电机学基础知识

这是一篇关于电机学基础知识的思维导图，包含磁场基本概念、磁路及其基本定律、电磁感应定律等内容，可收藏。

电机学基础知识

• 电机的主要类型
  • 按能量转化来分
    • 发电机
      • 功电转化
    • 电动机
      • 电功转化
    • 变压器、变流器、变频器、移相器
      • 电能属性变化
    • 控制电机
      • 控制元件
  • 按电机结构来分
    • 静止电机
      • 变压器
    • 旋转电机
      • 直流电机
      • 同步电机
      • 异步电机
• 电机的基本原理
  • 定义：电机是通过电磁感应原理来实现能量变换的器械
  • 磁场的基本概念
    • 磁场基本概念
      • 磁感应强度和磁力线
        • B：磁通密度——表征磁场强弱的矢量
        • 磁力线：其疏密程度表征磁场各点的磁感应强度
          • 方向：与电流满足右手螺旋
          • 闭合，无始无终
          • 磁场中的磁力线不会相交
      • 磁场强度与磁导率
        • 公式：
          • 单位：安/米
        • 磁导率μ表征磁场中介质的导磁能力
          • 单位：亨/米
          • 非铁磁材料的磁导率等于真空磁导率
          • 铁磁材料：铁钴镍
      • 磁场储能
        • 电能能根据电磁感应储存为磁能
        • 能量密度
        • 总储能
        • 旋转电机中能量主要储存在气隙中，称气隙磁场为耦合磁场
    • 磁路及其基本定律
      • 磁通量与磁通连续性定理
        • 穿过某一截面A的磁感应强度B的通量称为磁通量
        • 磁通公式：
          • 穿过闭合面的磁通为“ 0“
      • 安培环路定则(全电流定律)
        • 磁场中，磁感应强度矢量沿一闭合路线的线积分，等于该闭合路径所包围的电流的代数和
          • 若H的绕行的右手法则发现与电流方向同向则取正，否则取负
      • 磁路
        • 经过铁心的磁通称为主磁通，小部分经过空气，称为漏磁通
        • 磁路就是，磁通走过的路径，磁通等价于电流
          • 磁通可以在任何介质中走过，所以有磁势必然有磁通
      • 磁路的欧姆定律
        • 无支路磁路：铁心横截面积A，磁路平均长度l，磁导率μ，线圈N匝，通上电流i
        • • 磁阻->电阻 磁导->电导 磁动势->电动势，磁通->电流、
        • B与H是非线性的，计算的时候不能使用叠加原理
      • 磁路的基尔霍夫第一定律
        • 穿过某闭合面（包面）的磁通恒等于零
      • 磁路的基尔霍夫第二定律
        • 磁路可以分成若干段，每一段为统一材料，统一横截面积，且磁路内的磁通处处相等
        • Hl称为某段磁路的磁压降
        • 气隙压降在总压降中占比很大
    • 电磁感应定律
      • 定义：线圈中磁通发生变化，将有感应电动势产生，其大小与磁通变化率成正比
        • 变压器电动势：由交变电流引起的感应电动势
        • 运动电动势：由时不变的磁场与相对运动的线圈产生的感应电动势
        • • 若在磁场中的导体、导体运动方向、磁力线，相互垂直，则e=Blv
      • 大小：
      • 方向：满足右手螺旋定则与楞次定律
    • 线圈的电路方程
      • 线圈的电感与线圈的匝数的二次方成正比，与磁场介质的磁阻成反比
      • • 铁心的线圈磁阻要小，所以电感大
      • 感应电动势的大小
    • 电磁力定律与电磁转矩
      • 电磁力：f=Bli
        • 磁场与载流导体相互垂直
      • 电磁转矩：T=Blir
        • r是转动半径
    • 电机的可逆性原理
      • 任何电机既可以做电动机运行也可以做发电机运行，但是有所偏重
        • 同步-发电机
        • 异步-电动机
      • 在电动机模式下也会有感应电动势，在发电机模式下也会有电磁力
  • 电机的制造材料
    • 绪论
      • 导电材料
        • 导磁材料
          • 减小铁心涡流损耗制成薄钢片，电工钢片
        • 绝缘材料
          • 隔绝导电与导磁部分，隔绝不同点位部分
        • 制作成导线
    • 高导磁材料
      • 铁钴镍，相对磁导率是真空磁导率的6k-7k倍
      • 磁畴：导磁的原因，在外加磁场作用下，磁畴沿外磁场方向排列，形成比原磁场大许多的附加磁场，此过程称为磁化
      • 磁饱和：磁场强度H增大的过程中，材料中的磁感应强度随之变化，直到H增大B增长缓慢时为磁饱和，发生饱和时，材料磁导率下降，磁阻增大，导磁性能下降
      • 磁滞特性：铁磁材料在交变的磁场中，由于磁畴的反转跟不上磁场的翻转，这种B的变化滞后于H的变化成为磁滞
        • 软磁材料
          • 容易被磁化，磁性也容易消失，磁场翻转B也能迅速变化，磁滞效应弱
        • 硬磁材料
          • 永磁材料，不易磁化，也不容易去磁，即便外磁场消失，内部也能保持稳定
        • 矩磁材料
          • 磁饱和大，退磁快，图形接近矩形，用于计算机做记忆单元
      • 基本磁化曲线：选择不同的H反复磁化，得到的曲线顶点连接形成的曲线
      • 铁心损耗
        • 磁滞损耗
          • 磁化过程中磁畴的相互摩擦消耗的能量
        • 涡流损耗
          • 涡流作用于铁心的内阻而消耗的能量