电机学
发电机 是电力系统的核心
变压器 是电力系统的关节
电动机 是电力系统的手脚
,电机学, 是本专业的基础
第一节 概述
一, 电机在国民经济中的应用
?什么是电机
?电能
?电机应用
（ 1） 发电机
（ 2） 变压器
（ 3） 电动机
二, 电机的分类
形式很多, 分类方式多样：
? 1,按功能
* 电动机 电 ——>机
* 发电机 机 ——>电
* 变压器 电 ——>机
* 控制电机 信号变换与传输
? 2,按速度
* 变压器 n=0
* 同步电机 n=同步速度 n0
* 异步电机 n≠n 0,但接近同步速 n0
* 直流电机 n不定
3．按电流性质
? 直流电机
* 直流发电机
* 直流电动机
? 交流电机
* 交流电动机
* 交流发电机
* 变压器
第二节 电机的电磁基本理论
电机中的三大物理量,
电、磁、机械 （机电能量转换）
* 电,以,路,的形式出现，线圈（绕组）
构成电路，较熟；
* 磁,以,场,的形式出现，本科阶段一
般以磁路进行分析；
* 机,机械能，电机中与之相关的有转矩、
转速等。
? 一, 磁场, 磁感应强度
? 磁场：
? 磁感应强度：描述磁场强弱的物理量
? 二, 磁力线, 磁通量 （ Φ）
1.磁力线
（ 1） 定义
（ 2） 性质：
–, 符合右手螺旋定则, ；
–, 永不相交, 确定点的 B方向确定, 唯一, ；
–, 闭合, 无起点, 终点, 。
2.磁通 （ 磁通量 ）
?垂直 （ 正交 ）
?（ S的法线与 B方向之间夹角 ）
?任意曲面, 不均匀磁场
?闭合曲面 （ 高斯定理, 磁通连续性原理 ）
BS??
?c o sBS??
??? SB ds ?c o s
0c os ??? ?s B ds ?
三, 磁场强度 磁导率
? 1 磁场强度 （ H）
? 2 B与 H的关系
* 磁导率, 真空中的磁导率, 相对磁导率
? 3 没有磁绝缘的概念
(电：＞ 1010,磁,103~105)
HHB r 0??? ??
四, 全电流定律
1,定义：
（ 右手螺旋定则 ）
2,磁压 （ 磁位差 ）, H沿路径的线积分称该路径上的磁
压 。
Um=∫Hdl
3,磁势,磁场回路所匝链的电流
F=∑I
* 磁势, 磁压的单位均为,A
* 沿磁场中任一闭合回路, 总磁压等于总磁势 。
NIIH d l N
k
k ??? ?
五、磁路、磁路参数、全磁路
欧姆定律
? 1.磁路：导磁材料与非导磁材料, 主磁通与漏磁通, 磁路
? 2.磁路欧姆定律
* （ 1） 部分磁路
? 电路,R＝ U／ I
? 磁路：
* （ 2） 全磁路
? 3.磁阻
– 比较电阻：
?? mm
UR
mm rR
F
???
S
lR
m ??
S
lR ??
? 4,磁导
? 5,磁路第一定律 （ 节点定律 ）
? 6,磁路第二定律 （ 回路定律 ）
? 即
? 7 磁路与电路的异同
? （ 1） 同：绝大多数概念等价
? （ 2） 异,a 电流是电荷的移动
磁通是假想的用于描述磁场的量
b 直流电流通过电阻消耗能量
恒定磁通通过磁阻不消耗能量
l
S
R m ????
1
? ?? 0
? ? ??? FIU km
六, B－ H曲线
? 1,磁化曲线
? 起始段,μ较小；
? 线性区,μ（ 较大 ） 近似为直线
? 饱和区,μ很小, H增大, B基本不变
? 2,磁滞回线
? 磁滞现象
? 剩磁 （ 剩余磁通密度, 剩余磁感应强度 ）
? 矫玩力, Hc
– 软磁材料,Hc小, 易被磁化, 也易消失 ―― 电机中
多用之
– 硬磁材料,Hc大, 与上相反, 做永磁材料, 如永久
磁铁
? 3 基本磁化曲线
? 通不同电流形成不同的 B-H曲线的 各顶点 的连线
例,
? 图 (a)为硅钢片叠成的磁路 （ 尺寸的单位,mm）, 图 (b)所示为硅
钢片的磁化曲线, 励磁线圈有 1000匝 。 求当铁芯中磁通为 1× 10－
3Wb时, 励磁线圈中的电流为多少？
解
? 1.铁芯部分：
? 设铁芯的叠片因数 (叠片净厚度与总厚度之比 )为 0.94,则铁芯的
净面积 为
? Ai =20× 10-3× 40× 10－ 3× 0.94=0.752× 10－ 3(m2)
? 铁芯 磁路 的 平均 长度 为
? Li=2(100+80)-6=354(mm)=0.354(m)
? 铁芯中的平均 磁通密度 为
?
? 由磁化曲线查得相应的铁芯 磁场强度 为 Hi=560A／ m。
? 铁芯段磁路所需的 磁动势 为
?
? (A)
? ?TAB
i
i 33.1?
??
1 9 8?? iii LHF
? 2,气隙部分
? 不计气隙处磁通的扩散现象, 则气隙磁通与铁芯中的磁通相同,
? 因为气隙部分的面积为
? Ag =20× 10-3× 40× 10－ 3=0.8× 10－ 3(m2)
? 所以气隙部分的感应强度, 磁场强度 和气隙部分所需的磁势为
? 3,总体
? 所需的 总磁势 为
? F＝ FI + Fg = 6162(A)
? 线圈所需的 励磁电流 为
? I＝ Fi／ N＝ 6.162(A)
? 要点,气隙虽小, 但所需的磁势却很大 。 甚至可忽略铁芯的磁压
降 。
25.1???
g
g AB
6
0
10994.0 ??? ? gg BH
5964?? ggg LHF
八 铁芯损耗
? 交变的磁通在铁芯中产生损耗
– （ 1） 磁滞损耗 （ 正比于频率 ）
– （ 2） 涡流损耗 （正比于频率的平方，正比
于叠片厚度的平方，所以用很薄的硅钢片
（ 0.3~0.5mm）而不用整块铁。）
九, 磁场贮能
1,磁场能量 （ 体 ） 密度
2,总能量
3,线性介质
2
BHw
m ?
?? ?? VV mm B Hd VdVwW 21
?
?
222
22 BHBH
w m ???
B H VW 21?
十, 电感
（ 一 ） 自感
? 磁链：穿过线圈的磁通形成磁链
? 磁链与穿过线圈的电流成正比：
? 系数 L称电感, 所以电感定义如下：
一个线圈通过单位电流所形成的磁链叫该线圈的
电感 。
??? N
IL??
????
?
???? 2
2
N
R
N
R
NI
I
N
I
R
FN
I
N
I
L
mm
m?
? （ 二 ） 互感
? 两个相邻回路：回路 1中的电流 I1产生的, 与回路 2交链
（ 匝链 ） 的磁链 （ 注意下标顺序 ）
? 定义：该磁链与产生该磁链的电流 I1之比称回路 1对回
路 2的互感 M21。
? 同理：回路 1对回路 2的互感 M12为：
? 问题：下标中第一个数代表？ 第二个数代表？
? 同理,
? 其中,Rm称两线圈间的磁阻, Λ 为磁导 。
1
21
21 IM
??
2
12
12 IM
??
???????? 212111
1
2
1
12
1
212
1
21
21
/ NN
R
NN
R
IN
I
N
I
RFN
I
N
IM mm
m?
??? 212121 NNR NNM
m
? （ 三 ） 漏磁通, 漏磁链, 漏电感
? 1,漏磁通
? 2,漏磁链
? 3,漏电感
? （ 四 ） 电抗
21,?? ??
21,?? ??
LX L ??
2
2
2
1
1
1,ILIL
?
?
?
?
????
21,?? LL
十, 电磁感应定律
? 感应电势的两种形式
? 1,变压器电势
– 线圈中 Φ变化
– 方向：楞茨定律
? 2,速度电势
– 导体运动产生
– e = BLv
– 方向, 参考右手定则
dt
dN
dt
de ??????
十一, 电磁力, 电磁转矩
? （ 1） 电磁力
? 通电导体在 B中受的力 F=BIL
? （ 发电机的本质：外力 F作用于导体, 使
其以 v运动, 则输入机械功率 Fv；产生感
应电势 e,与外电路形成电流 i,则输出电
功率 ei。 不计损耗, 功率平衡,）
? （ 2） 电磁转矩
iB L vB L v ieiFv )(???
B L irrFT ??
十二, 电机的可逆性
? 同一电机既可做发电机又可做电动机 。
? 发电机与电动机即有感应电势又有电磁
力, 只是形式不同, 今后课程中注意体
会 。
十三, 磁路参量与电路参量的
类比
? 电路 I U E R G E j
? 磁路 Φ Um F Rm Λ H B
HLUSLRHBFU
Um
R
ELUSLREjEUI
I
U
R
mmmm ??????
?
?
??????
? ??
? ??
??
??
//0
//0
发电机 是电力系统的核心
变压器 是电力系统的关节
电动机 是电力系统的手脚
,电机学, 是本专业的基础
第一节 概述
一, 电机在国民经济中的应用
?什么是电机
?电能
?电机应用
（ 1） 发电机
（ 2） 变压器
（ 3） 电动机
二, 电机的分类
形式很多, 分类方式多样：
? 1,按功能
* 电动机 电 ——>机
* 发电机 机 ——>电
* 变压器 电 ——>机
* 控制电机 信号变换与传输
? 2,按速度
* 变压器 n=0
* 同步电机 n=同步速度 n0
* 异步电机 n≠n 0,但接近同步速 n0
* 直流电机 n不定
3．按电流性质
? 直流电机
* 直流发电机
* 直流电动机
? 交流电机
* 交流电动机
* 交流发电机
* 变压器
第二节 电机的电磁基本理论
电机中的三大物理量,
电、磁、机械 （机电能量转换）
* 电,以,路,的形式出现，线圈（绕组）
构成电路，较熟；
* 磁,以,场,的形式出现，本科阶段一
般以磁路进行分析；
* 机,机械能，电机中与之相关的有转矩、
转速等。
? 一, 磁场, 磁感应强度
? 磁场：
? 磁感应强度：描述磁场强弱的物理量
? 二, 磁力线, 磁通量 （ Φ）
1.磁力线
（ 1） 定义
（ 2） 性质：
–, 符合右手螺旋定则, ；
–, 永不相交, 确定点的 B方向确定, 唯一, ；
–, 闭合, 无起点, 终点, 。
2.磁通 （ 磁通量 ）
?垂直 （ 正交 ）
?（ S的法线与 B方向之间夹角 ）
?任意曲面, 不均匀磁场
?闭合曲面 （ 高斯定理, 磁通连续性原理 ）
BS??
?c o sBS??
??? SB ds ?c o s
0c os ??? ?s B ds ?
三, 磁场强度 磁导率
? 1 磁场强度 （ H）
? 2 B与 H的关系
* 磁导率, 真空中的磁导率, 相对磁导率
? 3 没有磁绝缘的概念
(电：＞ 1010,磁,103~105)
HHB r 0??? ??
四, 全电流定律
1,定义：
（ 右手螺旋定则 ）
2,磁压 （ 磁位差 ）, H沿路径的线积分称该路径上的磁
压 。
Um=∫Hdl
3,磁势,磁场回路所匝链的电流
F=∑I
* 磁势, 磁压的单位均为,A
* 沿磁场中任一闭合回路, 总磁压等于总磁势 。
NIIH d l N
k
k ??? ?
五、磁路、磁路参数、全磁路
欧姆定律
? 1.磁路：导磁材料与非导磁材料, 主磁通与漏磁通, 磁路
? 2.磁路欧姆定律
* （ 1） 部分磁路
? 电路,R＝ U／ I
? 磁路：
* （ 2） 全磁路
? 3.磁阻
– 比较电阻：
?? mm
UR
mm rR
F
???
S
lR
m ??
S
lR ??
? 4,磁导
? 5,磁路第一定律 （ 节点定律 ）
? 6,磁路第二定律 （ 回路定律 ）
? 即
? 7 磁路与电路的异同
? （ 1） 同：绝大多数概念等价
? （ 2） 异,a 电流是电荷的移动
磁通是假想的用于描述磁场的量
b 直流电流通过电阻消耗能量
恒定磁通通过磁阻不消耗能量
l
S
R m ????
1
? ?? 0
? ? ??? FIU km
六, B－ H曲线
? 1,磁化曲线
? 起始段,μ较小；
? 线性区,μ（ 较大 ） 近似为直线
? 饱和区,μ很小, H增大, B基本不变
? 2,磁滞回线
? 磁滞现象
? 剩磁 （ 剩余磁通密度, 剩余磁感应强度 ）
? 矫玩力, Hc
– 软磁材料,Hc小, 易被磁化, 也易消失 ―― 电机中
多用之
– 硬磁材料,Hc大, 与上相反, 做永磁材料, 如永久
磁铁
? 3 基本磁化曲线
? 通不同电流形成不同的 B-H曲线的 各顶点 的连线
例,
? 图 (a)为硅钢片叠成的磁路 （ 尺寸的单位,mm）, 图 (b)所示为硅
钢片的磁化曲线, 励磁线圈有 1000匝 。 求当铁芯中磁通为 1× 10－
3Wb时, 励磁线圈中的电流为多少？
解
? 1.铁芯部分：
? 设铁芯的叠片因数 (叠片净厚度与总厚度之比 )为 0.94,则铁芯的
净面积 为
? Ai =20× 10-3× 40× 10－ 3× 0.94=0.752× 10－ 3(m2)
? 铁芯 磁路 的 平均 长度 为
? Li=2(100+80)-6=354(mm)=0.354(m)
? 铁芯中的平均 磁通密度 为
?
? 由磁化曲线查得相应的铁芯 磁场强度 为 Hi=560A／ m。
? 铁芯段磁路所需的 磁动势 为
?
? (A)
? ?TAB
i
i 33.1?
??
1 9 8?? iii LHF
? 2,气隙部分
? 不计气隙处磁通的扩散现象, 则气隙磁通与铁芯中的磁通相同,
? 因为气隙部分的面积为
? Ag =20× 10-3× 40× 10－ 3=0.8× 10－ 3(m2)
? 所以气隙部分的感应强度, 磁场强度 和气隙部分所需的磁势为
? 3,总体
? 所需的 总磁势 为
? F＝ FI + Fg = 6162(A)
? 线圈所需的 励磁电流 为
? I＝ Fi／ N＝ 6.162(A)
? 要点,气隙虽小, 但所需的磁势却很大 。 甚至可忽略铁芯的磁压
降 。
25.1???
g
g AB
6
0
10994.0 ??? ? gg BH
5964?? ggg LHF
八 铁芯损耗
? 交变的磁通在铁芯中产生损耗
– （ 1） 磁滞损耗 （ 正比于频率 ）
– （ 2） 涡流损耗 （正比于频率的平方，正比
于叠片厚度的平方，所以用很薄的硅钢片
（ 0.3~0.5mm）而不用整块铁。）
九, 磁场贮能
1,磁场能量 （ 体 ） 密度
2,总能量
3,线性介质
2
BHw
m ?
?? ?? VV mm B Hd VdVwW 21
?
?
222
22 BHBH
w m ???
B H VW 21?
十, 电感
（ 一 ） 自感
? 磁链：穿过线圈的磁通形成磁链
? 磁链与穿过线圈的电流成正比：
? 系数 L称电感, 所以电感定义如下：
一个线圈通过单位电流所形成的磁链叫该线圈的
电感 。
??? N
IL??
????
?
???? 2
2
N
R
N
R
NI
I
N
I
R
FN
I
N
I
L
mm
m?
? （ 二 ） 互感
? 两个相邻回路：回路 1中的电流 I1产生的, 与回路 2交链
（ 匝链 ） 的磁链 （ 注意下标顺序 ）
? 定义：该磁链与产生该磁链的电流 I1之比称回路 1对回
路 2的互感 M21。
? 同理：回路 1对回路 2的互感 M12为：
? 问题：下标中第一个数代表？ 第二个数代表？
? 同理,
? 其中,Rm称两线圈间的磁阻, Λ 为磁导 。
1
21
21 IM
??
2
12
12 IM
??
???????? 212111
1
2
1
12
1
212
1
21
21
/ NN
R
NN
R
IN
I
N
I
RFN
I
N
IM mm
m?
??? 212121 NNR NNM
m
? （ 三 ） 漏磁通, 漏磁链, 漏电感
? 1,漏磁通
? 2,漏磁链
? 3,漏电感
? （ 四 ） 电抗
21,?? ??
21,?? ??
LX L ??
2
2
2
1
1
1,ILIL
?
?
?
?
????
21,?? LL
十, 电磁感应定律
? 感应电势的两种形式
? 1,变压器电势
– 线圈中 Φ变化
– 方向：楞茨定律
? 2,速度电势
– 导体运动产生
– e = BLv
– 方向, 参考右手定则
dt
dN
dt
de ??????
十一, 电磁力, 电磁转矩
? （ 1） 电磁力
? 通电导体在 B中受的力 F=BIL
? （ 发电机的本质：外力 F作用于导体, 使
其以 v运动, 则输入机械功率 Fv；产生感
应电势 e,与外电路形成电流 i,则输出电
功率 ei。 不计损耗, 功率平衡,）
? （ 2） 电磁转矩
iB L vB L v ieiFv )(???
B L irrFT ??
十二, 电机的可逆性
? 同一电机既可做发电机又可做电动机 。
? 发电机与电动机即有感应电势又有电磁
力, 只是形式不同, 今后课程中注意体
会 。
十三, 磁路参量与电路参量的
类比
? 电路 I U E R G E j
? 磁路 Φ Um F Rm Λ H B
HLUSLRHBFU
Um
R
ELUSLREjEUI
I
U
R
mmmm ??????
?
?
??????
? ??
? ??
??
??
//0
//0
