第2章 机电能量转换基础.ppt

机电液系统控制技术 机电能量转换基础 哈尔滨工业大学 威海 机器人研究所 本章内容 电机中的能量转换与磁路电机中能量转换的两个实例能量转换装置中的磁场与磁路磁场的建立安培环路定律及其简化形式磁路的欧姆定律磁路中铁心的作用铁磁材料及其磁化特性 电机中能量转换的两个实例 电机是一种进行能量传递或机电能量转换的电磁机械装置 根据电机是否旋转 将电机分为静止电机和旋转电机 静止电机 变压器 电机中能量转换的两个实例 旋转电机 能量转换装置中的磁场与磁路 电能为什么能在变压器的两个彼此绝缘的线圈之间传递 电动机中 从定子部分输入的电能 为什么能转换为机械能从转子输出 在变压器中 电能之所以能实现能量传递 一个基本条件是两个线圈被磁场耦合起来 在电机中 电能之所以会转换为机械能 一个重要条件也是因为其中存在一个耦合磁场 它把输入电能的定子部分与输出机械能的转子部分耦合在一起 能量转换装置中的磁场与磁路 电能为什么能在变压器的两个彼此绝缘的线圈之间传递 电动机中 从定子部分输入的电能 为什么能转换为机械能从转子输出 变压器和旋转电机中的磁路主要由铁磁材料构成 在变压器中 沿着图2 1 1所示磁路上 可以没有空气隙 即磁路可以完全由铁磁材料构成 称为铁心磁路 在旋转电机中 在定子磁路与转子磁路之间 总是有一个空气隙存在 这是带气隙的铁心磁路 安培环路定律及其简化形式 安培环路定律及其简化形式 磁动势或磁势F magnetomotiveforce MMF 单位为安匝 AN 是一个非常重要的物理量 磁路的欧姆定律 均匀磁路的欧姆定律 磁路的欧姆定律 磁路的欧姆定律 磁路的欧姆定律 磁路的欧姆定律 分段均匀磁路的欧姆定律 串联磁路 组成该磁路的各分段的磁通是同一个磁通 这种磁路称为串联磁路 串联磁路的总磁阻等于各段磁阻之和 磁路中铁心的作用 铁心的增磁功能 磁路中铁心的作用 串联磁路中的气隙降低铁心的增磁功能 气隙的导磁率很低 只有铁心的数千分之一 磁路中铁心的作用 铁心磁路使磁通在空间按一定形状分布 对图2 1 1所示变压器 利用铁心的增磁功能 使得同时与两个线圈交链的磁通得以增强 而在图2 1 2与图2 1 3中 则使得定 转子之间的耦合场得以增强 并可以使定子内圆表面的磁感应强度按一定规律在圆周上分布 铁磁材料及其磁化特性 铁磁材料的磁化特性 磁通密度B与磁场强度H之间的关系曲线 称为B H曲线 B Hcharacteristic 是磁性材料最基本的特性 也被称为材料的磁化曲线 磁化曲线开始拐弯的点 图中的b点 称为膝点 通常 电机磁路中的铁磁材料工作在膝点附近 铁磁材料及其磁化特性 剩磁Br矫顽力Hc软磁材料 剩磁和矫顽力较小 硬磁材料 剩磁和矫顽力较大 铁磁材料及其磁化特性 铁磁材料的磁化特性与铁心磁路的磁化曲线的关系 利用B H曲线 在铁心磁路的几何尺寸及线圈匝数已知的情况下 可以得到均匀及分段均匀磁路的磁化曲线 铁磁材料及其磁化特性 永磁磁路 硬磁材料一经磁化 能长时间保持磁性 故可以用于制造永久磁铁