緒論0.1電機及拖動系統(tǒng)發(fā)展概況0.2電機的種類及制造材料0.3電機及電力拖動系統(tǒng)的一般分析方法0.4課程的性質(zhì)、任務(wù)及學(xué)習方法0.5本課程涉及的電磁學(xué)基本理論0.1電機及電力拖動系統(tǒng)發(fā)展概況1.電機及其發(fā)展

電機是以磁場為媒介實現(xiàn)能量變換與傳遞的電磁機械。從能量變換（功能）的角度看，電機分為電動機、發(fā)電機和變壓器三大類。問題：你的生活空間中用到了多少電機？

電機是運動控制系統(tǒng)、自動化設(shè)備中的一個執(zhí)行元件。電機的共性◆依賴于電磁感應(yīng)定律和電磁力定律◆導(dǎo)磁材料構(gòu)成磁路，導(dǎo)電材料構(gòu)成電路電機中的三類基本物理量◆電以“路”的形式出現(xiàn)；線圈構(gòu)成電路◆磁以“場”的形式出現(xiàn)；以磁路進行分析◆力電機中與之相關(guān)的有電磁力、電磁轉(zhuǎn)矩0.1電機及電力拖動系統(tǒng)發(fā)展概況我國電機工業(yè)的發(fā)展概況經(jīng)過70多年發(fā)展，培養(yǎng)了一大批從事研究、制造電機的專家、技術(shù)人員和企業(yè)，制定了統(tǒng)一的國家標準和系列化產(chǎn)品。在發(fā)電設(shè)備制造方面，研制出300MW、600MW汽輪發(fā)電機、650MW核電機組、700MW水輪發(fā)電機。電力變壓器最大容量已達到840MVA，電壓最高1000KV。在大型交直流電機制造方面，研制出2*5000KW的直流電動機，4700KW的直流發(fā)電機，42MW的同步電動機。在中小型、微型電機制造方面，自主開發(fā)研制了100多個系列、上千品種的各類型電機，以滿足生產(chǎn)和生活的需求。0.1電機及電力拖動系統(tǒng)發(fā)展概況

電機的發(fā)展趨勢：

◆

大型化；單機容量越來越大，如60萬千瓦及以上的汽輪發(fā)電機（已出現(xiàn)1000萬千瓦的超超臨界機組）。

◆

微型化；為適應(yīng)設(shè)備小型化的要求，電機的體積越來越小，重量越來越輕。

◆

新原理、新工藝、新材料的電機；如無刷直流電機、直線電機、超聲波電機等。電機驅(qū)動系統(tǒng)也正朝集成化、數(shù)字化、智能化和網(wǎng)絡(luò)化方向發(fā)展。0.1電機及電力拖動系統(tǒng)發(fā)展概況電力拖動分：直流拖動、交流拖動由電動機實現(xiàn)

最初成組拖動

單電機拖動

多電機拖動

一臺電機拖動一組生產(chǎn)機械，能量傳遞與分配靠機械方法實現(xiàn)，能量損耗大，效率低，事故多。一臺電機拖動一臺生產(chǎn)機械，簡化了機械結(jié)構(gòu)。每一工作機構(gòu)由獨立電機拖動，機械結(jié)構(gòu)大大簡化，各機械間一般采用電氣方法聯(lián)系。2.電力拖動系統(tǒng)的發(fā)展概況0.1電機及電力拖動系統(tǒng)發(fā)展概況0.1電機及電力拖動發(fā)展概況電力拖動系統(tǒng)的組成電力拖動系統(tǒng)的心臟是電動機，控制設(shè)備是大腦，電源是動力，傳動機構(gòu)是四肢和工具，負載就是生產(chǎn)機械。

電源控制設(shè)備

電機機械傳動機構(gòu)負載0.2電機的種類及制造材料電機的分類方法很多，下面為按功能用途的主要分類。電機所用的材料主要包括4類(1)導(dǎo)電材料：構(gòu)成電機中的電路系統(tǒng)。電機繞組常用銅繞

組，小型異步電動機的轉(zhuǎn)子常用鋁模鑄成。(2)導(dǎo)磁材料：構(gòu)成電機中的磁路系統(tǒng)。常用硅鋼片（也稱

矽鋼片或電工鋼片）、鋼板和鑄鋼。(3)絕緣材料：作為帶電體之間、帶電體與鐵心間的電氣隔

離，要求材料的介電強度高且耐熱強度好。(4)結(jié)構(gòu)材料：使各部分構(gòu)成整體、支撐相連接的其他機械

部分。常用鑄鐵、鑄鋼、鋼板、鋁合金及工程塑料。0.2電機的種類及制造材料0.3電機及電力拖動系統(tǒng)的一般分析方法1.電機及拖動系統(tǒng)的一般分析方法◆采用電路和磁路理論的宏觀分析方法?！舨捎秒姶艌隼碚摰奈⒂^分析方法。2.分析電機及拖動系統(tǒng)的一般步驟(宏觀分析法）◆各類電機的基本運行原理和結(jié)構(gòu)。◆根據(jù)結(jié)構(gòu)的具體特點，分析各類電機內(nèi)部的電磁關(guān)系。◆根據(jù)內(nèi)部的電磁關(guān)系，建立電機的數(shù)學(xué)模型/描述，主要

包括基本方程式、等效電路和向量圖?！衾蒙鲜鰯?shù)學(xué)模型/描述分析各類電機的運行特性、機械

特性和性能指標。0.3電機及電力拖動系統(tǒng)的一般分析方法◆根據(jù)電動機的機械特性和負載的轉(zhuǎn)矩特性討論各類拖動系統(tǒng)的穩(wěn)定性、起制動特性、調(diào)速特性等。◆討論電動機的各種運行狀態(tài)及四象限運行情況。3.分析電機內(nèi)部電磁過程并建模時，常用方法理論◆鐵心飽和時，采用疊加原理對氣隙磁動勢、磁場及氣隙磁

場感應(yīng)的電動勢進行分析；鐵心不飽和時，采用主、漏磁

通進行分析?！魧涣麟姍C或者變壓器，在保持電磁關(guān)系不變情況下，利用折算法進行折算，然后再建模。◆在對交流電機或者變壓器的穩(wěn)態(tài)特性進行分析計算時，

常用基本方程式、等效電路以及相量圖等工具?！粼诜钦掖艌龌蚍钦译妷旱姆治鲞^程中，經(jīng)常采用諧

波分析法?！粼谟懻摱噍S電力拖動系統(tǒng)時，按功率傳遞關(guān)系及能量保

持不變的原則將多軸系統(tǒng)等效為單軸系統(tǒng)進行討論。0.3電機及電力拖動系統(tǒng)的一般分析方法0.4本課程的性質(zhì)、任務(wù)及學(xué)習方法1.課程性質(zhì)

組成：《電機學(xué)》+《電力拖動基礎(chǔ)》性質(zhì)：專業(yè)基礎(chǔ)課課程名稱：電機及拖動基礎(chǔ)課程類別：必修2.課程任務(wù)◆各類電機的基本運行原理、結(jié)構(gòu)、內(nèi)部電磁關(guān)系及其數(shù)

學(xué)描述、運行特性、機械特性等的分析與計算。◆各類電動機拖動不同負載時的穩(wěn)定性、起制動性能及調(diào)

速性能等的分析與計算。0.4本課程的性質(zhì)、任務(wù)及學(xué)習方法3.課程主要內(nèi)容

(1)直流電機及直流電動機的電力拖動(2)交流電機及交流電動機的電力拖動(3)變壓器(4)微控電機、電機選擇、電機及拖動的計算機仿真

4.學(xué)習方法(1)理解基本概念，弄清基本理論，掌握基本方法。

◆分析問題時，抓主要矛盾，有條件的略去一些次要因

素，尋找問題本質(zhì)。0.4本課程的性質(zhì)、任務(wù)及學(xué)習方法(2)理論聯(lián)系實際

◆學(xué)習理論時，不要只滿足于公式中的數(shù)學(xué)關(guān)系，而要通

過數(shù)學(xué)關(guān)系去理解它們之間的物理含義。

◆要重視實驗環(huán)節(jié)，善于用所學(xué)理論去分析生產(chǎn)實際中的

問題。要做到上課、練習、實驗三者有機結(jié)合。(3)善于使用對比、比較方法

◆所有電機均以電磁理論為理論基礎(chǔ)，有許多共性內(nèi)容和

內(nèi)在聯(lián)系，要善于總結(jié)對比,舉一反三,觸類旁通，這樣

可起到事半功倍的作用。(4)充分預(yù)習和復(fù)習

◆課內(nèi)課外學(xué)時比例：1:20.5本課程涉及的電磁學(xué)基本理論0.5.1磁的基本概念磁場及右手螺旋定則

磁場是由運動電荷或電場的變化產(chǎn)生的，可用磁力線來描述。磁力線的方向與電流滿足右手螺旋定則。

通電導(dǎo)體的右手螺旋定則通電線圈的右手螺旋定則0.5本課程涉及的電磁學(xué)基本理論磁通密度B(T):又稱磁感應(yīng)強度，描述磁場的強弱和方向的一個物理量。通常用通過磁場方向單位面積的磁力線數(shù)來表示。磁通

(Wb):指穿過某一截面S的磁通密度B的通量。通常用穿過截面S的磁力線根數(shù)表示大小，即若截面S與磁通密度B垂直，則若截面S與磁通密度B不垂直，截面S的法線與磁通密度B的夾角為，則0.5本課程涉及的電磁學(xué)基本理論磁場強度

(A/m)

:在線性磁性材料的一定范圍內(nèi)，磁場強度定義為介質(zhì)中某點的磁通密度B與介質(zhì)磁導(dǎo)率之比注意：磁通和磁通密度與介質(zhì)有關(guān)，而磁場強度與介質(zhì)無關(guān)，磁通密度隨介質(zhì)的不同而不同，其程度取決于介質(zhì)的磁導(dǎo)率。其中，為磁導(dǎo)率，表征磁介質(zhì)導(dǎo)磁性能的物理量。真空中，鐵磁材料中的不是一個常數(shù)。0.5本課程涉及的電磁學(xué)基本理論

磁動勢：等于流過線圈的電流與其匝數(shù)的乘積，即

磁阻：磁阻與磁路的平均長度，磁路截面積及磁路介質(zhì)的磁導(dǎo)率有關(guān)，即磁路：磁通走過的路徑。與電流只通導(dǎo)體不同，所有介質(zhì)

都可以是磁路的通路，分鐵磁介質(zhì)和非鐵磁介質(zhì)。勵磁線圈：產(chǎn)生磁通的載流線圈，勵磁線圈中的電流叫勵

磁電流。勵磁電流是直流的磁路，磁通恒定,叫直流磁路；勵磁電流是交流的磁路，磁通隨時間變化，叫

交流磁路。0.5本課程涉及的電磁學(xué)基本理論0.5.2.磁性材料及其特性磁性材料（也稱鐵磁材料）:一般是由鐵或鐵與鈷、鎳、鋁及其他金屬的合金構(gòu)成。分為軟磁材料和硬磁材料。

為了在磁動勢一定的條件下獲得較強的磁場，以改善電機的性能、縮小尺寸，要用高導(dǎo)磁的鐵磁材料作磁通路，故電機的鐵心都是鐵磁材料做成的。鐵磁物質(zhì)的磁化：把鐵鈷鎳等材料放入磁場中，鐵磁材料在外磁場中呈現(xiàn)很強的磁性，鐵磁材料被磁化了。

問題：非鐵磁材料放入磁場會被磁化嗎？0.5本課程涉及的電磁學(xué)基本理論1.磁滯回線與磁化曲線

在外加磁場前后，鐵磁材料的內(nèi)部磁疇將發(fā)生如圖0-2所示的變化，稱為磁化。(a)磁化前(b)磁化后

圖0-2鐵磁材料的磁化

鐵磁材料被磁化后，由磁疇產(chǎn)生的內(nèi)部磁化磁場與外加磁場疊加使得合成磁場加強。外加磁場H與合成磁場B之間的關(guān)系通常用磁化曲線來描述，如圖0-3所示。0.5本課程涉及的電磁學(xué)基本理論

磁性材料具有三個顯著特點：高磁導(dǎo)性，磁滯性，磁飽和性，其磁滯回線如圖0-4所示。圖0-3磁性材料的磁化曲線圖0-4磁性材料的磁滯回線0.5本課程涉及的電磁學(xué)基本理論從能量轉(zhuǎn)換角度看，磁性材料的重要性有兩點：◆通過磁性材料，就有可能以相對低的磁化力來獲取高的磁通密度。因為隨著磁通密度增加,磁力及能量密度增加，所以這一作用對能量轉(zhuǎn)換裝置的性能至關(guān)重要?！舸判圆牧峡捎糜谘鼐拇_立的路徑來束縛及導(dǎo)向磁場。在變壓器中，磁性材料既可用來最大限度地使繞組間匝鏈，又可降低變壓器運行所需要的勵磁電流。在電動機和發(fā)電機中,磁性材料用于定形磁場,以獲得期望的轉(zhuǎn)矩和端部電特性。

因此，設(shè)計人員利用磁性材料來得到滿足特殊需要的裝置特性。

0.5本課程涉及的電磁學(xué)基本理論起始磁化曲線:將一個未磁化的磁鐵進行磁化，當磁場強度H逐漸增強時，磁通密度B也隨之增強。測定的B-H曲線即為起始磁化曲線。平均磁化曲線：對于同一鐵磁材料，選擇不同的磁場強度Hm反復(fù)磁化時，可以得到不同的磁滯回線，將這些不同的磁滯回線的頂點連接起來，就得到了平均磁化曲線?！羝骄呕€和起始磁化曲線幾乎完全重合?！粼诖怕酚嬎銜r所用的磁化曲線都是用平均磁化曲線。0.5本課程涉及的電磁學(xué)基本理論2.軟磁材料和硬磁材料

根據(jù)磁滯回線形狀不同，鐵磁材料分為軟磁材料與硬磁材料。軟磁材料：剩磁和矯頑力小，導(dǎo)磁率高，可制造變壓器、交直流電機鐵心，計算磁路時可不考慮磁滯損耗。硬磁材料：剩磁和矯頑力大，磁滯回線寬，常用來制造永久磁鐵，如稀土鈷、汝鐵硼等。圖0-5為它們的磁滯回線。

圖0-5鐵磁材料的磁滯回線0.5本課程涉及的電磁學(xué)基本理論3.鐵磁材料中的鐵耗除了磁飽和現(xiàn)象外，鐵磁材料內(nèi)部由于存在磁滯和渦流現(xiàn)象而引起磁滯和渦流損耗。磁滯和渦流損耗統(tǒng)稱為鐵心損耗，簡稱為鐵耗，可表示為：式中，為磁場的交變頻率，為鐵心的體積；為常數(shù)，對電工用硅鋼，為最大磁密；

為磁滯損耗系數(shù)；為渦流損耗系數(shù)；△為鐵磁材料的厚度；

為鐵心的損耗系數(shù)；為鐵心的重量。0.5本課程涉及的電磁學(xué)基本理論1.電磁感應(yīng)定律

切割電動勢

:

變壓器電動勢：方向判別右手定則楞次定律(a)切割電動勢(b)變壓器電動勢0.5.3電磁學(xué)基本定律0.5本課程涉及的電磁學(xué)基本理論2.電磁力定律在磁場中沿任意一個閉合磁回路的磁場強度H的線積分在數(shù)值上等于該閉合磁回路內(nèi)的全電流，即方向判別：左手定則3.全電流定律0.5本課程涉及的電磁學(xué)基本理論將磁路分段：假定閉合磁力線由通過電流i的N匝線圈產(chǎn)生，且沿閉合磁力線

上的磁場強度處處相等，則有0.5本課程涉及的電磁學(xué)基本理論4.磁路的歐姆定律與線圈電感的表達式由全電流定律可推得與電路的歐姆定律