华中科技大学-电机学-第一章-导论(完美解析).复习进程.ppt

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1、华中科技大学华中科技大学-电机学电机学-第第一章一章-导论导论(完美解析完美解析).).姓名：王晓刚姓名：王晓刚研究方向：电力电子技术、电机系统及其控制研究方向：电力电子技术、电机系统及其控制办公室：办公室：工程北楼工程北楼515QQ：26517292选用教材：选用教材：电机学电机学作者：辜丞林作者：辜丞林 等等出版社：华中科技大学出版社出版社：华中科技大学出版社参考书：参考书：电机学电机学 （汤蕴璆（汤蕴璆 机械工业出版社机械工业出版社 ）ElectricMachinery（A.E.Fitzgerald英文教材）英文教材）3第第第第1 1 1 1章章章章 导论导论导论导论 概述概述概述概述电

2、机的发展历程电机的发展历程电机的发展历程电机的发展历程电机中的基本电磁定律电机中的基本电磁定律电机中的基本电磁定律电机中的基本电磁定律铁磁材料铁磁材料铁磁材料铁磁材料磁路基本定律及计算方法磁路基本定律及计算方法磁路基本定律及计算方法磁路基本定律及计算方法电机中的机电能量转换过程电机中的机电能量转换过程电机中的机电能量转换过程电机中的机电能量转换过程电机的发热与冷却电机的发热与冷却电机的发热与冷却电机的发热与冷却电机的分析研究方法电机的分析研究方法电机的分析研究方法电机的分析研究方法第第第第1 1 1 1章章章章 导论导论导论导论 电机的基本概念电机的基本概念电机的基本概念电机的基本概念电机的分

3、类电机的分类电机的分类电机的分类电机中使用的材料电机中使用的材料电机中使用的材料电机中使用的材料概述概述概述概述电机的作用和地位电机的作用和地位电机的作用和地位电机的作用和地位1.1概述概述一、电机的基本概念一、电机的基本概念电电机机是是依依据据电电磁磁感感应应定定律律和和电电磁磁力力定定律律，由由电电路路和和磁磁路路构构成成的的能能实实现现机机电电能能量量或或信信号号传传递递与与转转换换的电磁装置。的电磁装置。e=B l vf=B l i机械能机械能电电能能电路电路磁路磁路6二、电机的分类二、电机的分类按运动方式分类按运动方式分类电电机机7按功能分类按功能分类电电机机8三、电机中使用的材料三

4、、电机中使用的材料导电材料：铜线。构成电路。导电材料：铜线。构成电路。导磁材料：硅钢片。构成磁路。导磁材料：硅钢片。构成磁路。结构材料：铸铁、铸钢和钢板。承受力。结构材料：铸铁、铸钢和钢板。承受力。绝绝缘缘材材料料：聚聚酯酯漆漆、环环氧氧树树脂脂、玻玻璃璃丝丝带带等等。用用于于导导体体之之间间和和各各类类构构件件之之间间的的绝绝缘缘处处理理。电电机机常常用用绝绝缘缘材材料料按按性性能能划划分分为为A、E、B、F、H、C等等6个个等等级级。如如B级级绝绝缘缘材材料料可可在在130下下长长期期使使用用，超超过过130则则很很快快老老化化，但但H级级绝绝缘缘材料允许在材料允许在180下长期使用。下长

5、期使用。9四、电机的作用和地位四、电机的作用和地位地地位位：作作为为电电能能生生产产、传传输输、使使用用和和电电能能特特性性变变换换的的核核心心设设备备，电电机机在在现现代代社社会会所所有有行行业业和和部门中占据了重要的地位。部门中占据了重要的地位。汽轮发电机汽轮发电机水泵水泵1011第第第第1 1 1 1章章章章 导论导论导论导论 直流电机的产生和形成直流电机的产生和形成直流电机的产生和形成直流电机的产生和形成交流电机的形成和发展交流电机的形成和发展交流电机的形成和发展交流电机的形成和发展电机理论和设计、制造技术的足部完善电机理论和设计、制造技术的足部完善电机理论和设计、制造技术的足部完善电

6、机理论和设计、制造技术的足部完善电机的发展历程电机的发展历程电机的发展历程电机的发展历程电机的发展趋势电机的发展趋势电机的发展趋势电机的发展趋势1.2电机的发展历程电机的发展历程一、直流电机的产生和形成一、直流电机的产生和形成1821年年，法法拉拉第第发发现现载载流流导导体体在在磁磁场场中中受受力力的的现现象象，从而衍生出原始机构的电动机；从而衍生出原始机构的电动机；1831年，法拉第发现了电磁感应定律；年，法拉第发现了电磁感应定律；131832年年，皮皮克克西西制制成成原原始始的的旋旋转转磁磁极极式式直直流流发发电电机机现代发电机的雏形；现代发电机的雏形；1833年，楞次证明了电机的可逆原理

7、；年，楞次证明了电机的可逆原理；18341870年年，永永磁磁体体励励磁磁转转变变为为线线圈圈励励磁磁，他他励励发发展到自励，环形绕组的应用；展到自励，环形绕组的应用；141873年，海夫纳年，海夫纳阿尔泰涅克发明了鼓形绕组；阿尔泰涅克发明了鼓形绕组；1880年，爱迪生提出了叠片铁芯；年，爱迪生提出了叠片铁芯；18841885年，出现了换向极、补偿绕组以及碳刷；年，出现了换向极、补偿绕组以及碳刷；1886年，霍普金森兄弟确立了磁路欧姆定律；年，霍普金森兄弟确立了磁路欧姆定律；1891年，阿诺尔特建立了直流电枢绕组理论。年，阿诺尔特建立了直流电枢绕组理论。15二、交流电机形成和发展二、交流电机形

8、成和发展1832年，单相交流发电机出现；年，单相交流发电机出现；18761884年，单相交流电动机不断完善；年，单相交流电动机不断完善；1885年，费拉里斯与特斯拉年，费拉里斯与特斯拉几乎同时制成了感应电动机；几乎同时制成了感应电动机；161889年年，多多利利夫夫多多布布罗罗夫夫斯斯基基提提出出了了三三相相制制，并并设计制造了三相感应电动机；设计制造了三相感应电动机；18931899年年，交交流流电电机机理理论论取取得得很很多多成成果果，如如、双旋转磁场理论、交轴磁场理论、双反应理论。双旋转磁场理论、交轴磁场理论、双反应理论。17三、电机理论和设计、制造技术的逐步完善三、电机理论和设计、制造

9、技术的逐步完善20世纪是电机发展史上的一个新时期：世纪是电机发展史上的一个新时期：工业高速发展对电机提出了更高的要求；工业高速发展对电机提出了更高的要求；工业高速发展对电机提出了更高的要求；工业高速发展对电机提出了更高的要求；控制电机和新型、特种电机发展更为迅速；控制电机和新型、特种电机发展更为迅速；控制电机和新型、特种电机发展更为迅速；控制电机和新型、特种电机发展更为迅速；针对电机的研究更加深入，电机性能不断提高。针对电机的研究更加深入，电机性能不断提高。针对电机的研究更加深入，电机性能不断提高。针对电机的研究更加深入，电机性能不断提高。18电机相关理论：电机相关理论：19181918年，福

10、蒂斯丘年，福蒂斯丘年，福蒂斯丘年，福蒂斯丘对称相量法；对称相量法；对称相量法；对称相量法；1926193019261930年，道黑提和尼古尔发展了布隆代尔的年，道黑提和尼古尔发展了布隆代尔的年，道黑提和尼古尔发展了布隆代尔的年，道黑提和尼古尔发展了布隆代尔的双反应理论；双反应理论；双反应理论；双反应理论；19291929年，帕克将坐标变换与算子法应用到同步电机年，帕克将坐标变换与算子法应用到同步电机年，帕克将坐标变换与算子法应用到同步电机年，帕克将坐标变换与算子法应用到同步电机瞬态电压方程的推导；瞬态电压方程的推导；瞬态电压方程的推导；瞬态电压方程的推导；1920194019201940年，德

11、雷福斯、庞加、弗里茨等人奠定年，德雷福斯、庞加、弗里茨等人奠定年，德雷福斯、庞加、弗里茨等人奠定年，德雷福斯、庞加、弗里茨等人奠定 了电机分析设计的基础；了电机分析设计的基础；了电机分析设计的基础；了电机分析设计的基础；1935193819351938年，克朗引入张量概念研究旋转电机；年，克朗引入张量概念研究旋转电机；年，克朗引入张量概念研究旋转电机；年，克朗引入张量概念研究旋转电机；19电机相关理论：电机相关理论：19591959年，怀特和伍德森倡导下，逐步建立了以统年，怀特和伍德森倡导下，逐步建立了以统年，怀特和伍德森倡导下，逐步建立了以统年，怀特和伍德森倡导下，逐步建立了以统一一一一 的

12、机电能量转换理论为基础的新体系；的机电能量转换理论为基础的新体系；的机电能量转换理论为基础的新体系；的机电能量转换理论为基础的新体系；19701970年，勃拉希克提出了异步电机磁场定向控制年，勃拉希克提出了异步电机磁场定向控制年，勃拉希克提出了异步电机磁场定向控制年，勃拉希克提出了异步电机磁场定向控制理论；理论；理论；理论；近年来，计算机、近年来，计算机、近年来，计算机、近年来，计算机、DSPDSP等技术在电机设计与控制等技术在电机设计与控制等技术在电机设计与控制等技术在电机设计与控制 中发挥了巨大的作用。中发挥了巨大的作用。中发挥了巨大的作用。中发挥了巨大的作用。20四、电机发展趋势四、电机

13、发展趋势超导技术有助于电机单机容量进一步增大，效率超导技术有助于电机单机容量进一步增大，效率与功率密度进一步提高；与功率密度进一步提高；新型、特种电机与新原理、新结构、新材料、新新型、特种电机与新原理、新结构、新材料、新工艺、新方法联系更加紧密；工艺、新方法联系更加紧密；自动化、智能化电机系统将成为研究热点；自动化、智能化电机系统将成为研究热点；电机与电力电子以及计算机技术联系愈加紧密。电机与电力电子以及计算机技术联系愈加紧密。21第第第第1 1 1 1章章章章 导论导论导论导论 电机中的基本电磁定律电机中的基本电磁定律电机中的基本电磁定律电机中的基本电磁定律全电流定律全电流定律全电流定律全电

14、流定律电磁感应定律电磁感应定律电磁感应定律电磁感应定律电磁力定律电磁力定律电磁力定律电磁力定律1.3电机中的基本电磁定律电机中的基本电磁定律一、全电流定律一、全电流定律全全电电流流定定律律（安安培培环环路路定定律律）：磁磁场场强强度度沿沿任任意意的的闭闭合合路路径径的的线线积积分分等等于于闭闭合合路路径径包包围围的的导导体体电电流的代数和。流的代数和。电电流流是是产产生生磁磁场场的源。的源。23二、电磁感应定律二、电磁感应定律只只要要与与线线圈圈交交链链的的磁磁链链发发生生了了变变化化，线线圈圈内内就会感应出电动势。就会感应出电动势。感感应应电电动动势势倾倾向向于于在在线线圈圈内内产产生生电电

15、流流，以以阻阻止止的变化。的变化。当当电电动动势势的的正正方方向向与与磁磁通通方方向向符符合合右右手手螺螺旋旋法法则，则则，则24二、电磁感应定律二、电磁感应定律导致磁通变换的原因：导致磁通变换的原因：磁通由时变电流产生；磁通由时变电流产生；磁通由线圈与磁场间的相对运动产生。磁通由线圈与磁场间的相对运动产生。式中：式中：eT为变压器电动势，线圈与磁场相对静止；为变压器电动势，线圈与磁场相对静止；ev为运动电动势（速度电动势、旋转电动势或为运动电动势（速度电动势、旋转电动势或切割电动势）。切割电动势）。251.变压器电动势变压器电动势假假设设线线圈圈与与磁磁场场相相对对静静止止，与与线线圈圈交交

16、链链的的磁磁通通随随时时间间按正弦规律变化按正弦规律变化可得感应电动势为可得感应电动势为261.变压器电动势变压器电动势用有效值表示，则可得用有效值表示，则可得27282.运动电动势运动电动势假假设设：线线圈圈匝匝数数N，两两边边平平行行，有有效效长长度度为为l，宽宽度度为为b，以以速速率率v 沿沿 方方向向运运动动；磁磁场场B()不不随随时时间间变变化，方向垂直进入屏幕。化，方向垂直进入屏幕。任意时刻穿过线圈的磁通为：任意时刻穿过线圈的磁通为：式式中中磁磁场场、线线圈圈运运动动方方向向和和感感应应电电动动势势之之间间的的关关系由系由右手定则（发电机定则）右手定则（发电机定则）确定。确定。运动

17、电动势为：运动电动势为：29三、电磁力定律三、电磁力定律磁磁场场对对电电流流的的作作用用是是磁磁场场的的基基本本特特征征之之一一。通通电电导导体体置置于于磁磁场场中中（电电流流方方向向与与导导体体方方向向不不平平行行）会受到力的作用，此力称为会受到力的作用，此力称为电磁力电磁力。对对于于长长直直载载流流导导体体，若若磁磁场场与与之之垂垂直直，则则电电磁磁力力为为F=B l i 这这就就是是通通常常所所说说的的电电磁磁力力定定律律，也也叫叫毕毕奥奥-萨萨伐伐电电磁力定律。磁力定律。式式中中电电磁磁力力F、磁磁场场B和和载载流流导导体体l 的的关关系系由由左左手手定定则则（电电动动机机定定则则）确

18、确定定。普普通通电电机机中中，l 通通常常沿沿轴线方向，而轴线方向，而B沿径向方向。沿径向方向。3031三、电磁力定律三、电磁力定律电电磁磁力力作作用用于于转转子子的的切切向向方方向向，即即产产生生转转矩矩，称称为为电磁转矩电磁转矩。单根导体产生的电磁转矩为：。单根导体产生的电磁转矩为：Ts=Fr=B l i r 对于对于N匝线圈所产生的电磁转矩为：匝线圈所产生的电磁转矩为：Tc=N l i r(B1-B2)电机最大可能的电磁转矩为电机最大可能的电磁转矩为Tem=M N B l i D32三、电磁力定律三、电磁力定律在在电电动动机机中中，电电磁磁转转矩矩是是驱驱动动电电机机旋旋转转的的原原动动

19、力力，电磁转矩表现为驱动性质，电磁转矩表现为驱动性质，电能转换为机械能电能转换为机械能。在在发发电电机机中中，原原动动机机克克服服发发电电机机电电磁磁转转矩矩，电电磁磁转转矩表现为制动性质，矩表现为制动性质，机械能转换为电能机械能转换为电能。第第第第1 1 1 1章章章章 导论导论导论导论 铁磁材料特性铁磁材料特性铁磁材料特性铁磁材料特性铁磁材料的磁导率铁磁材料的磁导率铁磁材料的磁导率铁磁材料的磁导率磁滞与磁滞损耗磁滞与磁滞损耗磁滞与磁滞损耗磁滞与磁滞损耗涡流与涡流损耗涡流与涡流损耗涡流与涡流损耗涡流与涡流损耗交流铁芯损耗交流铁芯损耗交流铁芯损耗交流铁芯损耗1.4铁磁材料特性铁磁材料特性一、铁

20、磁材料的磁导率一、铁磁材料的磁导率磁导率的定义磁导率的定义 =B/HB为磁感应强度（磁通密度），为磁感应强度（磁通密度），H为磁场强度矢量为磁场强度矢量铁磁性材料包括铁、钴、镍及它们的合金。铁磁性材料包括铁、钴、镍及它们的合金。非导磁材料的磁导率均为常数，接近真空磁导率非导磁材料的磁导率均为常数，接近真空磁导率 0=410-7H/m3435铁磁材料的磁导率铁磁材料的磁导率 Fe Fe0 Fe为非常数，随为非常数，随B的变化而变化的变化而变化存在存在磁饱和现象磁饱和现象：当铁磁材料中的：当铁磁材料中的B达到一定的达到一定的程度后，随着程度后，随着H 的增加，的增加，B的增加逐渐变慢，因的增加逐渐

21、变慢，因此此 Fe随着随着H的增加而减小。的增加而减小。36磁化曲线磁化曲线在外磁场在外磁场H作用下，磁感应强度作用下，磁感应强度B将发生变化，二者之将发生变化，二者之间的关系曲线称为磁化曲线，记为间的关系曲线称为磁化曲线，记为B=f(H)。三、磁滞与磁滞损耗三、磁滞与磁滞损耗磁磁滞滞概概念念：B变变化化滞滞后于后于H变化的现象。变化的现象。不不同同铁铁磁磁材材料料有有不不同同的的磁磁滞滞回回线线，且且同同一一铁铁磁磁材材料料，Bm愈愈大大，磁磁滞滞回回线线所所包包围围的的面面积也愈大。积也愈大。剩磁密度矫顽力磁滞回线37软软磁磁材材料料：磁磁滞滞回回线线很很窄窄。硅硅钢钢片片、铸铁、铸钢等等

22、。铸铁、铸钢等等。硬硬磁磁材材料料：磁磁滞滞回回线线很很宽宽，或或叫叫永永磁磁材材料料。铁铁氧氧体体、稀稀土钴、钕铁硼等。土钴、钕铁硼等。基本磁化曲线基本磁化曲线38磁磁滞滞损损耗耗：铁铁磁磁材材料料在在交交变变磁磁场场作作用用下下的的反反复复磁磁化化过过程程中中，磁磁畴畴会会不不停停转转动动，相相互互之之间间会会不不断断摩摩擦擦，因因而而就就要要消消耗耗一一定定的的能能量量，产产生生功功率率损损耗耗。这种损耗称为磁滞损耗。这种损耗称为磁滞损耗。磁磁滞滞损损耗耗的的大大小小与与磁磁滞滞回回线线的的面面积积、电电流流频频率率f 和铁心体积和铁心体积V 成正比。成正比。由由于于硅硅钢钢片片的的磁磁

23、滞滞回回线线面面积积很很小小，而而且且导导磁磁性性能能好好。因因此此，大大多多数数电电机机、变变压压器器或或普普通通电电器器的的铁铁心都采用硅钢片制成。心都采用硅钢片制成。3940假假设设环环形形铁铁芯芯(铁铁磁磁材材料料)横横截截面面积积为为A，平平均均周周长长为为l，N匝匝数数线线圈圈紧紧密密围围绕绕于于铁铁芯芯上上，其其中中电电流流为为i，铁铁芯内磁场强度为芯内磁场强度为H，由全电流定律可得，由全电流定律可得电源供给线圈的功率为电源供给线圈的功率为忽略线圈电阻则有忽略线圈电阻则有41P即即为为在在铁铁芯芯中中建建立立交交变变磁磁通通、克克服服磁磁畴畴回回转转所所需需要要的的瞬瞬时时功功率

24、率，其其在在一一个个周周期期T内内的的平平均均值值就就是是铁铁芯芯磁磁滞损耗：滞损耗：根据工程经验：根据工程经验：Kh为不同材料的计算系数；为不同材料的计算系数；为为由由试验试验确定的系数。确定的系数。三、涡流与涡流损耗三、涡流与涡流损耗涡涡流流：铁铁磁磁材材料料在在交交变变磁磁场场将将有有围围绕绕磁磁通通呈呈涡涡旋旋状状的的感感应应电电动动势势和和电电流流产产生生，简称涡流。简称涡流。涡涡流流损损耗耗：涡涡流流在在其其流流通通路路径径上上的的等等效效电电阻阻中中产产生生的的I 2R损耗称为涡流损耗。损耗称为涡流损耗。4243涡涡流流损损耗耗与与磁磁场场交交变变频频率率f、厚厚度度d和和最最大

25、大磁磁感感应应强强度度Bm的平方成正比，与材料的电阻率的平方成正比，与材料的电阻率 成反比。成反比。式中，式中，K为电动势比例常数；为电动势比例常数；要要减减少少涡涡流流损损耗耗，首首先先应应减减小小厚厚度度，其其次次是是增增加加涡涡流流回回路路中中的的电电阻阻。电电工工钢钢片片中中加加入入适适量量的的硅硅，制制成成硅钢片，显著提高电阻率。硅钢片，显著提高电阻率。四、铁耗四、铁耗铁铁耗耗：铁铁磁磁材材料料在在交交变变磁磁场场作作用用时时，磁磁滞滞损损耗耗和和涡涡流流损损耗耗是是同同时时发发生生的的。因因此此，在在电电机机和和变变压压器器的的计计算算中中，当当铁铁心心内内的的磁磁场场为为交交变变

26、磁磁场场时时，常常将将磁磁滞滞损损耗耗和和涡涡流流损损耗耗合合在在一一起起来来计计算算，并并统统称称为为铁心损耗，简称铁耗。铁心损耗，简称铁耗。单位重量铁耗单位重量铁耗式式中中，p1/50为为铁铁耗耗系系数数（当当Bm=1T、f=50Hz时时，每每千千克克硅硅钢钢片片的的铁铁耗耗），范范围围为为1.052.5；为为频频率指数，范围为率指数，范围为1.21.6，与材料性质有关。，与材料性质有关。44第第第第1 1 1 1章章章章 导论导论导论导论 磁路基本定律及计算方法磁路基本定律及计算方法磁路基本定律及计算方法磁路基本定律及计算方法磁路基本定律磁路基本定律磁路基本定律磁路基本定律铁芯磁路计算铁

27、芯磁路计算铁芯磁路计算铁芯磁路计算永磁体磁路计算永磁体磁路计算永磁体磁路计算永磁体磁路计算交流磁路特点交流磁路特点交流磁路特点交流磁路特点1.5磁路基本定律及其计算方法磁路基本定律及其计算方法基本概念基本概念磁磁路路：与与电电路路相相仿仿，将将磁磁通通比比拟拟为为电电流流，则则磁磁路路是是磁磁通行经的路径。通行经的路径。磁磁通通分分为为主主磁磁通通和和漏漏磁磁通通，磁磁路路对对应应的的分分为为主主磁磁路路和和漏磁路。漏磁路。主主磁磁通通是是实实现现机机电电能能量量转转换换所所需需要要的的磁磁通通，因因此此主主磁磁路为主要的研究对象。路为主要的研究对象。磁磁路路计计算算：确确定定磁磁动动势势F、

28、磁磁通通和和磁磁路路结结构构（如如材材料料、形状、几何尺寸等）之间的关系。形状、几何尺寸等）之间的关系。4647一、磁路基本定律一、磁路基本定律主磁通主磁通平均磁路平均磁路长长度度漏磁通漏磁通481、磁路欧姆定律、磁路欧姆定律假假设设忽略漏磁且磁路上的忽略漏磁且磁路上的磁磁场场强强度度H处处处处相等，由全相等，由全电电流定律可知：流定律可知：因因H=B/，而，而B=/A，可得，可得式中，式中，F=Ni 为为磁磁动势动势；Rm=l/(A)为为磁阻；磁阻；m=1/Rm为为磁磁导导。492、磁路基尔霍夫第一定律、磁路基尔霍夫第一定律进进入或穿出任一封入或穿出任一封闭闭面的面的总总磁通量的代数和等磁通

29、量的代数和等于零，或穿入任一封于零，或穿入任一封闭闭面的磁通量恒等于穿出面的磁通量恒等于穿出该该封封闭闭面的磁通量。面的磁通量。图图示的有分支磁路：示的有分支磁路：1+2=3503、磁路基尔霍夫第二定律、磁路基尔霍夫第二定律任一任一闭闭合磁路上磁合磁路上磁动势动势的代数和恒等于磁的代数和恒等于磁压压降降的代数和。的代数和。回路回路：H1l1+H3l3=N1i1回路回路：-H2l2-H3l3=-N2i2回路回路：H1l1-H2l2=N1i1-N2i2l1l2l3磁路与磁路与电电路的比路的比较较磁路磁路电路电路磁通磁通 (Wb)电流电流i (A)磁动势磁动势F (A)电动势电动势e (V)磁阻磁阻

30、Rm(H-1)电阻电阻R ()磁压降磁压降Hl (A)电压降电压降u (V)磁导磁导m(H)电导电导G (S)欧姆定律欧姆定律=F/Rm欧姆定律欧姆定律i=u/R基氏第一定律基氏第一定律=0基氏第一定律基氏第一定律i=0基氏第二定律基氏第二定律F=Hl=Rm基氏第二定律基氏第二定律e=u=iR51二、铁芯磁路计算方法二、铁芯磁路计算方法磁路计算分为两大类：磁路计算分为两大类：给定磁通给定磁通，求磁动势，求磁动势F。给定磁动势给定磁动势F，求磁通，求磁通。注注：电电机机和和变变压压器器设设计计中中的的磁磁路路计计算算通通常常属属于于第第一一种种类类型型的的问问题题。对对于于第第二二种种类类型型的

31、的问问题题，一一般般要用迭代法确定，编程由计算机完成。要用迭代法确定，编程由计算机完成。52531、串、串/并联磁路计算并联磁路计算将将磁磁路路分分段段，保保证证每每段段的的均均匀匀性性，即即材材料料相相同同、截截面积相等；面积相等；计算各段磁路的截面积计算各段磁路的截面积Ax和平均长度和平均长度l；根根据据给给定定磁磁通通，由由Bx=/Ax确确定定各各段段内内的的平平均均磁磁感应强度（简称磁密）感应强度（简称磁密）;由磁密确定对应的磁场强度由磁密确定对应的磁场强度Hx；铁铁磁磁材材料料由由基基本本磁磁化化曲曲线线或或相相应应的的数数据据表表格格确确定定，空空气气隙和非铁磁性材料由隙和非铁磁性

32、材料由Hx=Bx/0。计算各段磁路上的磁压降计算各段磁路上的磁压降Hxlx；由磁路基尔霍夫第二定律计算由磁路基尔霍夫第二定律计算F。2、自感和互感、自感和互感自感自感u自自感感的的大大小小与与匝匝数数的的平平方方和和磁路的磁导成正比；磁路的磁导成正比；u铁铁心心线线圈圈的的自自感感要要比比空空心心线线圈的大得多；圈的大得多；u铁铁心心线线圈圈的的电电感感不不是是常常数数，当当磁磁路路饱饱和和程程度度增增加加时时，自自感下降。感下降。N 线线圈匝数圈匝数m自感磁通所自感磁通所经经磁路的磁磁路的磁导导54互感互感N1-线线圈圈1的匝数的匝数N2-线线圈圈2的匝数的匝数m-互互感感磁磁通通所所经经磁

33、磁路路的的磁磁导导u互互感感的的大大小小与与两两线线圈圈匝匝数数的的乘乘积积和和互互感感磁磁通通所所经经磁磁路的磁导成正比。路的磁导成正比。55563、交流磁路特点、交流磁路特点在磁路计算方法上与直流磁路基本相同；在磁路计算方法上与直流磁路基本相同；在磁化特性等方面有自身的特点在磁化特性等方面有自身的特点；铁芯中会产生损耗（磁滞损耗和涡流损耗）；铁芯中会产生损耗（磁滞损耗和涡流损耗）；交交流流磁磁路路中中要要考考虑虑外外施施电电压压与与线线圈圈中中感感应应的的反反电电动动势势平平衡衡，因因而而其其幅幅值值会会比比直直流流磁磁路路中中大大很很多多，线线圈圈电电阻阻上上的的压压降降相相对较小，可忽

34、略不计；对较小，可忽略不计；交流磁路中，磁通、电流为交流，存在波形和相位问题。交流磁路中，磁通、电流为交流，存在波形和相位问题。第第第第1 1 1 1章章章章 导论导论导论导论 电机中的机电能量转换过程电机中的机电能量转换过程电机中的机电能量转换过程电机中的机电能量转换过程58机电能量转换示意图机电能量转换示意图机械系统对于电动机而言是负载，对于发电机而言是原动机；机械系统对于电动机而言是负载，对于发电机而言是原动机；电气系统对于电动机而言是电源，对于发电机而言是负载；电气系统对于电动机而言是电源，对于发电机而言是负载；能量转换过程在某种条件下是可逆的，遵循能量守恒原理；能量转换过程在某种条件

35、下是可逆的，遵循能量守恒原理；能能量量转转换换过过程程中中，能能量量表表现现为为四四种种形形态态：电电能能、机机械械能能、磁磁场场储能和热能。储能和热能。1.61.6电机中的机电能量转换过程电机中的机电能量转换过程电机中的机电能量转换过程电机中的机电能量转换过程59电机能量平衡关系电机能量平衡关系 机械能机械能Wmec=磁场储能增量磁场储能增量 Wm+热能损耗热能损耗PT 电能电能We“”分分别别表表示示发发电电机机和和电电动动机机，发发电电机机取取“+”，电电动动机机取取“-”；热热能能损损耗耗包包括括：电电阻阻损损耗耗pCu，铁铁芯芯损损耗耗pFe，机机械械摩摩擦擦损损耗耗pmec；（Wm

36、ec-pmec）=（Wm+pFe）（We+pCu）60耦合磁场的作用耦合磁场的作用电电机机进进行行机机电电能能量量转转换换的的关关键键是是耦耦合合磁磁场场对对电电气气系系统统和机械系统的作用与反作用；和机械系统的作用与反作用；耦耦合合磁磁场场对对电电气气系系统统的的作作用用或或反反作作用用是是通通过过感感应应电电动动势表现出来的；势表现出来的；耦耦合合磁磁场场对对机机械械系系统统的的作作用用或或反反作作用用是是通通过过电电磁磁力力或或电磁转矩表现出来的；电磁转矩表现出来的；耦合场即为电机中的气隙场。耦合场即为电机中的气隙场。第第第第1 1 1 1章章章章 导论导论导论导论 电机的发热和冷却电机

37、的发热和冷却电机的发热和冷却电机的发热和冷却电机的发热和冷却过程电机的发热和冷却过程电机的发热和冷却过程电机的发热和冷却过程电机的绝缘材料和允许温升电机的绝缘材料和允许温升电机的绝缘材料和允许温升电机的绝缘材料和允许温升电机的冷却介质和冷却方式电机的冷却介质和冷却方式电机的冷却介质和冷却方式电机的冷却介质和冷却方式62一、电机的发热与冷却过程一、电机的发热与冷却过程均质等温体的发热曲线均质等温体的发热曲线均质等温体的冷却曲线均质等温体的冷却曲线实实际际电电机机的的发发热热和和冷冷却却过过程程较较均均质质等等温温体体复复杂杂很很多多，但但图图中中所所示基本规律适用于电机的发热和冷却过程的研究。示

38、基本规律适用于电机的发热和冷却过程的研究。1.71.7电机的发热与冷却电机的发热与冷却电机的发热与冷却电机的发热与冷却63二、电机的绝缘材料和允许温升二、电机的绝缘材料和允许温升工工作作温温度度对对绝绝缘缘材材料料的的寿寿命命有有较较大大影影响响，若若高高于于极极限限温温度度连连续续运行，寿命会迅速下降。运行，寿命会迅速下降。现现代代电电机机中中应应用用最最多多的的是是E级级和和B级级绝绝缘缘，在在重重要要场场合合，特特别别是是有缩小尺寸和减轻重量需要时，也常采用有缩小尺寸和减轻重量需要时，也常采用F级和级和H级绝缘。级绝缘。工程中反映电机发热和散热的指标是温升，而不是温度。工程中反映电机发热

39、和散热的指标是温升，而不是温度。绝缘等级绝缘等级AEBFHC温度限制温度限制/C10512013015518018064三、电机的冷却介质和冷却方式三、电机的冷却介质和冷却方式冷却介质冷却介质气体气体电机中采用的气体冷却介质有空气和氢气等。电机中采用的气体冷却介质有空气和氢气等。液体液体主要采用水、油等冷却介质。主要采用水、油等冷却介质。冷却方式冷却方式直接冷却直接冷却冷却结构复杂，价格昂贵。冷却结构复杂，价格昂贵。间接冷却间接冷却主要介质是空气。主要介质是空气。自然冷却自然冷却自扇冷却自扇冷却他扇冷却他扇冷却第第第第1 1 1 1章章章章 导论导论导论导论 电机的分析与研究方法电机的分析与研

40、究方法电机的分析与研究方法电机的分析与研究方法分析步骤分析步骤分析步骤分析步骤研究方法研究方法研究方法研究方法66一、分析步骤一、分析步骤电机内部物理情况的分析电机内部物理情况的分析建立物理模型。建立物理模型。列出电机的运动方程列出电机的运动方程将物理模型转化为数学模型。将物理模型转化为数学模型。求电机的运行特性和性能求电机的运行特性和性能确定主要技术数据。确定主要技术数据。1.81.8电机的分析与研究方法电机的分析与研究方法电机的分析与研究方法电机的分析与研究方法67二、研究方法二、研究方法不不计计磁磁路路饱饱和和时时，用用叠叠加加原原理理分分析析各各磁磁场场及及其其对对应应的的感感应应电电

41、动动势势；计计及及饱饱和和时时，常常把把主主磁磁通通和和漏漏磁磁通通分分开开处理。处理。常常采采用用参参数数和和频频率率折折算算方方法法解解决决交交流流电电机机中中由由于于定定、转子绕组匝数不等、相数不等和频率不等的问题。转子绕组匝数不等、相数不等和频率不等的问题。电电机机的的稳稳态态分分析析可可采采用用等等效效电电路路求求解解，交交流流电电机机还还可可采用相量图分析。采用相量图分析。交交流流电电机机的的不不对对称称运运行行可可采采用用双双旋旋转转磁磁场场理理论论和和对对称称分量法。分量法。凸极电机常用双反应理论。凸极电机常用双反应理论。电机的动态分析采用状态方程及坐标变换的方法。电机的动态分析采用状态方程及坐标变换的方法。