电机学孙旭明王善明版绪论

电机学ElectricMachinery绪论电机在国民经济中的作用电机的分类电机学课程性质和学习方法电机学中常用的电工定律电机在国民经济中的作用电能是现代社会最主要的能源，并对人类文明的发展起到了重要的推动作用。电机是和电能的生产、输送与利用密切相关的能量转换机械。电机不仅是国民经济各行业中的重要或关键设备，而且在人们日常生活中的应用也越来越广泛。电机的用途电机的主要类型发电机电动机变压器发电机的用途火电厂：将燃料燃烧的热能转换为电能。水电厂：将水流的势能转换为电能。核电厂：将原子核裂变的原子能转换为电能。风电场：将风能转换为电能。用于发电厂用于独立系统中的发电机。火力发电厂原理图火力发电厂原理图变压器的用途主要用于各级变电站中。改变交流电能的电压，实现交流电能的经济输送和合理分配。水力发电厂110kV220kV110kV调相机220kV6kV35kV380/220V220kV220kV110kV水力发电厂220kV110kV10.5kV火力发电厂火力发电厂110kV照明电动机图例发电机双绕组变压器三绕组变压器自耦变压器=GSGSGSGSGSM3~M3~GSGSGSGSGS电力系统示意图电动机的用途作为原动机，拖动各种机械设备。据统计，我国电动机的耗电量约占发电量的60%。工业农业交通运输业航天、航空、航海行业国防、文化教育、医疗卫生、IT等行业日常生活电动机的用途工业机床、机器人、轧钢机、纺织机、造纸机、风机、水泵、压缩机、吊车、卷扬机、传送带等。农业电力排灌设备、脱粒机、碾米机、榨油机、粉碎机等。交通运输业电气机车、磁悬浮列车、城市轨道列车、无轨电车、电动汽车等。电动机的用途航空和航海业有特殊要求的航空电机、船用电机和推进电机等。日常生活电风扇、洗衣机、吸尘器、空调、电冰箱、微波炉、DVD播放机、电动按摩器、电动工具等。电机的新发展与微电子技术、计算机技术、自动控制技术、电力电子技术和超导技术等的发展相结合。原材料性能和制造工艺水平的提高。电力电子技术永磁材料蒸发冷却技术电机的新发展新原理、新结构、高性能的电机不断被研究开发出来：开关磁阻电机横向、径向、轴向永磁电机高速电机高性能交流调速系统等电机的定义电机学中讨论的电机，是指依靠电磁感应作用而运行的电磁机械，用于机械能和电能之间的转换或者不同形式电能之间的变换。性质任何一种电机的输入、输出能量中，至少有一方必须为电能，或者双方都是电能。电机本身不是能源，而只是转换或传递能量的机械装置。要从电机输出能量，必须先给电机输入能量，其能量转换或传递过程遵从能量守恒定律。性质电机是以电磁感应为基本作用原理来运行的。利用其它原理（光电效应、热电效应、化学效应等）产生电能的装置通常不包括在电机的范围内。电机的分类按照能量转换或传递的功能及用途电机发电机——将机械能转换为电能。电动机——将电能转换为机械能。变压器——改变交流电能的电压。控制电机——主要用于执行控制任务，而不是传递能量。电机的分类按照结构特点及电源种类分电机变压器旋转电机交流电机直流电机同步电机异步电机电机学课程性质课程地位是电气工程及其自动化专业的重要专业基础课，为后续相关专业课程打下坚实理论基础。分析的对象是工程实际中使用的具体电机。物理概念多，有较强的理论性。涉及的条件和因素比较复杂，具有较强的专业性和综合性。内容特点课程学习要求电机学以变压器和旋转电机的基本概念、基本电磁关系、基本分析方法、运行特性等内容为核心。要求：逐步建立并牢固掌握电机学的基本概念；熟悉和掌握电机基本理论和基本分析方法；学习分析工程实际问题的思路和方法；提高分析和解决实际问题的能力。学习方法建议理论联系实际。学会抓住主要矛盾，培养工程观点。重视学习方法和能力的培养。重视实践环节，培养动手能力。电机学中常用的电工定律电路定律基尔霍夫电流定律基尔霍夫电压定律0i0I0u0UUE电机学中常用的电工定律基本电磁定律安培环路定律dCiHlCC'dldli3i2i1123ddCCiiiiHlHl对右图所示情况，可得式中各电流的符号由右手螺旋定则确定。基本电磁定律法拉第电磁感应定律当电动势与磁链的参考方向满足右手螺旋定则时，电动势可表达为eiddeteBlv变压器电动势运动电动势e的方向用右手定则判断。基本电磁定律电磁力定律长度为l的导体处于磁通密度为B的均匀磁场中，当导体长度方向与磁通密度方向垂直、导体流过电流i时，电磁力的计算公式为FBliF的方向用左手定则判断。铁磁材料的特性铁磁材料的磁导率铁磁材料放入磁场后，磁场会大大增强，其磁导率Fe为真空磁导率0（0＝4×10－7H/m）的数十倍乃至数万倍。铁磁性物质的磁导率Fe与它所在磁场的强弱及物质磁状态的历史有关，不是常数。在电机中，要求产生较强的磁场，需要采用磁导率大的铁磁材料。电机中常用的铁磁材料的磁导率在20000～60000之间。铁磁材料的特性磁化曲线起始磁化曲线磁滞回线铁磁材料的特性磁化曲线正常磁化曲线铁磁材料的损耗磁滞损耗，涡流损耗铁耗＝磁滞损耗＋涡流损耗对于一般的硅钢片，在正常工作磁通密度范围内（1T＜Bm＜1.8T），铁耗可以近似表示为1.32FeFempCfBG磁路定律磁路欧姆定律磁路的基尔霍夫第二定律式中，为磁通，F为磁动势，为磁导，Rm为磁阻磁路的基尔霍夫第一定律mFFRm1lRA0FHl能量守恒定律电机在进行机电能量转换或不同形式电能变换的过程中，都遵守能量守恒定律，即输入能量＝输出能量＋内部损耗电机运行中存在的能量形式有四种：电能、机械能、磁场储能、热能。其平衡关系是在电机分析中，通常将能量守恒定律用功率平衡方程式表示。稳态时，磁场储能增量为零，则有输入的机械能或电能＝磁场储能的增量＋热能＋输出的电能或机械能输入功率P1＝输出功率P2＋损耗p