0 課程導(dǎo)學(xué)、1.3 課程的基礎(chǔ)知識

杭州電子科技大學(xué)《電機學(xué)》本課程的性質(zhì)（課程地位）課程目標(biāo)工程知識：直流電機、變壓器、交流繞組、同步電機、異步電動機等基本原理；分析問題的能力：識別電機類型并準(zhǔn)確描述其原理，通過文獻(xiàn)研究能分析其基本問題并獲得有效結(jié)論；設(shè)計/開發(fā)能力：設(shè)計電機控制方案并體現(xiàn)創(chuàng)新意識；研究能力：理解與設(shè)計電機控制電路，實驗測試與數(shù)據(jù)分析處理，獲得正確研究結(jié)果；使用現(xiàn)代工具：學(xué)會使用電源、示波器、萬用表等實驗工具，能判斷測試數(shù)據(jù)的正確性。本課程的主要內(nèi)容緒論直流電機原理他勵直流電動機的調(diào)速變壓器交流繞組的共性問題同步電機異步電動機原理異步電動機的調(diào)速單相異步電動機本課程的實驗要求他勵直流電動機的機械特性測定實驗他勵直流電動機的起動與制動實驗異步電動機的機械特性測定實驗異步電動機的起動與制動實驗本課程與其他課程的聯(lián)系本課程的學(xué)時安排課內(nèi)總學(xué)時課堂教學(xué)實驗64568課外學(xué)時：線上學(xué)習(xí)（計入平時成績）本課程的考核方式平時成績（30%）

課堂表現(xiàn)、作業(yè)、線上學(xué)習(xí)、線上測驗、線上考試、學(xué)習(xí)筆記、回帖/發(fā)帖實驗成績（10%）

實驗驗收、實驗報告期末考試（60%）本課程的教學(xué)資源教材：《電機學(xué)》自編講義教學(xué)視頻和PPT：

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學(xué)習(xí)筆記、回帖/發(fā)帖本課程的教學(xué)資源教學(xué)參考書1、湯蘊璆等，《電機學(xué)》（第5版）。北京：機械工業(yè)出版社，20142、顧繩谷，《電機及拖動基礎(chǔ)》上、下冊（第5版）。北京：機械工業(yè)出版社，20163、海老原大樹主編，王益全等譯，《電動機技術(shù)實用手冊》。北京：科學(xué)出版社，20054、StephenJ.Chapman，《ElectricMachineryFundamentals》

（5thEdition）。McGraw-HillEducation，20115、A.E.Fitzgerald等，《ElectricMachinery》（6thEdition）

McGraw-HillEducation，2003網(wǎng)絡(luò)資源：鵬芃科藝

/杭州電子科技大學(xué)《電機學(xué)》自動化學(xué)院1.3課程的基礎(chǔ)知識1.3.1電機學(xué)的基本概念電機旋轉(zhuǎn)方向的規(guī)定：電機的轉(zhuǎn)子按逆時針方向旋轉(zhuǎn)為正轉(zhuǎn)，而按順時針方向旋轉(zhuǎn)為反轉(zhuǎn)。電機轉(zhuǎn)子的磁極中心線與定子的磁極中心線之間的夾角，單位為度(°)或者弧度(rad)。1.角位置

電機轉(zhuǎn)子的磁極中心線相對于定子的磁極中心線之間的旋轉(zhuǎn)角速度。單位為度/秒(°/s)和弧度/秒(rad/s)。2.角速度

rad/s和r/min之間的換算關(guān)系采用很難直觀地理解電機的轉(zhuǎn)速情況。常采用轉(zhuǎn)/分(r/min)作為電機轉(zhuǎn)速的單位，并用表示。電機轉(zhuǎn)子上單根導(dǎo)體所受到的電磁轉(zhuǎn)矩單位為牛米(N.m)，單根導(dǎo)體所受到的電磁力，導(dǎo)體到轉(zhuǎn)子中心的距離。3.轉(zhuǎn)矩

電機轉(zhuǎn)子繞其中心軸線旋轉(zhuǎn)時轉(zhuǎn)子慣性的量度。4.轉(zhuǎn)動慣量電機轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動慣量直接關(guān)系到電機的動態(tài)性能：細(xì)而長的轉(zhuǎn)子，轉(zhuǎn)動慣量較小，具有良好的加、減速性能；粗而短的轉(zhuǎn)子，轉(zhuǎn)動慣量較大，具有良好的穩(wěn)速性能。5.功

在旋轉(zhuǎn)運動中，轉(zhuǎn)矩對轉(zhuǎn)子所做的功式中，為轉(zhuǎn)矩對轉(zhuǎn)子所做的功，單位為焦耳()。當(dāng)轉(zhuǎn)矩恒定時，功的計算6.功率P

在電機學(xué)中，功率是電機在單位時間內(nèi)所做的功。單位為焦耳/秒(J/s)或者瓦(W)。包括電功率和機械功率。

從電功率的角度，以直流電動機為例，式中，為直流電動機的供電電壓，為直流電動機的電樞電流。從機械功率的角度，機械功率的計算或者表示為磁感應(yīng)強度，也稱磁通密度或者磁密，是表示磁場強弱和方向的物理量，單位為特斯拉(T)。7.磁感應(yīng)強度iB(a)螺線管磁力線(b)單根導(dǎo)體磁力線iB用磁感應(yīng)強度表示磁場的強弱：磁感應(yīng)強度越大表示磁場越強，磁感應(yīng)強度越小表示磁場越弱。通常用磁力線的多少描述磁場的強弱。磁力線是無頭無尾的閉合曲線。8.磁通通過磁場中某一面積的磁力線的數(shù)量稱為通過該面積的磁通量，也稱磁通。單位為韋伯(Wb)。若磁力線在某一平面上均勻分布，并且磁力線與該平面垂直，9.磁場強度

磁場強度是描述磁場性質(zhì)的一個基本量，單位為安培/米(A/m)。磁場強度與介質(zhì)無關(guān)，而磁感應(yīng)強度與物質(zhì)的相對磁導(dǎo)率有關(guān)。磁感應(yīng)強度與磁場強度的關(guān)系10.磁動勢

磁動勢(Magneto-motiveforce，MMF)是電流流過導(dǎo)體所產(chǎn)生磁通量的勢力，是用來度量磁場的一種量。類似于電場中的電動勢。磁動勢也稱為磁通勢或者磁勢，單位為安培(A)。(1)

其中為磁通，為磁阻。(2)

其中為匝數(shù)，為電流。(3)

其中為磁場強度，為磁路的長度。1.3.2電路基本定律1.基爾霍夫電流定律

電路中流入任意節(jié)點電流的代數(shù)和等于零。2.基爾霍夫電壓定律電路中任意一條閉合回路電壓的代數(shù)和等于零。1.3.3磁路基本定律

1.磁路歐姆定律磁阻的計算與電阻計算公式表述形式相似，磁阻的大小與磁路的長度成正比，與材料的磁導(dǎo)率和磁路的截面積成反比。根據(jù)可得2.磁路基爾霍夫定律變壓器一相繞組及其等效磁路磁通方程式磁動勢回路方程式電路和磁路的類比電路磁路電動勢磁動勢電流磁通電阻磁阻歐姆定律歐姆定律節(jié)點節(jié)點回路回路電場強度磁場強度磁路與電路在形式上具有很多的相似之處，但是它們之間卻存在著本質(zhì)的區(qū)別。電流的流動是真實的帶電粒子的運動，而鐵磁材料的磁化是鐵磁材料內(nèi)部磁疇的轉(zhuǎn)動，形成一個附加的磁場。當(dāng)電流流過電阻會引起能量的損耗，而恒定的磁場經(jīng)過磁阻不會產(chǎn)生任何形式的能量損耗，而只是表示有能量儲存在該磁阻表示的磁路段中。1.3.4電磁學(xué)基本定律1.安培環(huán)路定理安培環(huán)路定理也稱為全電流定律，是電生磁的基本定律。在穩(wěn)恒磁場中，磁場強度沿任意閉合路徑的線積分等于該閉合路徑所包圍的各個電流的代數(shù)和。假定閉合磁力線是由匝線圈電流產(chǎn)生的，且沿閉合磁力線上的磁場強度處處相等。2.電磁感應(yīng)定律電磁感應(yīng)定律是由法拉第提出，也稱法拉第電磁感應(yīng)定律，是描述磁生電的基本定律。交變的磁場會產(chǎn)生電場，并在導(dǎo)體中產(chǎn)生感應(yīng)電動勢(Electro-motiveforce,EMF)，這種現(xiàn)象稱為電磁感應(yīng)現(xiàn)象。在電機學(xué)中，感應(yīng)電動勢可以分為兩種，即變壓器電動勢和運動電動勢(也稱為切割電動勢或者速度電動勢)。變壓器電動勢是由交變的磁場在線圈中感應(yīng)的電動勢，而運動電動勢是導(dǎo)體切割磁力線而產(chǎn)生的電動勢。變壓器電動勢的計算螺線管的電流正方向與磁通的正方向符合右手螺旋定則。運動電動勢的計算在磁場中，若導(dǎo)線中通過的電流為，導(dǎo)線處的磁感應(yīng)強度為，假設(shè)磁場在空間的分布均勻且不隨時間變化，則導(dǎo)體所受電磁力的大小為

3.電磁力的計算

1.3.5鐵磁材料及其特性附加磁場外磁場鐵磁材料一般采用鐵或者鐵與鈷、鎢、鎳和鋁等組成的合金材料。采用鐵磁材料的目的是加強電機的磁場，提高電機的運行效率。B1<B2iB1iB21.鐵磁材料的曲線

鐵磁材料除了具有高的磁導(dǎo)率，還存在飽和和磁滯現(xiàn)象。經(jīng)過反復(fù)的磁化過程，最后穩(wěn)定在一個閉合曲線上，這個閉合曲線稱為磁滯回線。磁化曲線和磁滯回線是鐵磁材料分類和選用的主要依據(jù)。按照磁滯回線形狀的不同，磁性材料分為軟磁性材料和硬磁性材料。軟磁材料：磁滯回線狹長，矯頑力、剩磁和磁滯損耗均較小，

是制造變壓器、電機和交流磁鐵的主要材料。硬磁材料：磁滯回線較寬，矯頑力大、剩磁強，

可用來制造永磁體。2.鐵心損耗鐵心損耗：鐵磁材料存在于交變或脈動磁場中產(chǎn)生的功率損耗，

也稱為鐵耗或者磁芯損耗，鐵心損耗以熱的形式表現(xiàn)。鐵心損耗分為磁滯損耗和渦流損耗兩部分。磁滯損耗：當(dāng)鐵磁材料受到交變磁場的作用被反復(fù)磁化后，

其內(nèi)部的磁疇將相互間不斷地摩擦而引起鐵心發(fā)熱。為磁滯損耗系數(shù)，為交變磁場的頻率，為最大磁通密度，為鐵心的體積，