电机学(国网公司生产技能人员职业能力培训教材)模块16.doc

第一章 绪论（摘至国网公司电机学）Acerfjdy 福建泉州模块1 电机学的特点【模块描述】本模块介绍了电机基本概念和电机学的特点。通过概念描述、要点归纳，了解电机的作用、种类、使用材料、类型和电机学主要内容。【正文】一、 电机的定义 电机是利用电磁感应原理和电磁力定律实现能量转换的电器设备。电机主要有发电机、变压器和电动机，电机是电能生产、传输、分配及应用的主要设备。二、 电机的作用在电力系统中，电能的生产、传输、分配、使用和控制都离不开电机。电机在工农业、国防交通运输、医疗、文教、日常生活中的应用也十分广泛。电机在电力系统和国民经济中起着重要的作用。电机的作用主要有以下三点：1.进行电能的生产、传输和分配在发电厂中，发电机由原动机带动，将燃料燃烧的热能、水的位能、原子能等转变成电能，然后利用变压器升高电压，通过输电线路将电能传输到各用电地区，再通过降压变压器变成低压电能，供用户使用。2.驱动各种生产机械和设备用户使用电机拖动各种生产机械设备，如机床、轧钢、电力排灌等。3.作为自动控制系统中的重要元件控制电机主要用作控制系统中执行、检测、放大和计算元件。三、 电机的主要类型电机应用广泛，种类繁多，总体上分为：（1） 变压器：主要改变交流电压、交流电流，也可用来改变相数、相位、频率和阻抗。（2） 发电机：把机械能转化为电能。（3） 电动机：把电能转换为机械能。（4） 控制电机：用于控制系统的控制元件。四、 电机的使用材料电机以磁场作为能量转换的媒介，利用电磁感应和电磁力的作用实现能量转换，其使用的材料主要分为以下四类：（1） 导电材料：作为点击的电路系统，要求其电阻率小，导电性能好。常用的导电材料是统和铝。（2） 导磁材料：作为电机的磁路系统，要求既有较高的导磁性能。常用的硅钢片、钢板和铸钢。（3） 绝缘材料：用于导体之间和导体与铁心之间的绝缘。（4） 结构材料：用于制造传递或承受机械应力的部件，要求材料的机械强度要高加工方便。常用铸铁、铸钢、钢板及铝合金等。五、 电机学的特点电机学是电器类专业的一门主要基础课程，具有理论性、实践性和综合性的特点。在学习中，既要掌握各种电机的基本结构、工作原理和运行性能，又要求能运行电磁理论分析、解决电机中的实际问题。因此学习时应重视基本物理概念，熟悉计算方法，重视理论与实际相结合，才能收到良好效果。模块2 铁磁材料的磁滞回线与基本磁化曲线【模块描述】本模块介绍磁场的基本概念、铁磁材料的磁滞回线及基本磁化曲线知识。通过对铁磁材料磁化过程的分析，掌握磁滞回线与基本磁化曲线的基本概念。【正文】一、 磁场相关的基本概念1. 磁通量及磁感应强度（磁通密度）B在均匀磁场中垂直穿过截面积S的磁力线的总数，称为磁通量。如图TYBZ015010021所示。磁感应强度B是描述磁场强弱及方向的物理量，其大小为垂直穿过单位面积磁力线的数量。=BS 或 B= （TYBZ015010021）可见，等于单位面积上的磁通量，又称为磁通密度。在国际单位制中，的单位是特斯拉（），的单位是平方米（），的单位是韦伯（）。2. 磁场强度H在计算导磁物质的磁场时，引入磁场强度这一物理量，它与磁感应强度的关系为 （TYBZ01501002）其中为导磁物质的导磁率，它是表示磁介质磁性的物理量，其大小标志着磁介质的导磁能力。的单位是亨米（），的单位是安米。真空磁导率*10-7（H/m）。电机采用的铁磁材料，其Fe约为200060000。二、 铁磁物质的磁化将未磁化物质放入磁场后，铁磁物资呈现很强的磁性，这种现象称为铁磁物资的磁化。原因是在铁磁物质内部存在许多磁畴，这些磁畴在铁磁物质未放入磁场前，排列杂乱无章，磁效应互相抵消，故对外不呈磁性。当铁磁放入磁场后，在外磁场的作用下，磁畴的方向渐趋一致，形成一个附加磁场，从而使磁场大大增强。三、 起始磁化曲线将未磁化的铁磁物资进行磁化，随着外磁场强度H由零开始逐渐增加时，磁感应强度B随着增加，这种磁场强度与磁感应强度之间的关系曲线称为起始磁化曲线，即B=f（H）。如图TYBZ015010022，所示。在Oa段磁场H增加，B增加得较慢。在ab段，随H增加，B增加得较快。在bc段，随H增加，B增加得又慢了。到达c点后，随着H的增加，B几乎不再变化，此时铁磁物质的磁化达到饱和状态。四、 铁磁材料的磁滞回线铁磁物质在磁化过程中，当磁场强度在-Hm到+Hm之间变动时，可得到如图TYBZ015010023所示的封闭磁化曲线。从磁化过程中可以看出，B的变化总是滞后于H的变化，这种现象称为磁滞。如图所示的闭合曲线称为磁滞回线。当H下降到零时，B剩余一定的值Br，Br称为剩余。去掉剩磁所需要加的方向磁场去掉剩磁强度Hc称为矫顽力。五、 基本磁化曲线选择不同的磁场强度进行反复磁化，可得到一系列磁滞回线。如图TYBZ015010024所示，将各磁滞回线在第象限的顶点连接起来所形成的一条的一条曲线，称为基本磁化曲线。基本磁化曲线比较稳定，工程上采用。模块三 铁磁材料的是三个共同特性（TYBZ01501003）【模块描述】本模块介绍了铁磁材料的基本特性。通过要点分析，掌握铁磁材料都具有磁滞性、饱和性、高导磁性三个共同特性。【正文】铁磁材料具有以下三个共同特性：（1） 磁滞性：铁磁物质在交变磁化过程中，磁化过程和去磁过程的曲线不重合，B的变化总是滞后H变化。铁磁材料具有的这种特点，叫做磁滞现象。因为铁磁物质具有磁滞性，当外磁场消失时，铁磁物质中仍然有剩磁Br。（2） 饱和性：铁磁物质中的磁感应强度不会随外磁场的增强而无限制增大。当外磁场的磁场强度H增大到一定数值时，磁感应强度B几乎不再随着增大，磁化达到饱和状态。由于铁磁物质具有饱和性，因而磁化曲线呈非线性关系，铁磁物质的导磁率不是常数。（3） 高导磁率：在一定温度范围内，铁磁物质的导磁率很大，其值为真空磁导率0的数千倍。即铁磁物质具有高导磁性，在相同的外磁场作用下，铁磁物质中的磁感应强度要比真空或空气中的磁感应强度大得多。模块4 铁磁材料的铁损耗（TYBZ01501004）【模块描述】 本模块介绍铁磁材料的铁芯损耗知识。通过对铁磁材料在交流磁场作用下发生的物理现象的分析，掌握铁磁材料的磁滞损耗和涡流损耗产生的原因及对电机的影响。【正文】铁磁材料在交变磁场作用下要产生功率损耗，其功率损耗主要有两种形式：磁滞损耗和涡流损耗。磁滞损耗和涡流损耗的总和称为铁芯损耗（简称铁损耗）。一、 铁滞损耗铁磁材料在交变磁场作用下，正、反两个方向交替变化，材料内部的磁畴之间不停地相互摩擦，消耗功率，称为磁滞损耗。其中大小与磁场交变频率和磁滞回线包围的面积大小有关。频率越高，磁滞损耗越大；磁滞回线包围的面积越大，损耗越大。由于硅钢片磁滞回线面积较小，而且导磁性能好，故电机、变压器的铁芯都采用硅钢片制造，目的之一是尽量减少磁滞损耗。二、 涡流损耗在交变磁场作用下，铁芯中将产生感应电动势并产生许多闭合的旋涡状电流，称为涡流。涡流在铁心中引起功率损耗，称为涡流损耗。如图TYBZ01501004-1所示。电机中通常采用表面涂有绝缘的电工钢片叠装成铁芯，可以大大减少涡流损耗。另外提高铁芯材料的电阻率，也可以减少涡流损耗，如在铁中加入少量的硅可增加其电阻率。综上所述，铁磁材料在交变磁场作用下要产生磁滞损耗和涡流损耗。这些损耗一方面会降低电机运行的效率，另一方面损耗转变为热能，使铁芯发热。模块 安培环路定律（TYBZ01501005）【模块描述】 本模块介绍磁压降、磁动势的概念及安培环路定律（又称全电流定律）。通过定义讲解及对典型磁路和电路分析，掌握安培环路定律的内容，并能正确应用。【正文】1. 磁压降在均匀磁场中，磁场强度H与某段磁路的平均长度l的乘积Hl，称为该段磁路的磁压降，用Um表示。即Um=Hl （TYBZ015010051）2. 磁动势作用于磁路上的励磁安匝数NI称为磁路的磁动势，用F表示。即F= （TYBZ01501005）3. 安培环路定律（又称全电流定律）在磁路中沿任何一闭合路径的总磁压降等遇到该闭合路径交联的电流的代数和。如图TYBZ01501005所示。即 （TYBZ015010053）若导体电流方向与闭合路径绕行方向符合右手螺旋定则时，该电流取正号，反之去负号。当把安培环路定律应用在点击或变压器的多段磁路时，可改写成 （TYBZ01501005）式中第段磁路的磁场强度，；第段磁路的平均长度，；磁动势，。式（TYBZ01501005表明，作用在磁路上的总磁动势等于各段磁路磁压降之和。模块 安培环路定律（TYBZ0150100）【模块描述】本模块介绍磁路的欧姆定律。通过对典型磁路的分析，掌握磁阻的概念、磁路欧姆定律的内容，并能正确应用。【正文】图TYBZ0150100所示是一个铁芯磁路的示意图，设均匀磁路的横截面积为、长度为l、