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电机基础知识简介,2006.3.11,一.什么是电机？,电机就是一种将机电能量进行转换的电磁装置。包括：机械能电能：发电机电能机械能：电动机电能电能：变压器、变频机、移相器,电机的基本分类：,二.电机的理论基础。,电磁感应定律：在磁场中运动的导体产生电e=BLv变化的磁场产生感应电动势e=-Nd/dt电磁力定律：载流导体在磁场中受力f=BLie:感应电动势；B:磁感应强度；L:导体有效长度；v:导体运动线速度；f:电磁力；i:导体中的电流；N:线圈匝数；d/dt:磁通变化率。,三.电机发展历史。,1820年，奥斯特发现了电流的磁效应，为电动机的发明提供了理论依据。1831年，法拉第发现了电磁感应定律，为发电机提供了理论基础，预示着人类利用电力的新时代即将来临。1860年，英国物理学家麦克斯韦在综合前人工作的基础上，建立了统一的电磁理论电动力学。1834年，俄国的雅可比制成了第一台实用的直流电动机。1860年，意大利的巴奇诺基发明了带有电励磁装置的直流电动机，基本上达到了工业使用标准。1863年，英国惠尔德制成了具有磁电激磁机的发电机。1867年，德国西门子制成自激式直流发电机。西门子对直流发电机的改进相当于瓦特当年对蒸汽机的改进，在技术史上留下了光辉的一页。1889年，俄国多里沃多布罗勿斯基发明了三相异步发电机和三相制。从此以后，交流电逐渐取代了直流电地位。,四.电机在国民生产生活中的应用。,全世界98%以上的电能由发电机产生。全世界95%以上的电能采用变压器进行传输。全世界70%以上的电能被电动机消耗。举例：a.电机在家用空调中的应用。b.电机在矫车上的应用。,五.电机的构成。,导磁材料构成磁路。导磁材料：亦称铁磁材料，主要指电机专用的高磁导率材料-硅钢片，亦称电工钢片。通常把铁磁材料中的功率损耗叫“铁损”，铁损由两个原因造成，一个是“磁滞损耗”，一个是“涡流损耗”。,导电材料构成电路。导电材料：采用电阻率小的紫铜或电工纯铝。通常把导电材料中的功率损耗叫“铜耗”或“铝耗”。绝缘材料组成绝缘系统。绝缘材料：包括匝间绝缘、槽绝缘、层间绝缘、相间绝缘、槽楔、端部绑扎、引线绝缘、浸渍漆等。重要指标：耐热等级。结构材料组成支撑系统。结构材料：铸铁、铸钢、圆钢或钢板做成机座、机壳、轴、或端盖。,六.永磁直流电动机。,（1）概述永磁式直流电动机是借助永磁体建立磁场的小功率电动机，功率从几瓦到千瓦左右。与电磁式相比，具有体积小、效率高、结构简单、用铜量少等优点，是小功率微型直流电动机的重要型式。根据采用永磁体材料的不同，永磁直流电动机分为铝镍钴型、铁氧体型和稀土钕铁硼型多种。铁氧体型以价廉、性能良好见长，广泛用于家电、汽车、玩具及电动工具等配用的微型电动机。,（2）永磁直流电动机工作原理,从图中可以看出，接入直流电源以后，电刷A为正极性，电刷B为负极性。电流从正电刷A经线圈ab、cd，到负电刷B流出。根据电磁力定律，在载流导体与磁力线垂直的条件下，线圈每一个有效边将受到一电磁力的作用。电磁力的方向可用左手定则判断，伸开左手，掌心向着N极，4指指向电流的方向，与4指垂直的拇指方向就是电磁力的方向。在图示瞬间，导线ab与dc中所受的电磁力为逆时针方向，在这个电磁力的作用下，转子将逆时针旋转。,（3）永磁直流电机结构,（4）永磁直流电动机的工作特性,n:转速(转/分)P2:输出功(瓦)I:电流(安):效率(%)T:转矩(牛米)对永磁式直流电动机，由于其磁通并不随负载变化，在某一恒定的端电压下当转矩增加时，仅由于转子电阻增大引起转速少量下降，所以转速曲线下降较小，即呈现“硬”特性。,（5）永磁直流电动机的转速公式,n=(U-IaRa-Ub)/Cen:转速(转/分)U:电动机的端电压（伏）Ia:电流（安）Ra:电机回路总电阻（欧）Ub:每对电刷的电压降(伏):每极磁通（韦伯）Ce:电势常数Ce=(pN)/60aP:极对数(对二极电机p=1)N:总导体数a:电枢绕组并联支路对数，单迭绕组时对二极电机a=1,（6）永磁直流电动机转速的调整,电机的端电压与转速近似正比关系。电机回路内各部分的电阻之和增加，则转速将有所降低。电刷接触压降及电阻率与转速成反比。电机的每极磁通与转速成反比。增加电枢的总导体数，使电机转速成反比变化。,（7）永磁材料的主要参数及应用要点,将永磁体置于一定磁场强度的场中使之磁化，在外磁场消失后仍留有应有的剩磁，这个过程叫做充磁。当充磁电流从零开始到正向最大值，使之达到饱和的磁感应和饱和的磁场强度，再减小到零并反向充电到最大，再减小到零并上升到正向最大值，从而形成封闭的B-H磁滞回线。其中第二象限的bc段称为去磁曲线，它是表征该材料磁性能的主要特性曲线,饱和磁场强度Hs,当充磁电流足够大，使充磁磁场强度达到（甚至超过）Hs值时，就能得到最稳定的、性能最优的磁化曲线，才能保证电机输出所需的磁动势，充分利用磁钢的能力。当充磁不足时，磁铁的磁性能就较低，同时也不够稳定。,饱和磁感应强度Bs和剩磁磁感应强度Br,磁化到饱和状态的磁通密度称饱和磁感应强度Bs。从磁饱和状态去除磁场后，剩余的磁通密度称剩磁磁感应强度Br。高的Bs和Br，才能得到高的气隙磁密，从而使电动机具有高的力能指标（大的输出扭矩和大功率）。,磁感应矫顽力（简称矫顽力）Hc,永磁材料磁化到饱和状态Bs后，去掉外加的正向磁化场强，使H=0，此时剩磁感应为Br，如此时加一反向磁化场强，使Br=0，这个反向磁场强度的绝对值称为磁感应矫顽力Hc。高的Hc，可保证电机有较强的过载、退磁及抗老化、抗低温的能力，使电机工作点靠近最大磁能积，充分利用磁钢的能力，从而减少永磁材料的用量以及减小电动机的体积。铁氧体永磁材料的矫顽力随温度的升高而增大，随温度的降低而减小。,最大磁能积(BH)max,永久磁铁去磁曲线上每一点的BH的乘积称为磁能积。磁能积表征了永磁体在给定工作点的磁能密度，其中磁能积的最大值(BH)max称为最大磁能积。(BH)max越大，表示永磁材料的磁性能就越好，永磁体在电机实际运行中的工作能力系数越好。,永磁体应用要点：,a.随着电机向小型、高效发展，要求磁体厚度越来越薄，磁性能稳定，电机输出功率高稳定性，为此要求有一个稳定的气隙磁通密度值，并要能经受时效考验，能克服温度变化，杂散磁场干扰及振动等因素的影响，而不会发生较大的变化。b.永磁材料的充磁一般分为永磁体单件充磁，永磁体装入部件（定子或转子）后充磁和电机总装后充磁三种。一个产品的充磁方法一经选定就不要随意改变，否则将影响电机性能，达不到原设计指标。为了使永磁体充分饱和，以获得稳定的剩磁，可连续重复23次充磁，但必须有较精确的定位，以确保多次磁化的磁极位置完全相同。,永磁体应用要点：（续）,c.电动机使用中会有很多原因引起永磁体产生去磁，如电枢反应的去磁作用、高低温引起的不可逆的变化、电机重复拆装或机械冲击等等，必要时电机要进行稳磁处理。d.永磁