電機(jī)學(xué)南京信息工程大學(xué)電氣工程系曹永娟2011~2012學(xué)年第二學(xué)期第一章緒論本章內(nèi)容概述1電機(jī)的磁路和磁路定律2電機(jī)的電磁基本理論3電機(jī)的制造材料4概述本課程的研究對(duì)象電機(jī)（ElectricalMachines）：電能能量轉(zhuǎn)換 工業(yè)生產(chǎn)中的重要作用 日常生活中，哪些東西是電機(jī)？或者哪些設(shè)備里存在電機(jī)？分類根據(jù)能量轉(zhuǎn)換分概述據(jù)速度、電流分變壓器——靜止設(shè)備旋轉(zhuǎn)電機(jī)直流電機(jī)——沒(méi)有固定的同步速度、直流交流電機(jī)異步電機(jī)——速度不等于同步速度、交流同步電機(jī)——速度等于同步速度、交流還會(huì)碰到很多電機(jī)名稱，如永磁電機(jī)、開關(guān)磁阻電機(jī)、超聲波電機(jī)等等。本課程主要學(xué)習(xí)變壓器、異步電機(jī)、同步電機(jī)和直流電機(jī)。本教材共用兩學(xué)期，96學(xué)時(shí)。本學(xué)期64學(xué)時(shí)，主要用來(lái)學(xué)習(xí)電機(jī)學(xué)原理，另外還有實(shí)驗(yàn)16學(xué)時(shí)；下學(xué)期32學(xué)時(shí)的電力拖動(dòng)，介紹電機(jī)調(diào)速、啟動(dòng)等問(wèn)題。概述電機(jī)領(lǐng)域國(guó)際研究趨勢(shì)新類型電機(jī)控制，與系統(tǒng)集成高效、節(jié)能概述1．電機(jī)的發(fā)展初期電磁感應(yīng)定律的發(fā)現(xiàn)——1831年法拉第直流電機(jī)的發(fā)展單相交流電的應(yīng)用——遠(yuǎn)距離傳輸三相交流電的應(yīng)用——解決電機(jī)啟動(dòng)問(wèn)題概述2．電機(jī)的近代發(fā)展及趨勢(shì)單機(jī)容量不斷增加——機(jī)組容量大時(shí)，單位容量的用料（?。?、損耗（?。?、造價(jià)（低）如汽輪發(fā)電機(jī)：中小型電機(jī)技術(shù)與經(jīng)濟(jì)指標(biāo)不斷改進(jìn)新的設(shè)計(jì)方法（CAD）、工藝、材料、測(cè)試手段應(yīng)用范圍擴(kuò)大電機(jī)的磁路和磁路定律 電在電機(jī)中以路的形式出現(xiàn) 磁在電機(jī)中以場(chǎng)的形式出現(xiàn)磁場(chǎng)、磁路磁場(chǎng)是電流、運(yùn)動(dòng)電荷、磁體或變化電場(chǎng)周圍空間里存在的一種特殊形態(tài)的物質(zhì)基本特性是對(duì)場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)帶電粒子施加力，或?qū)?chǎng)中有磁矩的粒子及物體施加轉(zhuǎn)矩磁場(chǎng)過(guò)于復(fù)雜，在工程計(jì)算中經(jīng)常簡(jiǎn)化為磁路磁感應(yīng)強(qiáng)度、磁通量用磁場(chǎng)中載流導(dǎo)體受到的洛侖茲力確定其存在和性質(zhì)B－－Fluxdensity，矢量，表示磁場(chǎng)的大小和方向用假想的曲線來(lái)表示磁場(chǎng)的分布，稱為磁力線用磁力線上每點(diǎn)的切線方向規(guī)定B的方向用磁力線的疏密程度表示B的大小電機(jī)的磁路和磁路定律(1)磁感應(yīng)線的回轉(zhuǎn)方向和電流方向之間的關(guān)系遵守右手螺旋法則(2)磁場(chǎng)中的磁感應(yīng)線不相交，每點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度的方向確定唯一(3)載流導(dǎo)線周圍的磁力線都是圍繞電流的閉合曲線，沒(méi)有起點(diǎn)和終點(diǎn)長(zhǎng)導(dǎo)線環(huán)形導(dǎo)線螺線管

Ф－－Flux，標(biāo)量通過(guò)磁場(chǎng)中某一面積的磁力線數(shù)稱為通過(guò)該面積的磁通量簡(jiǎn)稱磁通，單位Wb

磁通連續(xù)性定理電機(jī)的磁路和磁路定律電機(jī)的磁路和磁路定律磁場(chǎng)強(qiáng)度、磁導(dǎo)率H－－Magneticintensity，矢量，A/m－－Magneticpermeability，H/m，由材料性質(zhì)所決定

B=H在電機(jī)中使用的材料，按照其導(dǎo)磁性能可分為：非鐵磁物質(zhì)如空氣、銅、鋁和絕緣材料等，近似等于真空磁導(dǎo)率0鐵磁物質(zhì)如鐵、鎳、鋁及其合金，磁導(dǎo)率遠(yuǎn)大于真空磁導(dǎo)率達(dá)數(shù)千甚至上萬(wàn)倍。通常以相對(duì)磁導(dǎo)率表示鐵磁物質(zhì)的磁導(dǎo)率比真空磁導(dǎo)率增大的倍數(shù)電機(jī)的磁路和磁路定律鐵磁材料的B－H曲線磁化－使原來(lái)沒(méi)有磁性的物體具有磁性的過(guò)程電機(jī)的磁路和磁路定律起始段：區(qū)域I，磁導(dǎo)率較小線性區(qū)：區(qū)域II，磁導(dǎo)率近似為常數(shù)飽和區(qū)：區(qū)域III，H增大，B增長(zhǎng)減慢電機(jī)的磁路和磁路定律磁滯－Hysteresis剩余磁感應(yīng)強(qiáng)度Br矯頑磁力Hc軟磁材料：鑄鋼、鑄鐵、電工鋼片（硅鋼片）硬磁材料：永磁體鐵芯損耗（corelosses）磁滯損耗（hysteresisloss）磁滯回線包含的面積，難以準(zhǔn)確計(jì)算，工程上用經(jīng)驗(yàn)公式進(jìn)行計(jì)算渦流損耗（eddycurrentloss）渦流－交變磁場(chǎng)在鐵芯內(nèi)產(chǎn)生自行閉合的感應(yīng)電流渦流損耗是一種焦耳損耗，大小與渦流流過(guò)的路徑有關(guān)，即電阻有關(guān)。正弦波電流所產(chǎn)生的交變磁場(chǎng)中的鐵芯渦流損耗電機(jī)的磁路和磁路定律電機(jī)的磁路和磁路定律全電流定律磁場(chǎng)強(qiáng)度矢量H沿任一閉合路徑的線積分等于穿過(guò)該閉合路徑的限定面積中流過(guò)電流的代數(shù)和。且積分回路的繞行方向和產(chǎn)生該磁場(chǎng)的電流方向符合右手螺旋定則磁壓：H沿一條路徑l的線積分磁動(dòng)勢(shì)：磁場(chǎng)回路所匝鏈的電流，F(xiàn)，單位A沿著磁場(chǎng)任一閉合回路，其總磁壓等于總磁動(dòng)勢(shì)電機(jī)的磁路和磁路定律磁路基本定律磁路歐姆定律假設(shè)：磁通完全在導(dǎo)磁體內(nèi)部通過(guò)鐵芯柱截面上B為均勻分布電機(jī)的磁路和磁路定律磁路的基爾霍夫第一定律流入磁路節(jié)點(diǎn)的磁通的代數(shù)和應(yīng)等于零ΣΦ=0Φ1+Φ2=Φ3磁路的基爾霍夫第二定律沿著任一閉合回路，其總磁壓等于總磁勢(shì)ΣF=ΣNi=ΣHl=ΣΦRm電機(jī)的磁路和磁路定律U+-RIF+-RmΦ電機(jī)的磁路和磁路定律磁場(chǎng)儲(chǔ)能磁場(chǎng)是一種特殊形式的物質(zhì)，磁場(chǎng)中能夠儲(chǔ)存能量，在磁場(chǎng)建立過(guò)程中，能量由外部能源轉(zhuǎn)換而來(lái)。

體積能量密度電機(jī)通過(guò)磁場(chǎng)儲(chǔ)能來(lái)實(shí)現(xiàn)機(jī)、電能量轉(zhuǎn)換，磁場(chǎng)能量主要存儲(chǔ)在氣隙中。電機(jī)的電磁基本理論電感磁鏈Ψ－linkage，穿過(guò)線圈的磁通對(duì)于磁路的磁導(dǎo)率為恒值時(shí)，或氣隙磁路起主導(dǎo)作用時(shí)，磁鏈與流過(guò)線圈的電流之間有正比關(guān)系電感與線圈匝數(shù)的平方成正比，和磁場(chǎng)介質(zhì)的磁導(dǎo)亦成正比關(guān)系，而和線圈所加的電壓、電流或頻率無(wú)關(guān)。電機(jī)的電感（電抗）與電機(jī)磁路的飽和有關(guān)電機(jī)的電感(電抗)與電機(jī)的電、磁結(jié)構(gòu)有關(guān)對(duì)應(yīng)不同的磁通需引用多種不同的電抗電感L－inductance，單位電流所產(chǎn)生的磁鏈，單位H 自感selfinductance 互感mutualinductance 漏電感l(wèi)eakinductance

當(dāng)線圈流過(guò)正弦交流電時(shí)，線圈電感的作用常用相應(yīng)的電抗（reactance）來(lái)表示電抗與電感成正比，與交變頻率成正比。因?yàn)殡姼信c磁場(chǎng)介質(zhì)的磁導(dǎo)成正比，與磁阻成反比，就和磁導(dǎo)率成正比，所以電機(jī)的電抗與電機(jī)磁路的飽和有關(guān)。電機(jī)的電磁基本理論電機(jī)的電磁基本理論電磁感應(yīng)定律設(shè)有一線圈位于磁場(chǎng)中，當(dāng)該線圈中的磁鏈發(fā)生變化時(shí)，線圈中將有感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)(簡(jiǎn)稱電勢(shì)，

ElectromotiveForce，EMF)產(chǎn)生。感應(yīng)電勢(shì)的數(shù)值與線圈所匝鏈的磁鏈的變化率成正比

線圈中的感應(yīng)電勢(shì)將傾向于阻止線圈中磁鏈的變化

電機(jī)的電磁基本理論變壓器電動(dòng)勢(shì)運(yùn)動(dòng)電動(dòng)勢(shì)電機(jī)的電磁基本理論電磁力和電磁轉(zhuǎn)矩電磁力－electromagneticforce，載流導(dǎo)體在磁場(chǎng)中會(huì)受到力的作用電磁轉(zhuǎn)矩－electromagnetictorque，導(dǎo)體上所受的電磁力，乘以從導(dǎo)體至旋轉(zhuǎn)軸之間的距離電機(jī)的電磁基本理論i->Fe->v電動(dòng)機(jī)發(fā)電機(jī)v->e->i電機(jī)的電磁基本理論電機(jī)的可逆性原理如在電機(jī)軸上外施機(jī)械功率，通過(guò)電機(jī)導(dǎo)體在磁場(chǎng)中作用產(chǎn)生感應(yīng)電勢(shì)可輸出電功率；如在電機(jī)電路中從電源輸入電功率，則載流導(dǎo)體在磁場(chǎng)作用下可使電機(jī)旋轉(zhuǎn)而輸出機(jī)械功率。任何電機(jī)既可以作為發(fā)電機(jī)運(yùn)行，又可以作為電動(dòng)機(jī)運(yùn)行不論用作