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1、绪论,1电机在国民经济中的作用 2 电机发展简史 3我国电机工业发展概况 4电机的分析方法 5本课程的任务 6 课程特点和学习方法建议,在电力工业中，发电机是生产电能的主要设备；变压器是变电站输、配电线路中对电压进行变换的主要设备；在机械、冶金、纺织、煤炭、石油、化工、交通运输和家用电器等行业中，电动机是各种生产机械的主要动力设备；在国防和民用的各种自动控制系统中，控制电机是重要和不可缺少的元件。因此，电机在国民经济的各个领域中起到极其重要的作用。,1电机在国民经济中的作用,2 电机发展简史,1.直流电机的产生和形成时期 2.交流电机的形成和发展时期 3.电机理论、设计和制造工艺逐步达到完善化
2、的时期,解放前，我国的电机工业极端落后，全国只有少数几个城市有电机制造厂。1949年全国装机容量仅为1850MW,年发电量约43亿kWh。 建国以来，我国的电机制造工业得到快速发展，从仿制阶段到自行设计阶段一直到研究、创新阶段，经过50年的努力，我国已经建立起自己的电机工业体系，有了统一的国家标准和统一的产品系列，建立了全国性的研究实验基地和研究、工程技术人员队伍。,3我国电机工业发展概况,4电机的分析方法,1.电机的分析步骤 2.运动方程的导出方法 3.导出和求解运动方程的常用理论和方法,1.电机的分析步骤,(1)电机内部物理情况的分析首先是弄清电机的基本结构和主要部件的功能，再根据电机的磁
3、路和电路，分析空载和负载时电机内部的磁场、电动势和电磁转矩，初步弄清这种电机的工作原理，这是第一步。(2)导出电机的运动方程运动方程是磁动势方程(或磁链方程)、电压方程和转矩方程的总称。(3)求解运动方程根据运动方程和求解问题的性质(是稳态还是瞬态，是对称还是不对称运行等等)，选择运动方程的解法，求出解析解或数值解。(4)结果分析通过对解答的分析，确定所需的运行性能(特性)和主要运行数据，如额定数据、过载能力、稳定性、效率、电压变化率、速度变化率等，以满足解决日常工程问题的需要。,2.运动方程的导出方法,(1)主磁通-漏磁通法此法是把电机内的磁通按其作用和分布，分成主磁通和漏磁通，然后用电磁感
4、应定律和基尔霍夫定律列出各个绕组的电压方程，用电磁力定律和牛顿第二定律列出转子的转矩方程。(2)动态电路法此法是把电机作为一组动态电路来对待，把定、转子之间的电磁关系用一组时变的自感和互感系数来表达，即L=L(), M=M(), 为转子的转角，=pt+0，为转子的机械角速度，p为极对数。(3)变分法此法的基础是汉密尔顿原理。,3.导出和求解运动方程的常用理论和方法,(1)叠加原理不计铁心的磁饱和(即认为磁路为线性)时，可以依次单独分析电机内的主极磁场和电枢磁场，然后应用叠加原理，得到气隙和磁路内的合成磁场以及相应的感应电动势。(2)归算法在变压器和感应电机中，由于一次和二次绕组(定子和转子绕组
5、)的匝数不等、相数不等和频率不同所引起的分析上的困难，常常用归算的办法来解决。(3)等效电路用以反映电机内部主磁场和漏磁场的效果，以及各种电磁关系、机电关系的单纯电路，称为等效电路。(4)相量图交流电机稳态运行时，电机内的电压和电流都是正弦量，因此可用相量来表示和运算；相应地，电压方程和磁动势方程可以用相量图来表示，使有关相量的相位关系和组成更为明显和直观。,3.导出和求解运动方程的常用理论和方法,(5)双反应理论对于定子或转子中有一边为凸极的情况(例如直流电机，凸极同步电机)，由于气隙不均匀，在分析电枢反应的作用时，需要将其分成直轴和交轴两个分量，并采用不同的比磁导d和q来分别进行处理，这种
6、理论称为双反应理论。(6)对称分量法在分析交流电机的不对称运行时，可以把三相(或两相)的不对称电压和电流分解成正序、负序和零序三组(两相时为两组)电压和电流，把一个不对称运行问题分解为三个(两个)对称问题来分析和计算，然后把三组(两组)结果叠加起来，得到总的电流和电压，这种方法称为对称分量法。(7)双旋转磁场理论在研究单相交流电机时，常常把单相绕组所产生的脉振磁动势分解成两个大小相等、转向相反的旋转磁动势，然后分别求出转子绕组对正向和反向旋转磁场的反应，再将两者的结果叠加起来，这种方法称为双旋转磁场理论。,3.导出和求解运动方程的常用理论和方法,(8)坐标变换坐标变换就是把定、转子绕组的电压方
7、程组中原先的一组变量(电压和电流)，用一组新的变量去替换，使电压方程组简化，求解和计算简化。,5本课程的任务,(1)对磁路的计算方法及交流铁心线圈的性能有基本的了解。(2)对变压器和三种主要电机(直流电机、感应电机和同步电机)的基本结构有一定认识。(3)对三种主要电机中定、转子的磁动势和气隙磁场的性质以及时间、空间关系，要有深入的了解。(4)要牢固掌握变压器和各种电机的工作原理，正常稳态运行时的磁场分布、分析方法和所用理论，以及稳态运行时的性能。(5)对电机中的能量关系、机电能量转换过程，以及能量转换和得到恒定电磁转矩的条件，有一个基本的了解。,3.导出和求解运动方程的常用理论和方法,(6)对
8、同步电机的不对称运行和三相突然短路时的分析方法和相应的参数，有基本的了解。(7)对单相串激电机、永磁电机、开关磁阻电机和其他特种电机以及控制电机的原理，有基本的了解。(8)了解电机的有关工程性问题，例如发热和冷却，励磁系统，各种电机的应用范围，电机的额定值，电机的主要性能数据(效率、过载能力、起动性能数据、主要参数)的范围等。(9)通过实验，熟练掌握电机的基本实验方法和操作技能，如电动机的起动和调速，发电机的建压和调频、调压，发电机和电动机额定点的调节和额定励磁电流的确定，运行性能、损耗、稳态参数的求取和测定方法等。,6 课程特点和学习方法建议,(1)首先要弄清各种电机的基本结构(包括铁心、绕
9、组、换向器、集电环等结构)，主要部件的作用和构成。 (2)在分析电机和变压器的空载和负载运行时，要注意主磁场、电枢(二次绕组)磁场和漏磁场在电机内是如何分布的，合成磁场是如何形成的，各种磁通的作用是如何表达的，做到概念清楚；对磁场的分布，头脑中要有物理图画。(3)注意推导基本公式(电动势公式，磁动势公式，电磁转矩公式)和基本方程时有哪些假定，使推导得以合理简化；推导时应用了哪些基本电磁定律和力学定律，哪些原理、理论和方法。(4)注意建立等效电路时要经过哪几步，每一步的意义和必要性。(5)学习交流绕组的磁动势时，一方面要注意其空间分布，另一方面还要注意其随时间而变化的规律；要注意单相和三相绕组磁动势的合成和分解，并在头脑中形成物理图画。,(6)弄清发电机和电动机的各种特性有什么用途，它们是哪些变量之间的函数关系，这些特性是在什么条件下导出的，各有什么特点。 (7)科学实验是研究电机的一种重要方法，所以要重视实验。(8)要经过听课、课后复习、做习题、做实验、写实验报告、再复习，从理论到实践、从实践到理论的多次反复，才能逐步掌握课程内容，使学到的知识逐步巩固起来。,