1、电 机 学,内蒙古工业大学,绪 论,一、电机在国民经济中的作用,1、电力工业中的主要设备,电机是电气化的核心设备,是自动化的心脏,在国民经济中起着非常重要的作用。,2、驱动各种生产机械和装备,3、自动控制系统中的重要元件,内蒙古工业大学,电能是当今社会最主要的能源之一,电能的生产和转换比较经济,传输和分配比较容易,使用和控制比较方便等,电机其中起着非常重要的作用。,二、电机的主要类型,按功能变换方式分为:,1、普通电机,电动机,发电机,机械能,2、变压器,3、控制电机,内蒙古工业大学,电机是根据电磁感应定律和电磁力定律实现能量转换或信号变换的机电装置。,电能,归纳起来:,直流电机,交流电机,直
2、流电动机,直流发电机,同步电机(发电机),异步电机(电动机),指出:,1、发电机和电动机是同一电机的两种不同运行方式 他们之间是可逆的；,2、各类电机中均存在控制电机。,内蒙古工业大学,三、电机的发展概况,电机的发明至今不到200年的历史。,1. 直流电机的产生和形成时期,1821年，法拉第(Faraday)发现了载流导体在磁场内受力的现象,它的试验模型是现代直流电动机的雏型。,1831年，法拉第又发现了电磁感应定律,两年后皮克西(Pixii)制成了一台旋转磁极式直流发电机,这就是现代直流发电机的雏型。,内蒙古工业大学,1833年，楞茨已经证明了电机的可逆原理。,18341870年，在发电机上
3、出现了三个重大发,明和改进。,电流他励,自励,T形绕组,环形绕组,18701890年，发明了鼓形绕组并出现了换向极和补偿绕组。,总之,到19世纪90年代,直流电机已经具备了现代直流电机的主要结构特点。,内蒙古工业大学,永磁,2. 交流电机的形成和发展时期,1832年，人们就知道了单相交流发电机。,1825年，阿拉果(Arago)利用金属圆环的旋转,使悬挂在其中的磁针得到一定的偏移,这实质上是多相感应电动机的工作基础。,内蒙古工业大学,1876年，亚勃罗契柯夫首次采用交流和开磁路式串联变压器给“电烛”供电。,1884年，霍普金生兄弟发明了具有闭合磁路的变压器。,单相变压器在照明系统中得到了一定的
4、应用。,1879年，拜依莱(Bailey)首次用电的办法获得了旋转磁场。,1883年，台勃莱兹把两个在时间和空间相差1/4周期的交变磁场合成，得到一个旋转磁场。,1885年，费拉利斯(Ferraris)制成了第一台两相感应电动机。,1889年，多利伏-多勃罗夫斯基提出了采用三相制并设计和制造了三相感应电动机。,到19世纪结束时，各种交、直流电机的基本类型及其基本理论和设计方法大体上已建立起来。,内蒙古工业大学,1918年，由于用电量增大，cos低，同步电动机得到了发展。,3. 电机理论、设计和制造工艺逐步达到完善时期,20世纪特点:,工业的发展，对电机提出各种新的和更高的要求；,水轮发电机的最
5、大单机容量不超过1000KW，而现在已超过70万KW，气轮发电机的单机容量不超过5000KW，目前单机容量已超过1000MW。,内蒙古工业大学,自动控制方面的需要,出现了一系列控制电机；,通过对电机内部所发生的电磁、发热和其它过程的深入研究以及对材料的改进,使得电机的单机容量、性能和材料利用率得到很大提高；,1918年，福提斯库(Fortescue)提出了对称分量法解决了三相不对称问题；,19261930年，道赫提(Doherty)和聂克尔(Nickle)求出了瞬态时同步电机的功角特性和三相、单相突然短路时的短路电流；发展了勃郎台尔(Blondel)的双反应理论。同期有许多学者研究得到了电枢漏
6、抗、同步电抗和直轴瞬态电抗的计算公式和测定方法；,1929年，派克(Park)提出了dqo变换和瞬态运行时同步电机的电压方程式，以及运行电抗的概念；,内蒙古工业大学,19351938年,克郎(Kron)提出了原型电机的概念，并且利用张量分析来研究旋转电机；,20世纪40年代，出现了一系列新的控制电机；,1954年，柯伐煦(Kovacs)提出了空间矢量法；,从1959年起，逐步建立起机电能量转换的新体系。,特点：把旋转电机作为机电装置的一种。,内蒙古工业大学,（1）从电磁场理论发展,导出其参数；,（2）从汉密尔顿原理和拉格郎日方程出发建立其运动方程，用统一的方法来研究各种电机的电动势、电磁转矩和
7、能量转换的条件和机制，分析电机的稳态和动态性能，以及电机和系统的联系，从而使整个电机理论建立在一个更加严密和便于利用计算机来求解的基础上。,70年代，使得旋转电机的许多方面又得到了新的发展。,80年代后，使永磁无刷电机和开关磁阻电机等新型电机得到较快发展。,90年代后，场路结合的有限元状态空间耦合时步法得到应用。,我国电机工业:,解放前最高年产量,发电机 2万KW,电动机 5.1万KW,交流发电机单机容量小于200KW,交流电动机小于230KW,内蒙古工业大学,目前,直流电动机 2X5000KW,直流发电机 4700KW,同步电动机 42MW,汽轮发电机 600MW,核电机组 650MW,水轮
8、发电机 700MW,电力变压器 840MVA，电压：750KV,中、小型的微电机已有125个系列，上千个品种，几千个规格。,内蒙古工业大学,四、本课程的性质、任务与内容,性质：电机学是自动化专业的一门专业基础课。 前身课是高等数学、物理和电路； 后续课为电力拖动、自动控制系统等做准备； 为今后从事专业方面的工作打下坚实的基础。,任务：掌握常用交、直流电机和变压器的基本结构、 工作原理、基础理论和运行特性。,内蒙古工业大学,（3）掌握交、直流电机及变压器稳态运行时的基本理论、运行性能及分析方法；,（4）熟练运用等效电路计算变压器和三相异步电动机性能；,（5）掌握电机的基本实验方法和技能，并能对实
9、验结果进行分析和评定。,内蒙古工业大学,（1）了解常用铁磁材料的特性，掌握磁路基本定律及计算方法；,（2）熟悉常用交、直流电机及变压器的基本结构和工作原理，对绕组的基本形式及其连接规律有一定的认识；,要求：,主要内容,绪论（2学时）,第一章 磁路（4学时）,第二章 直流电机（12 学时）,第三章 变压器 （14学时）,第四章 异步电动机(一)三相异步电 动机的基本原理（8 学时）,第五章 异步电动机(二)三相异步电 动机的运行原理（10 学时）,第六章 同步电机（6 学时）,理论授课: 56学时 实验: 8学时,内蒙古工业大学,学习方法：,理论联系实际；,学习能力和综合能力培养；,培养工程观点；,重视实验，培养动手能力，加深对电机运行 性能和理论分析的认识；,善于总结，掌握重点，以点带面。,习题；,参考书：,电机学： 许实章.吴大榕.李发海.陈世元.张广溢. 汤蕴璆 等。,电机与拖动：宋银宾.李发海.周绍英.彭鸿才等。,内蒙古工业大学,
