《電機學(Electrical Machinery) 》課程

1、電機學(Electrical Machinery) 課程簡介電機學課程的內(nèi)容電機學課程的特點電機學課程的學習方法電機學課程的考核方法參考書任課教師電機學(Electrical Machinery)變壓器 (Transformers) 交流繞組（AC Winding）直流電機（DC Electric Machines）電機學I和電機學II感應電機（Induction Machines）同步電機（Synchronous Machines）電機學 (Electrical Machinery)課程的特點一、研究的對象是實物，是一個電的、磁的、機械的綜合體。則要求： 1.要清楚機械實物的具體結構(Con

2、struction)；2.要弄清電機內(nèi)主要電物理量和磁物理量的特性及相互關系，并能用方程式(Equation)、等效電路(Equivalent Circuit)和相量圖(Phasor Diagram)這三種主要方式表示之；3.要能運用這些特性和關系結合具體條件對電機的運行進行初步的分析（Analysis)。 這就是本課程的主要任務或總的要求二、課程前后的連貫性強 各種電機都存在共性例如，各種電機的原理都是以電磁感應定律和載流導體在磁場中受力作為基礎。則要求：學生不但要掌握前面所學的基本理論，而且在學后續(xù)內(nèi)容時要善于比較找出不同電機的共同處和不同點，以便更好地掌握各類電機的特點。 三、課程以定性

3、分析為主 概念多，理論性強。要求：改變以往以套公式算題就算完成學習任務的學習方法，而把學習重點放在課后及時復習、鉆研教材在掌握電機中主要物理量的概念、特性及相互關系后，結合具體的條件，對電機的運行進行分析，即認真思考老師所布置的習題和思考題，培養(yǎng)分析問題和解決問題的能力，并且勤于總結。 四、時空觀強 電機內(nèi)發(fā)生的電磁過程是很復雜的，交流電流是一個時間的函數(shù)，磁場分布是一個空間的函數(shù)，交流電流產(chǎn)生的磁場既是時間函數(shù)，又是空間函數(shù)。要求： 具有豐富的想象力和綜合思考的能力。 電機學 (Electrical Machinery)課程的特點研究的對象是實物，是一個電的、磁的、機械的綜合體，與工程實踐聯(lián)

4、系非常緊密。 課程前后的連貫性強課程以定性分析為主，概念多，理論性強。時空觀強 電機學 (Electrical Machinery)課程的學習方法掌握電機的分析方法理解、掌握各種電機的基本概念、基本原理、重點和難點（聽課、自學、 作業(yè)和實驗）總結出各種電機間的共性和個性基本工作原理(Fundamental Principles)結構(Construction) -（電路、磁路的特點） (The Feature of Electric and Magnetic circuit)電磁物理過程分析（導體與磁場相互作用產(chǎn)生 電磁轉矩和感應電勢）基本方程式和等效電路內(nèi)部功率流程及損耗運行分析電機學 (E

5、lectrical Machinery)考核方法1、平時作業(yè)及考勤 102、實驗及操作 20（操作10）3、變壓器 204、交流繞組 105、 感應電動機 206、同步電機 20%實驗說明 變壓器綜合實驗 （單相變壓器參數(shù)測定 三相變壓器極性與組別） 感應電動機綜合實驗 同步發(fā)電機的綜合實驗 直流電機綜合實驗。先寫預習實驗報告，合格后，再做實驗。實驗必須完成和參加，否則不能參加考試。教材及參考書1湯蘊璆等合編電機學普通高等教育“九五”國家重點教材 機械工業(yè)出版社 20002 顧繩谷主編，電機及拖動基礎（上、下冊），機械工業(yè)出版社，1998，第2版3許實章主編，電機學（上、下冊），機械工業(yè)出版社

6、，1994，修訂版4 張松林主編，電機及拖動基礎習題集與實驗指導書，機械工業(yè)出版社， 1997 5 Stephen J.Capman McGraw-Hill Book Company任課教師武惠芳 郭芳劉慧娟 張威 電氣工程學院電機與電器研究所 （電氣樓203） (電話：84831）電機學(Electrical Machinery) 課程簡介 電機學課程的內(nèi)容 電機學課程的特點 電機學課程的學習方法 電機學課程的考核方法 參考書 任課教師緒論 一、電機的分類及發(fā)展概況： 二、電機的應用： 三、電力拖動系統(tǒng)的發(fā)展概況： 四、本課程的性質(zhì)和任務： 五、磁路的基本知識電機的分類及發(fā)展概況：電機(El

7、ectrical Machinery)是以適當?shù)挠行Р牧希▽щ姾蛯Т牛嫵傻哪芑ハ噙M行電磁感應的磁路和電路(Electric and Magnetic circuit)，以產(chǎn)生電磁轉矩和電磁功率(Electrical and magnetic Torque and Power) ，達到轉換能量(Energy )形式的目的。電機是一種機電能量轉換的裝置變壓器是一種電能傳遞裝置一般分類： 靜止電機 變壓器 電機 直流電機 旋轉電機 同步電機 交流電機 異步電機 （感應電機） 電機是一種機電能量轉換的裝置 變壓器是一種電能傳遞裝置按功能分將機械能轉換為電能發(fā)電機(Generators)將電能轉換為機

8、械能電動機(Motors)不以功率傳遞為主要職能，而在電氣機械系統(tǒng)中起調(diào)節(jié)、放大和控制作用 微型控制電機將一種形式的電能轉化為另一種形式的電能 變壓器、變流機、變頻機、移相器其共同的特點是： 根據(jù)電磁感應定律和電磁力定律進行能量轉換。 電機的發(fā)展電動機代替蒸汽機電機初步定型電機理論形成電機設計計算發(fā)展性能好、運行可靠、體積小單機容量的重量輕高可靠性、高精度、快速相應的控制電機功率電子學等學科的滲透使電機學得到了新的發(fā)展電機的發(fā)展簡史和發(fā)展趨勢電機的發(fā)展簡史可分為兩個時期 初級發(fā)展時期從發(fā)現(xiàn)電磁感應現(xiàn)象開始到十九世紀末和本世紀初各種電機的基本型式已經(jīng)具備為止。可分為四個階段：1、電磁感應定律的發(fā)

9、現(xiàn)： 十八世紀中葉開始了第一次世界工業(yè)革命。主要是以機器大生產(chǎn)代替工場手工業(yè)。主要標志是蒸汽機的廣泛使用。但由于蒸汽動力在輸送和管理上的不便，不能滿足生產(chǎn)力發(fā)展的需要，迫使人們尋找新的能源和動力。在此時代背景下，電磁學得到了興起和發(fā)展。 1821年，法拉第表演了電流位于磁場中產(chǎn)生機械力的實驗，發(fā)現(xiàn)了電動機的作用原理，不久制造了原始型式的電動機。 1824年，阿果拉發(fā)現(xiàn)了旋轉磁場，1831年，法拉第提出了電磁感應定律，1832年，出現(xiàn)了原始型式的發(fā)電機。2、直流電機的發(fā)展： 電能的最早應用是供給照明和電化學工業(yè)的需要，所以最初發(fā)展的電機是直流電機。 1845年，用電磁鐵代替了永久磁鐵。 1867

10、年，制成了自勵發(fā)電機。 1882年，建成了第一條直流輸電線路。 遠距離輸電需提高單機容量及運行電壓，使其發(fā)展受到了限制。3、單相交流電的應用： 1876年交流電應用于照明裝置，不久有了原始型式的同步發(fā)電機和變壓器。4、三相交流電的應用： 在單相交流電源供電的情況下，單相交流電動機無法自行起動。 不久，兩相電流能產(chǎn)生旋轉磁場的原理被發(fā)現(xiàn)，1885年制成了兩相交流異步電機的模型。 1889年，多里沃多勃羅沃爾斯基提出了三相制的建議并設計和制造了第一臺三相變壓器和三相異步電動機。至1897年，建成了第一個三相交流輸電系統(tǒng)。 交流三相制發(fā)電廠的迅速發(fā)展，使高速運轉的汽輪發(fā)電機代替了蒸汽機為原動機的發(fā)電

11、機，把社會生產(chǎn)力推進到電力時代，第二次技術革命。近代發(fā)展及今后發(fā)展的主要趨勢 從本世紀初直到現(xiàn)在及將來。1、單機容量不斷提高； 單機容量大，單位容量的用料省、損耗小、 造加低；同時電站機組少，工作人員少， 廠房面積小，可節(jié)約基建投資及維護費用。2、重量的不斷減輕和外形尺寸的不斷縮?。?、應用范圍不斷擴大； 特定用途電機：潛水電機、防爆電機、 船舶電機、紡織電機、礦用電機等。電機初步定型。 建立了電機理論， 電機設計計算等得到發(fā)展。要求性能良好、運行可靠、單機容量 重量 輕、體積小等。 而且發(fā)展出高可靠性、高精度、 快速相應的控制電機， 控制電機已成為電機學科的一個獨立分支。功率電子學等學科的滲

12、透， 使電機學得到了新的發(fā)展。 如開關磁阻電機等。我國電機制造業(yè)發(fā)展簡況： 解放前：200kW發(fā)電機、2000kVA變壓器。 解放后：發(fā)展迅速，1955年：10000kW的水輪發(fā)電機；1956年：12000kW的汽輪發(fā)電機；19581960年：72500kW的水輪發(fā)電機，100MW的雙水內(nèi)冷汽輪發(fā)電機；1959年：220kV、120000kVA的三相變壓器，6300kW的異步電動機和4500kW的直流電動機；1972年：300MW雙水內(nèi)冷汽輪發(fā)電機，360000KVA變壓器。目前已能制造600MW。值得一提的是1958年我國制成了世界上第一臺用于生產(chǎn)的雙水內(nèi)冷汽輪發(fā)電機（12000kW）為電機

13、制造工業(yè)繼續(xù)發(fā)展開辟了一條新的道路。我國從仿制進入 自行試驗研究和自行設計， 建立了自己的電機工業(yè)體系， 統(tǒng)一的國家標準，統(tǒng)一的電機 和變壓器系列， 能制造成套的大、 中型火力和水力發(fā)電設備。電機的應用專業(yè)基礎課一座橋梁：工科大學公共基礎課和專業(yè)技術課之間。作業(yè)、實驗： 一定數(shù)量的作業(yè)和4個設計型實驗：變壓器綜合實驗 三相異步電動機綜合實驗同步發(fā)電機的綜合實驗 直流電機綜合實驗任務：掌握變壓器和交、直流電機的基本結構、工作原理 和運行性能，并對電機的運行進行初步的分析提供基礎知識：自動控制系統(tǒng)、計算機控制技術、控制電機、變頻調(diào)速及電力系統(tǒng)相關課程。課程性質(zhì)、任務：磁路基本知識一、常用物理量二、

14、鐵磁材料的性質(zhì)三、常用基本電磁定律四、電磁感應定律一、常用物理量：1、磁感應強度 (magnetic flux density) （向量） 單位：特斯拉，T，或高斯。 描述磁場強弱和磁場方向的物理量。 磁力線是閉合曲線，其方向與產(chǎn)生磁場的 電流的方向滿足右手螺旋關系。2、磁通(magnetic flux)： 單位：韋伯，W 表征磁介質(zhì)或真空中磁場分布的物理量。 穿過某一截面的磁感應強度B的通量。 電機的每極磁通，即穿過每個磁極橫截面的全部磁通，是設計、計算電機的重要基礎數(shù)據(jù)。特別：在均勻磁場中，若 與 垂直，則 BS。3、磁場強度(magnetic field intensity) （向量）

15、單位：安匝/米，At/ 是描述磁場強弱和方向的輔助物理量。 在電機和變壓器中常常使用該物理量。 它與磁感應強度的關系： ， 為磁導率(permeability)，單位為H/， 4107亨/米 （真空） 非磁性物質(zhì)的為常數(shù)；鐵磁材料的 比真空的 大數(shù)十至數(shù)千倍。 如鑄鋼的 約為 的1000倍； 各種硅鋼片的 約為 的60007000倍。 4、磁勢(magnetomotive force MMF)F： （磁壓降，磁動勢） 單位：安匝 , At 。 FNI 線圈匝數(shù)與勵磁電流之積。5、磁阻(reluctance of the magnetic circuit)： 單位為：1/亨 或 At/Wb L

16、為磁路長度，為磁路橫截面積。6、磁導 1/ 單位為：亨。 7、磁鏈 (flux linkage)： N ，線圈所交鏈的磁通。二、鐵磁材材料的性質(zhì) (磁化、磁滯和損耗）1、起始磁化曲線： 非鐵磁材料的 B與H成正比， 是線性關系。 在鐵磁材料中 B與H的關系 為非線性的2、磁滯回線 B為剩余磁感應強度。Hc 稱為矯頑力3、基本磁化曲線 4、鐵心損耗：指磁滯損耗和渦流損耗。（1）磁滯損耗 分析表明，磁滯損耗與磁場的交變頻率、鐵心的體積V和磁滯回線所包圍的面積成正比。實驗證明，磁滯回線所包圍的面積與Bm的n次方成正比，故 （2）渦流損耗 當通過鐵心的磁通隨時間變化時，鐵心中將產(chǎn)生感應電動勢，并引起環(huán)

17、流。這些環(huán)流在鐵心內(nèi)部圍繞磁通做旋渦狀流動，故稱為渦流，渦流在鐵心中引起的損耗為渦流損耗 分析表明，頻率越高，磁通密度越大，感應電動勢就越大，渦流損耗也就越大；而鐵心的電阻越大，渦流所流過的路徑越長，渦流損耗就越小。對于由硅鋼片疊成的鐵心，經(jīng)推導可知，渦流損耗為三、常用基本電磁定律：1、全電流定律(Amperes law)：空間根載流導體，電流分別為I1，I2，I3；沿任一閉合路徑， 的線積分等于閉合路徑所包圍的導體電流代數(shù)和。 應用到磁路中，作用在磁路上的總磁勢等于各段磁路的磁壓降之和。即：2、電磁感應定律(electromagnetic induction)： (Faradays law)匝數(shù)為N的線圈在磁場中，若與線圈交鏈的磁通發(fā)生變化時，線圈感應出電勢(emf)，稱為電磁感應。的正方向與的正方向符合右手螺旋法則 (Lenzs law)。含義：電磁感應產(chǎn)生的電勢與線圈匝數(shù)和 磁通的變化率成正比。負號：感應電勢作用下線圈內(nèi)流過電流， 該電流產(chǎn)生的逆著原變化。、變壓器電勢(emf)： 線圈與磁場相對靜止，只有 變化。、運動電勢(motional emf)： 磁場恒定，線圈與磁場相對運動引起變化。 當磁力線，導體，運動方向三者互相垂直時，3、自感電勢：與