大学电机学PPT第一章.ppt

Y.Q.Xiong2010,电机学第1章导论,1,电机学ElectricMachinery,华中科技大学电气与电子工程学院熊永前yqxiong,2010.4,第1章导论,Y.Q.Xiong2010,电机学第1章导论,2,主要内容,1.电机的基本概念,2.电机的分类,3.电机的应用,5.涡流与涡流损耗,6.铁耗,1.3铁磁材料特性,2.铁磁材料的磁导率,4.磁滞与磁滞损耗,3.磁化曲线,1.1概述,4.本课程的性质和任务,1.电机中常用的材料,1.常用物理量,1.2电机中的基本电磁定律,2.全电流定律,3.电磁感应定律,4.电磁力定律,1.4磁路基本定律及计算方法,1.磁路基本定律,3.自感和互感,2.磁路计算方法,Y.Q.Xiong2010,电机学第1章导论,3,1.1概述,1.电机的基本概念,电机是依据电磁感应定律和电磁力定律，由电路和磁路构成的能实现机电能量转换或信号传递与转换的装置。,Y.Q.Xiong2010,电机学第1章导论,4,2.电机的分类,按运动方式分类,按功能分类,电机,Y.Q.Xiong2010,电机学第1章导论,5,3.电机应用,水电站,火电厂,核电站,电能生产,Y.Q.Xiong2010,电机学第1章导论,6,电能变换传输,Y.Q.Xiong2010,电机学第1章导论,7,电能使用,电力牵引,Y.Q.Xiong2010,电机学第1章导论,8,伺服驱动,Y.Q.Xiong2010,电机学第1章导论,9,电机在日常生活中的应用,启动电机,散热风扇电机,雨刷电机,倒视镜电机,天窗电机,助力转向电机,座椅调整电机,Y.Q.Xiong2010,电机学第1章导论,10,4.本课程的性质任务,课程性质：技术基础课。课程内容：直流电机、变压器、交流电机共同问题、异步电机、同步电机。教材：辜承林等，电机学（第三版），华中科技大学出版社，2010年。参考书：电机学（第三版）学习指导与习题解答，华中科技大学出版社2010年。学习方法课程网站：,电机学（第三版）学习指导与习题解答华中科技大学出版社2010年4月,Y.Q.Xiong2010,电机学第1章导论,11,1.2电机中的基本电磁定律,磁通密度（磁密）B国际单位：特斯拉（T）常用单位：高斯（Gs）1T10000Gs地球表面B0.5Gs电机中B一般在0.71.8T磁通国际单位：韦伯（Wb）1T1Wbm2磁场强度H国际单位：Am,1.常用的物理量,Y.Q.Xiong2010,电机学第1章导论,12,2.全电流定律(安培环路定律)：磁场强度沿任意的闭合路径的线积分等于闭合路径包围的导体电流的代数和。,电流是产生磁场的源,全电流定律应用实例,Y.Q.Xiong2010,电机学第1章导论,13,3.电磁感应定律,运动电动势,变压器电动势,e=Blv,e与成右手螺旋关系,右手定则,Y.Q.Xiong2010,电机学第1章导论,14,4.电磁力定律,左手定则,f=Bli,当磁通按正弦规律变化时,感应电动势有效值为,感应电动势滞后磁通90度,Y.Q.Xiong2010,电机学第1章导论,15,1.3铁磁材料特性,导电材料：铜线。构成电路。导磁材料：硅钢片。构成磁路。结构材料：铸铁、铸钢和钢板。承受力。绝缘材料：聚酯漆、环氧树脂、玻璃丝带等。用于导体之间和各类构件之间的绝缘处理。电机常用绝缘材料按性能划分为A、E、B、F、H、C等6个等级。如B级绝缘材料可在130下长期使用，超过130则很快老化，但H级绝缘材料允许在180下长期使用。,1.电机中使用的材料,Y.Q.Xiong2010,电机学第1章导论,16,2.铁磁材料的磁导率,材料的磁导率=BH单位：H/m真空中的磁导率0=410-7H/m非铁磁材料的磁导率0为常数铁磁材料磁导率（常用Fe表示）的特点Fe0Fe为非常数，随B的变化而变化存在磁饱和现象：当铁磁材料中的B达到一定的程度后，随着H的增加，B的增加逐渐变慢，因此Fe随着H的增加而减小。,Y.Q.Xiong2010,电机学第1章导论,17,3.磁化曲线,在外磁场H作用下，磁感应强度B将发生变化，二者之间的关系曲线称为磁化曲线，记为B=f(H)。,Y.Q.Xiong2010,电机学第1章导论,18,4.磁滞与磁滞损耗,磁滞回线剩磁Br矫顽力Hc软磁材料：磁滞回线很窄。硅钢片、铸铁、铸钢等。硬磁材料：磁滞回线很宽，或叫永磁材料。铁氧体、稀土钴、钕铁硼等。,Y.Q.Xiong2010,电机学第1章导论,19,基本磁化曲线,磁滞损耗：铁磁材料在交变磁场作用下的反复磁化过程中，磁畴会不停转动，相互之间会不断摩擦，因而就要消耗一定的能量，产生功率损耗。这种损耗称为磁滞损耗。磁滞损耗ph的大小与磁滞回线的面积、电流频率f和铁心体积V成正比。由于硅钢片的磁滞回线面积很小，而且导磁性能好。因此，大多数电机、变压器或普通电器的铁心都采用硅钢片制成。,Y.Q.Xiong2010,电机学第1章导论,20,5.涡流与涡流损耗,涡流：铁磁材料在交变磁场中会产生呈涡旋状的感应电动势和电流产生，简称涡流。涡流损耗：涡流在其流通路径上的等效电阻中产生的I2R损耗称为涡流损耗。涡流损耗pw与磁场交变频率f、材料厚度d、最大磁感应强度Bm和材料的电阻率的关系：要减少涡流损耗，首先应减小厚度d，其次是增加涡流回路中的电阻。电工钢片中加入适量的硅，制成硅钢片，显著提高电阻率。,Y.Q.Xiong2010,电机学第1章导论,21,6.铁耗,铁耗：铁磁材料在交变磁场中，磁滞损耗和涡流损耗是同时存在。因此，在电机和变压器的计算中，当铁心内的磁场为交变磁场时，常将磁滞损耗和涡流损耗合在一起来计算，并统称为铁心损耗，简称铁耗。单位体积（重量）的铁耗pFef为磁场交变的频率；Bm为铁心中交变磁场的磁通密度幅值；与材料有关的系数，12。,Y.Q.Xiong2010,电机学第1章导论,22,1.4磁路基本定律及其计算方法,1.磁路基本定律,磁路：与电路相仿，将磁通比拟为电流，则磁路是磁通行经的路径。,铁磁材料的磁阻随饱和程度的提高而增加，磁导随饱和程度的提高而减小。,磁动势F=Ni磁阻Rm=l(S)磁导m=1Rm,Y.Q.Xiong2010,电机学第1章导论,23,磁路基尔霍夫第一定律,=0,图示的有分支磁路：1+2=3,进入或穿出任一封闭面的总磁通量的代数和等于零，或穿入任一封闭面的磁通量恒等于穿出该封闭面的磁通量。,Y.Q.Xiong2010,电机学第1章导论,24,磁路基氏第二定律,回路：H1l1+H3l3=N1i1回路：-H2l2-H3l3=-N2i2回路：H1l1-H2l2=N1i1-N2i2,F=Ni=Hl=Rm,任一闭合磁路上磁动势的代数和恒等于磁压降的代数和。,Y.Q.Xiong2010,电机学第1章导论,25,磁路与电路的比较,Y.Q.Xiong2010,电机学第1章导论,26,2.磁路计算方法,第一类问题：给定磁通求磁动势F。第二类问题：给定磁动势F求磁通。电机和变压器设计中的磁路计算通常属于第一种类型的问题。对于第二种类型的问题，一般要用迭代法确定，编程由计算机完成。磁路欧姆定律,串联磁路,Y.Q.Xiong2010,电机学第1章导论,27,例1右图中，铁心用硅钢片DR510-50叠成，截面积A=910-4m2，铁心的平均长度l=0.3m，气隙长度=0.510-3m，线圈匝数N=500匝，试求产生磁通=9.910-4Wb时所需的励磁磁动势F和励磁电流I。,解：磁路分为铁心部分和气隙部分两段。不计边缘效应，则两部分磁路的截面积均为A。忽略漏磁，两部分的磁通密度均为,查DR510-50硅钢片磁化曲线表，得BFe=1.1T时，HFe=493A/m；对气隙部分，有,Y.Q.Xiong2010,电机学第1章导论,28,50Hz，0.5mm，DR510-50硅钢片磁化曲线表,Y.Q.Xiong2010,电机学第1章导论,29,铁心部分磁压降,气隙部分磁压降,磁动势,励磁电流,Y.Q.Xiong2010,电机学第1章导论,30,3.自感和互感,自感,