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1、第一章 导 论第一章 导 论1.了解电机的作用与电机学的任务了解电机的作用与电机学的任务 2.掌握基本电磁定律掌握基本电磁定律 3.掌握铁磁材料的磁化特性掌握铁磁材料的磁化特性2007年3月14日星期三1.1 概 述1.1 概 述 1.1.1 电机的定义电机的定义广义言之，电机可泛指所有实施电能生产、传输、 使用和电能特性变换的机械或装置。然而，由于生产、 传输、使用电能和实施电能特性变换的方式很多，原理 各异。作为电类相关学科，特别是电气工程学科的主要 技术基础课，电机学的主要研究范畴仅限于那些依据电 磁感应定律和电磁力定律实现机电能量转换和信号传递 与转换的装置。依此定义，严格地说，这类装
2、置的全称 应该是电磁式电机，但习惯上已将之简称为电机。2007年3月14日星期三1.1.2 电机的主要类型1.1.2 电机的主要类型电机的种类很多，分类方法也很多。如按运动方式分，静止的有变压器，运动的有直线电机和旋转电机。电机变压器旋转电机直流电机交流电机同步电机异步电机2007年3月14日星期三按功能分类的方法电机由原动机拖动，将机械能转换为电能将电能转换为机械能，驱动电力机械分别用于改变电压，电流，频率和相位进行信号的传递和转换，控制系统 中的执行，检测或解算元件发电机：电动机：变压器，变流器，变频器，移相器：控制电机：2007年3月14日星期三1.1.3 电机中所用的主要材料1.1.3
3、 电机中所用的主要材料已经知道电机是进行机电能量转换或讯号转换的机械电磁装置，由此，电机中所用的材料无外乎：1）导电材料：）导电材料：构成电机中的电路系统，为了减少损耗，要求材料的电阻率小，常用的有紫铜和铝。2）导磁材料：）导磁材料：构成电机中的磁路系统，要求材料具有较高的导磁率和较底的铁耗系数，常用硅钢片、钢板和铸钢。2007年3月14日星期三3）绝缘材料：）绝缘材料：作为带电体之间及带电体与铁心间的电气隔离，要求耐热好，介电性能高。4）结构材料：）结构材料：使电机各个零件构成一个整体，要求材料的机械强度好，加工方便，重量轻。180 以上180155130120105180 以上180155
4、130120105CHFBEA2007年3月14日星期三1.1.4 电机的作用1.1.4 电机的作用能源系统的关键设备电能能源系统的关键设备电能电机发电电机发电输电输电用电用电各领域中有特殊要求的动力装置各领域中有特殊要求的动力装置2007年3月14日星期三1.发电环节1.发电环节各种电机各种电机引进引进600MW汽轮发电机汽轮发电机2007年3月14日星期三国产国产300MW汽轮发电机汽轮发电机2007年3月14日星期三国产国产200MW汽轮发电机定子汽轮发电机定子2007年3月14日星期三国产国产200MW汽轮发电机定子铁心汽轮发电机定子铁心2007年3月14日星期三现场运行的水轮发电机现
5、场运行的水轮发电机2007年3月14日星期三20kV/500kV(220kV)500kV(220kV)/110kV110kV/35kV35kV/10kV10kV/380V为了把发电厂发出的电力输送到四面八方 的用户，需要将发电机输出的20kV/500kV(220kV)500kV(220kV)/110kV110kV/35kV35kV/10kV10kV/380V为了把发电厂发出的电力输送到四面八方 的用户，需要将发电机输出的 20 kV 左右的电 压升高。在我国，一般升高到左右的电 压升高。在我国，一般升高到220kV或或500kV。 为了输送一定大小的功率、采用高电压。 为了输送一定大小的功率、
6、采用高电压。2.输配电环节2.输配电环节变压器变压器2007年3月14日星期三连接发电机与电网的升压变压器连接发电机与电网的升压变压器连接发电机的 封闭母线连接发电机的 封闭母线与电网相连 的高压出线端与电网相连 的高压出线端2007年3月14日星期三3.用电环节3.用电环节电动机电动机1）各行业广泛使用电动机1）各行业广泛使用电动机2007年3月14日星期三4.在高新技术领域的新应用4.在高新技术领域的新应用 信息技术（雷达驱动） 航天航空航海 生物医学工程（多种医疗设备）2007年3月14日星期三1.2 电机发展历程及当前状况1.2 电机发展历程及当前状况1833年直流电机 1885年异步
7、电动机 1889年三相系统1833年直流电机 1885年异步电动机 1889年三相系统1.历程1.历程2007年3月14日星期三至今保留在美国麻省理工学院 的由爱迪生发明的一种直流电动机至今保留在美国麻省理工学院 的由爱迪生发明的一种直流电动机2007年3月14日星期三2.我国目前实际应用情况2.我国目前实际应用情况汽发：消化引进，设计600MW汽发：消化引进，设计600MW 700MW水发, 三峡电站 500kV输电线路以及相应的变压器 500kV直流输电，西电东送运行中 400MW燃气轮机联合循环机组700MW水发, 三峡电站 500kV输电线路以及相应的变压器 500kV直流输电，西电东
8、送运行中 400MW燃气轮机联合循环机组引进建设 600MW核电机组 各种电动汽车引进建设 600MW核电机组 各种电动汽车2007年3月14日星期三3.当前研究、开发与创新3.当前研究、开发与创新（1）国内外与电机相关的研究领域（1）国内外与电机相关的研究领域 精确模型研究 新能源技术（风力发电，波浪发电，高速 “电、热、 冷”三联供机组） 机电一体化(电机、电力电子与微电子结合) 特殊新用途（电磁发射，纳米电机）2007年3月14日星期三 精确模型研究300MW 汽轮发电机fNfII=，NUU =的电抗2007年3月14日星期三 新能源技术风力发电2007年3月14日星期三波浪发电波浪能电
9、站外景波浪能电站内景波浪能电站外景波浪能电站内景 新能源技术2007年3月14日星期三 机电一体化机电一体化如果用正在发展的新型永磁无刷直流电动机代替普通电动机,效果如下：电冰箱：1000万台/年，电量少15%洗衣机：1100万台，噪音降低10分贝，节省电能50%，节水20%如果用正在发展的新型永磁无刷直流电动机代替普通电动机,效果如下：电冰箱：1000万台/年，电量少15%洗衣机：1100万台，噪音降低10分贝，节省电能50%，节水20%2007年3月14日星期三永磁直流无刷直流电动机外形图永磁直流无刷直流电动机外形图2007年3月14日星期三特殊新用途（电磁发射，纳米电机）电磁发射技术的发
10、展及其军事应用超微电机与微型机器人技术人工心脏技术电磁发射技术的发展及其军事应用超微电机与微型机器人技术人工心脏技术2007年3月14日星期三(2)(2)(2)(2)电机领域我国正在研究的项目举例电机领域我国正在研究的项目举例电机领域我国正在研究的项目举例电机领域我国正在研究的项目举例航天超声波电机高速发电的发电机人工肌肉直线电机超导电机电动机故障诊断舰船驱动用电动机智能型电力电子变压器航天超声波电机高速发电的发电机人工肌肉直线电机超导电机电动机故障诊断舰船驱动用电动机智能型电力电子变压器2007年3月14日星期三1.3 1.3 电机学中的基本电磁定律电机学中的基本电磁定律电机学中的基本电磁定
11、律电机学中的基本电磁定律 1.3.1 全电流定律全电流定律 也称安培环路定律，沿空间任意条闭合回路，磁 场强度也称安培环路定律，沿空间任意条闭合回路，磁 场强度H的线积分等于该闭合回路所包围的电流的代 数和。的线积分等于该闭合回路所包围的电流的代 数和。i3lHdli2i1注：若注：若i与与l符合右手螺旋关 系， 取正号，否则取负号 。 其中大拇指所指为符合右手螺旋关 系， 取正号，否则取负号 。 其中大拇指所指为i的的方向，四 指为方向，四 指为l方向。方向。lH dli=?其中其中 H： 磁场强度，安： 磁场强度，安/米米(A/m) 2007年3月14日星期三Fe FeFNiH lH=+其
12、中其中 F=Ni：磁路的磁动势磁路的磁动势 H HFeFel lFeFe：铁心上的磁压降：铁心上的磁压降H H：气隙上的磁压降注：气隙上的磁压降注：i 与与 l 符合右手螺旋关系,电机学中习惯大拇指所 指为符合右手螺旋关系,电机学中习惯大拇指所 指为 l 的的方向，四指为多匝线圈中方向，四指为多匝线圈中 i 方向。当气隙长度远远小于两 侧的铁心截面的边长时， 铁心 和气隙中为均匀磁场，则方向。当气隙长度远远小于两 侧的铁心截面的边长时， 铁心 和气隙中为均匀磁场，则带气隙的铁心磁路带气隙的铁心磁路2007年3月14日星期三螺管线圈设有向回路螺管线圈设有向回路 l 与圆环的中心圆重合，则沿 着回
13、线与圆环的中心圆重合，则沿 着回线 l 磁场强度磁场强度 H 处处相等且其方向处处与 回线切线方向相同（称 为均匀磁场），同时闭 合回线所包围的总电流 由通有电流处处相等且其方向处处与 回线切线方向相同（称 为均匀磁场），同时闭 合回线所包围的总电流 由通有电流 i 的的 N 匝线圈提供，则：匝线圈提供，则：HlNiNi：作用在磁路上的安匝数（磁路磁动势），单位A。作用在磁路上的安匝数（磁路磁动势），单位A。2007年3月14日星期三电 流电 流磁 场磁 场产 生产 生电磁感应电磁感应感应电流感应电流1831年法拉第年法拉第闭合回路变化闭合回路变化m 实验产生实验产生1.3.2 电磁感应定律1
14、.3.2 电磁感应定律2007年3月14日星期三GNSab一、电磁感应现象一、电磁感应现象2007年3月14日星期三GNSab一、电磁感应现象一、电磁感应现象2007年3月14日星期三GNSab一、电磁感应现象一、电磁感应现象2007年3月14日星期三GNSab一、电磁感应现象一、电磁感应现象2007年3月14日星期三GNSab一、电磁感应现象一、电磁感应现象2007年3月14日星期三GNSab一、电磁感应现象一、电磁感应现象2007年3月14日星期三GNSab一、电磁感应现象一、电磁感应现象2007年3月14日星期三GNSab一、电磁感应现象一、电磁感应现象2007年3月14日星期三GNSab一、电磁感应现象一、电磁感应现象2007年3月14日星期三GNSabSN 一、电磁感应现象一、电磁感应现象2007年3月14日星期三GNSabSN R12Gm当回路当回路 1中电流 发生变化时，在 回路中电流 发生变化时，在 回路 2中出现感 应电动势。中出现感 应电动势。2007年3月14日星期三=SSmcosdSBSdB?B变化变化S变化变化 变化变化SN GNSabi
