绪 论 §0-1电机在国民经济中的作用 现代社会中，电能是使用最广泛的一种能源.在电能的生产、输送和使用等方面，电 机起着重要的作用。 电机主要包括发电机、变压器和电动机等类型.发电机可把机械能转换为电能，主 要用于生产电能的发电厂，在火电厂、水电厂和核电厂中，水轮机、汽轮机带动发电机， 把燃料烧的热能、水流的机械能或原子核裂变的原子能都转变为电能，发电机发出的电 压一般为10.5一20kV,为了减少远距离输电中的能量损失，应采用高压输电，输电电压 为110k、220、330kW、500kV或更高.把发电机发出的电压升高到输电电压是由变 压器完成的.高压输电线将电能输送到各个用电区，由于各种用电设备如电动机、电炉、 电灯等需要不同的低电压，例如6kV、1kV、380V、220V,因此再由变压器把高电压降为 所需的低电压， 各种用电设备统称为负载.在电能的生产、输送、分配、消费中的发电机、变压器、 电力线路、负载等联在一起构成统一的整体，这就是电力系统。电力系统中接有很多发 电厂的发电机，每个发电机都向系统提供电能：电力系统中接有大量的、各式各样的负 载，每个负载都从系统中取用电能.电力系统是一个十分庞大又十分复杂的系统，发电 机与变压器则是电力系统中最重要的设备. 电动机将电能转换为机械能，用来驱动各种用途的生产机械机械制造工业、冶金 工业、煤炭工业、石油工业、轻纺工业、化学工业及其他各工矿企业中，广泛地应用各种 电动机例如用电动机拖动各种机床、轧钢机、电铲、卷扬机、纺织机、造纸机、，搅拌机、 压缩机、蚊风机等生产机械 在交通运输中，铁道机车和城市电车是由牵引电机拖动的，在航运和航空中，使用 船帕电机和航空电机 在农业生产方面，电力排灌设备、打谷机、碾米机、榨油机、饲料粉碎机等都是由电 动机拖动 在国防、文教、医疗及日常生活中，也广泛应用各种小功率电机和微型电机.随着国 民经济的发展，工业生产自动化水平不断提高，各种高科技领域如计算机、通信、人造 卫星等行业也广泛地应用各种控制电机。 近30年来，由于大功率电力电子器件以及徽电子技术、微型计算机技术的一系列进 展促进了交流调速技术的发展，已经生产出多种电机交流调速系统，不仅提高了生产机 械的性能，而且节省了大垂电能， 随着现代社会的发展，电力和电机工业在国民经济中仍将起着重要作用，并将得到 更大的发展
§0-2电机的分类 电机在各个领域内都得到广泛的应用，种类繁多，性能各异，分类方法也很多.主要 有两种常用的分类方法 从能量传递、转换的功能及用途来分，电机有下列几类： (1)店压器 主要是改变交流电的电压，也有改变相数、阻抗及相位的 (2)发电机 把机械能转换为电能。 (3)由动机 把电能转换为机械能。 (4)控制电机 作为白动控制系统的控制元件，。 这一种分类方法中，电动机与发电机的功能不同，用途也不一样，但从运行原理上 看，电动机运行和发电机运行不过是电机的两个运行状态，它们之间可逆，而且电机还 可以运行干其他的状态」 另一种分类方法是按照电机的结构特点及电源性质分类，电机主要有下列几类： (1)变压器 属于静止的不旋转设备。 (2)旋转电机 包括直流电机和交流电机，交流电机中因结构不同又分为同步电 机和异步电机 直流电机 一电源为直流电的电机 交流同步电机 交流电机的一种，运行中转速恒为同步转速电力系统中的发电 机都是同步电机. 交流量非申 也是一种交流电机，运行中转速不为同步转速.异步电机主要用 于电动机， 还有其他分类方法，但不论哪种方法都不是绝对的。 本教材按照变压器、直流电机、同步电机、异步电机的顺序分别进行阐述.从具体电 机入手，分析其主要原理，使初学者易于掌握。 S0-3电机学课程性质及学习方法 电机学是电气工程及其自动化等专业的主要技术基础理论课，电机学将系统地闸述 变压器、直流电机、同步电机和异步电机的基本电磁关系、分析方法、运行性能、各种运 行方式等内容，为进一步学习以上各有关专业的专业课程打下坚实的理论基础.本课程 的先修课有高等数学、物理、电路及磁路等。 电机学与物理、电路及磁路等课程的性质有很不相同之处 ()电机学是基础理论课，又带有专业性.电机学具体分析各种类型电机，比较实 际，不像电路及磁路课中分析的电阻、电感、电容电路不代表具体的电器设备。 (2)电机学通过对具体电机的分析阚述基本电磁规律，具有复杂性和综合性的特 点在电机中，各种电、磁、力、热等方而的物理定律同时在一台电机上起作用，相互制 约，必须综合考虑， 根据电机学课程的性质，在学习方法上要掌握以下几点： 2
(1)理论联系实际.首先学好电机的基本理论，掌握电磁规律，加深对物理概念的理 解，对具体电机结构也要有一定了解，否则不可能深入掌握理论. (2)重视学习能力的培养.从具体电机入手掌操分析电机理论的工具，学习分析电 机理论问题的方法并能灵活应用.重视数学计算，提高定量计算的能力. (3)抓主要矛盾，培养工程观点.在分析复杂的实际问题中，常常需要忽略一些次婴 因素，抓主要矛盾加以解决，这样所得的结果在工程应用上已经足够正确.在某种条件 下的次要因素，在另一条件下又可能成为有决定影响的主要因素，要根据研究的问题及 条件而变 (4)重视试验，培养动手能力.通过电机学实验，打好强电实验的基本功，为专业课 程的实验打好基础。 §0-4电机学中常用的电工定律 一、电路定律 1.基尔蓝夫电流定律 在电路任意一个节点处，电流的代数和恒等于零， ∑=0 对于正弦交流电路，则有 ∑i-0 2.基尔猫夫电压定律 电路中任一回路内各段电压的代数和恒等于零 ∑4=0 对于正弦交流电路，则有 ∑0=0 亦可表达为任一电回路电压降的代数和等于电动势的代数和 ∑u-∑e 对于正弦交流电路，则有 30-习E 二，磁路定律 1.磁路的欧姆定律 磁路中通过的磁通等于磁路的磁动势除以磁路的磁阻 西=反 F是作用在磁路上的磁动势.若磁路上有多个线圈共同产生磁动势，则磁动势为： F=∑Ni 03
其中磁路磁阻R=S,亦即磁阻与磁路长度1成正比，与磁路的磁导率μ及磁路截 面积S成反比.电路的串并联规律同样可以应用.若磁路由n段磁路串联构成，则总的磁 路磁阻Rm一R1十R十.十Rn 2.磁路的节慧定律 磁路的节点上，磁通的代数和等于零，这是由磁通的连续性原理得出的。 ∑=0 若重按正弦变化，则有 习Φ-0 3,全电流定律（安培环路定律） 磁场中沿任意一个闭合环路的磁场强度的线积分等于穿过这个环路的所有电流的代 数和. ta·dt=∑1=∑wi 这一定律运用到电机、变压器中，如磁路不是同一种材料构成时，可以将磁回路按 材料及截面不同分成·个磁路段组戒，全电流定律写成 2H,=∑1=∑Ni 三、电磁感应定律 当磁通在线圈中交变时，如规定电动势正方向与磁通的正方向符合右手螺旋定则， 用公式 e==-N装 当磁通与导体有相对运动而产生切割电动势时，用公式 e=Bly 切翻电动势的方向用右手定则确定， 四、电磁力定律 载流导体在磁场中受力，用公式 f=Blv 导体受电磁力的方向用左手定则确定， 五、能量守恒定律 电机、变压器在能量传递、转换过程中，应符合能量守恒定律： 输入能量=输出能量十内部损耗 磁路和电路有一定的相似性，为了更好理解，下表列出了对应的物理量和有关定 律. 4
表0-1磁路和电路的比较 电路 磁略 电流I[A) 通中[W】 电流密度J[A/m门 速通©建BCT一W6/m门 电前势E[v们 磁动势P[A] 电阻R=p专[0可 酸阻R。=店1/H] 电导G=文[S] 磁导A=是[H] 基尔雷夫第一定律∑=0 磁路节点定棒∑D=0 基尔盆夫第二定律∑“=∑： 全电商定律∑H1-∑N· 电亮欧，定律1一景 酷路歌峰定律中一意 .5