn)行特性。2三相變壓器的聯(lián)接組測(cè)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(lì)電動(dòng)機(jī)工作特性和機(jī)械特性用實(shí)驗(yàn)的方法測(cè)取直流并勵(lì)電動(dòng)機(jī)工作特性和機(jī)械特性。4直流并勵(lì)電動(dòng)機(jī)調(diào)速方法實(shí)現(xiàn)直流并勵(lì)電動(dòng)機(jī)的調(diào)速。5三相異步電動(dòng)機(jī)的工作特性用日光燈法測(cè)轉(zhuǎn)差率，測(cè)取三相異步電動(dòng)機(jī)的工作特性。6工作臺(tái)自動(dòng)往返循環(huán)控制實(shí)現(xiàn)工作臺(tái)自動(dòng)循環(huán)控制7三相同步發(fā)電機(jī)的并網(wǎng)實(shí)驗(yàn)用準(zhǔn)同步法將同步發(fā)電機(jī)與大電網(wǎng)的并網(wǎng)。8并網(wǎng)運(yùn)行時(shí)的三相同步發(fā)電機(jī)有功功率和無(wú)功功率的調(diào)節(jié)三相同步發(fā)電機(jī)并網(wǎng)運(yùn)行時(shí)有功功率和無(wú)功功率的調(diào)節(jié)。課程實(shí)驗(yàn)

0緒論電機(jī)的基本功能與主要類型電機(jī)的基本原理—磁路電機(jī)的制造材料0.2電機(jī)的基本特點(diǎn)與主要類型電機(jī)是實(shí)現(xiàn)能量轉(zhuǎn)換和信號(hào)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(jī)的作用：生產(chǎn)電能。

4、控制電機(jī)：伺服電機(jī)(用于控制系統(tǒng)），自整角機(jī)(用于同步聯(lián)絡(luò)系統(tǒng)），感應(yīng)調(diào)壓器和移相器(用于試驗(yàn)室中）等。3、電動(dòng)機(jī)的作用：驅(qū)動(dòng)作用。二灘水電站火電站全國(guó)裝機(jī)容量最大的新疆達(dá)板城風(fēng)電廠太陽(yáng)能電站地?zé)犭娬竞穗娬境毕娬静ɡ四馨l(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(jī)的功能------驅(qū)動(dòng)生產(chǎn)機(jī)械信號(hào)傳遞-直流伺服電動(dòng)機(jī)

將控制信號(hào)轉(zhuǎn)換為機(jī)械信號(hào)作電源用-直流發(fā)電機(jī)

將機(jī)械能轉(zhuǎn)化為直流電能我們周圍的電機(jī)舉例：我們周圍的電機(jī)舉例：盲人引路車爬行機(jī)器人控制各種自動(dòng)設(shè)備同步發(fā)電機(jī)定子各種微電機(jī)電機(jī)的發(fā)展?fàn)顩r大型和超小型方向發(fā)展主要類型按功用分發(fā)電機(jī)

電動(dòng)機(jī)電力機(jī)械

變壓器和變頻器

控制電機(jī)

電力機(jī)械變壓器

旋轉(zhuǎn)電機(jī)直流電機(jī)

交流電機(jī)同步電機(jī)

異步電機(jī)電機(jī)分類：變壓器直流電機(jī)伺服電動(dòng)機(jī)、步進(jìn)電動(dòng)機(jī)、測(cè)速發(fā)電機(jī)旋轉(zhuǎn)變壓器、自整角機(jī)、直線電動(dòng)機(jī)電力變壓器：升壓變壓器、降壓變壓器動(dòng)力電機(jī)微特電機(jī)感應(yīng)電機(jī)同步電機(jī)感應(yīng)電動(dòng)機(jī)感應(yīng)發(fā)電機(jī)交流電機(jī)同步電動(dòng)機(jī)同步發(fā)電機(jī)同步補(bǔ)償機(jī)直流電動(dòng)機(jī)直流發(fā)電機(jī)旋轉(zhuǎn)電機(jī)靜止電機(jī)特種變壓器：自耦、三繞組、互感器0.3國(guó)內(nèi)外電機(jī)發(fā)展?fàn)顩r

——直流電機(jī)的產(chǎn)生與形成1821年，法拉第發(fā)現(xiàn)了磁場(chǎng)內(nèi)載流導(dǎo)體受力現(xiàn)象和電磁感應(yīng)定律。1833年，皮克西制作旋轉(zhuǎn)磁極式直流發(fā)電機(jī)；楞次證明電機(jī)的可逆原理。1834~1870年，永磁變勵(lì)磁；蓄電池他勵(lì)變自勵(lì)；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(ài)迪生提出采用疊片鐵芯。1884年，出現(xiàn)換向極和補(bǔ)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(tái)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(jī)的形成與發(fā)展1832年，出現(xiàn)交流發(fā)電機(jī)。1876年，亞勃羅契柯夫用交流和開(kāi)磁路串聯(lián)變壓器給“電燭”供電。1825年，阿拉果發(fā)現(xiàn)多相感應(yīng)電動(dòng)機(jī)原始基礎(chǔ)。1879年，柏依萊用電獲得旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)；1883年臺(tái)勃萊茲提出交變磁場(chǎng)的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)。1885年，弗拉里斯用交流電產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)。1888年，弗拉里斯和臺(tái)斯拉同時(shí)發(fā)明兩相感應(yīng)電動(dòng)機(jī)。1889年，多勃羅伏斯基制作三相感應(yīng)電動(dòng)機(jī)。1891年，建立從勞芬到法蘭克福的三相電力系統(tǒng)。19世紀(jì)80年代末，交流發(fā)電站、高速汽輪機(jī)迅速發(fā)展。1893年，開(kāi)耐萊和斯坦麥茨用相量和復(fù)數(shù)分析交流電。1894年，海蘭特提出雙旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)理論；波梯建立交軸磁場(chǎng)理論。1899年，勃朗臺(tái)提出雙反應(yīng)理論。

——電機(jī)完善時(shí)期1889~1930年，電機(jī)重量日漸減輕。1930~1950年，電機(jī)容量和冷卻方式逐漸提高。1918年，福提斯古提出對(duì)稱分量法。1926~1930年，道赫梯和聶克爾建立同步機(jī)穩(wěn)態(tài)和暫態(tài)分析理論；其他學(xué)者提出同步電抗、漏抗和瞬態(tài)電抗。1929年，派克提出同步機(jī)的派克方程。1935~1938年，克朗提出原形電機(jī)的概念。1920~1940年，提出雙籠和深槽電機(jī)理論。20世紀(jì)40年代，控制電機(jī)隨自控技術(shù)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(jì)算機(jī)解決動(dòng)態(tài)問(wèn)題。1869~1960年，解決電磁轉(zhuǎn)矩機(jī)理。1959年，懷特和伍德遜建立機(jī)電能量新理論。1971年，勃拉舒克和海斯提出交流電機(jī)矢量變換控制。80年代，永磁無(wú)刷和開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)等出現(xiàn)。90年代，有限-狀態(tài)空間耦合時(shí)步伐得到應(yīng)用。B（單位T或特斯拉）iBi磁場(chǎng)的基本概念磁感應(yīng)強(qiáng)度B（磁密）與磁感線特點(diǎn)：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(guò)某一截面的磁感應(yīng)強(qiáng)度

ABΦ=BA（單位Wb）磁場(chǎng)強(qiáng)度：H=B/μ（單位A/m）垂直均勻磁場(chǎng)韋伯和麥克斯韋之間的換算：1Wb=108Mx磁場(chǎng)儲(chǔ)能：體能密度磁導(dǎo)率為常數(shù)時(shí)：對(duì)旋轉(zhuǎn)電機(jī)，氣隙的B≈0.4~0.8T，鐵心的B≈1.0~1.8T。μ0

＜＜μ，故磁場(chǎng)能主要存儲(chǔ)在氣隙中，又稱耦合磁場(chǎng)。經(jīng)鐵心閉合的Φ為主磁通i2i1ΦΦ2σΦ1σ

X1

定子

N

勵(lì)磁繞組A1S轉(zhuǎn)子SA2N

定子繞組

X1

ΦΦσ同步發(fā)電機(jī)磁路經(jīng)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(shè)n根載流導(dǎo)體被任何閉合路徑l所包圍，則磁場(chǎng)與建立它的電流之間有下述關(guān)系：磁場(chǎng)強(qiáng)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(dǎo)體的電流代數(shù)和。符合右手（H）螺旋法則時(shí)，電流（拇指）為正，相反為負(fù)。

磁路歐姆定律

AlΦiN無(wú)分支磁路磁路的平均長(zhǎng)度匝數(shù)磁阻H-1=1A/Wb磁導(dǎo)H=1Wb/A磁勢(shì)A

注：磁阻不是常數(shù)

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(duì)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(wú)分支磁路，通過(guò)各截面的磁通相等。計(jì)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(shì)恒等于各段磁路磁位降的代數(shù)和。例1已知鐵心疊壓因數(shù)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(dá)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×