绪论电机学课件.ppt

目录 第一篇 1 2 第二篇 3 第三篇 4 第四篇 5 第五篇 1绪论 电机在国民经济中的作用电机的分类电机学课程性质和学习方法电机学中常用的电工定律 电机在国民经济中的作用 电能是现代社会最主要的能源 并对人类文明的发展起到了重要的推动作用 电机是和电能的生产 输送与利用密切相关的能量转换机械 电机不仅是国民经济各行业中的重要或关键设备 而且在人们日常生活中的应用也越来越广泛 电机的用途 电机的主要类型 发电机 电动机 变压器 发电机的用途 火电厂 将燃料燃烧的热能转换为电能 水电厂 将水流的势能转换为电能 核电厂 将原子核裂变的原子能转换为电能 风电场 将风能转换为电能 用于发电厂 用于独立系统中的发电机 火力发电厂原理图 火力发电厂原理图 火力发电厂原理图 变压器的用途 主要用于各级变电站中 改变交流电能的电压 实现交流电能的经济输送和合理分配 电力系统示意图 电动机的用途 作为原动机 拖动各种机械设备 据统计 我国电动机的耗电量约占发电量的60 工业农业交通运输业航天 航空 航海行业国防 文化教育 医疗卫生 IT等行业日常生活 电动机的用途 工业机床 机器人 轧钢机 纺织机 造纸机 风机 水泵 压缩机 吊车 卷扬机 传送带等 农业电力排灌设备 脱粒机 碾米机 榨油机 粉碎机等 交通运输业电气机车 磁悬浮列车 城市轨道列车 无轨电车 电动汽车等 电动机的用途 航空和航海业有特殊要求的航空电机 船用电机和推进电机等 日常生活电风扇 洗衣机 吸尘器 空调 电冰箱 微波炉 DVD播放机 电动按摩器 电动工具等 电机的新发展 与微电子技术 计算机技术 自动控制技术 电力电子技术和超导技术等的发展相结合 原材料性能和制造工艺水平的提高 电力电子技术永磁材料蒸发冷却技术 电机的新发展 新原理 新结构 高性能的电机不断被研究开发出来 开关磁阻电机横向 径向 轴向永磁电机高速电机高性能交流调速系统等 电机的定义 电机学中讨论的电机 是指依靠电磁感应作用而运行的电磁机械 用于机械能和电能之间的转换或者不同形式电能之间的变换 性质 任何一种电机的输入 输出能量中 至少有一方必须为电能 或者双方都是电能 电机本身不是能源 而只是转换或传递能量的机械装置 要从电机输出能量 必须先给电机输入能量 其能量转换或传递过程遵从能量守恒定律 性质 电机是以电磁感应为基本作用原理来运行的 利用其它原理 光电效应 热电效应 化学效应等 产生电能的装置通常不包括在电机的范围内 电机的分类 按照能量转换或传递的功能及用途 电机 发电机 将机械能转换为电能 电动机 将电能转换为机械能 变压器 改变交流电能的电压 控制电机 主要用于执行控制任务 而不是传递能量 电机的分类 按照结构特点及电源种类分 电机 变压器 旋转电机 交流电机 直流电机 同步电机 异步电机 电机学课程性质 课程地位是电气工程及其自动化专业的重要专业基础课 为后续相关专业课程坚实的理论基础 分析的对象是工程实际中使用的具体电机 物理概念多 有较强的理论性 涉及的条件和因素比较复杂 具有较强的专业性和综合性 内容特点 课程学习要求 电机学以变压器和旋转电机的基本概念 基本电磁关系 基本分析方法 运行特性等内容为核心 要求 逐步建立并牢固掌握电机学的基本概念 熟悉和掌握电机基本理论和基本分析方法 学习分析工程实际问题的思路和方法 提高分析和解决实际问题的能力 电机学中常用的电工定律 电路定律 基尔霍夫电流定律 基尔霍夫电压定律 电机学中常用的电工定律 1 磁感应强度B 表示磁场内某点磁场强弱和方向的物理量 基本电磁定律 电机学中常用的电工定律 磁感应强度B的方向 与电流的方向之间符合右手螺旋定则 电机学中常用的电工定律 磁感应强度B的大小 磁感应强度B的单位 特斯拉 T 1T 1Wb m2 均匀磁场 各点磁感应强度大小相等 方向相同的磁场 也称匀强磁场 电机学中常用的电工定律 2磁通 穿过垂直于B方向的面积S中的磁力线总数 说明 若不是均匀磁场 则取B的平均值 在均匀磁场中 BS或B S 磁感应强度B在数值上可以看成为与磁场方向垂直的单位面积所通过的磁通 故又称磁通密度 单位 韦 伯 Wb 1Wb 1V s 电机学中常用的电工定律 3 磁场强度H 介质中某点的磁感应强度B与介质磁导率 之比 磁场强度H的单位 安培 米 A m 电机学中常用的电工定律 真空的磁导率为常数 用 0表示 有 4 磁导率 表示磁场媒质磁性的物理量 衡量物质的导磁能力 相对磁导率 r 任一种物质的磁导率 和真空的磁导率 0的比值 单位 亨 米 H m 电机学中常用的电工定律 任意选定一个闭合回线的围绕方向 凡是电流方向与闭合回线围绕方向之间符合右螺旋定则的电流作为正 反之为负 式中 是磁场强度矢量沿任意闭合线 常取磁通作为闭合回线 的线积分 I是穿过闭合回线所围面积的电流的代数和 安培环路定律电流正负的规定 安培环路定律 全电流定律 电机学中常用的电工定律 线圈匝数与电流的乘积NI 称为磁通势 用字母F表示 则有F NI磁通由磁通势产生 磁通势的单位是安 培 安培环路定律将电流与磁场强度联系起来 在均匀磁场中Hl IN 电机学中常用的电工定律 磁路的欧姆定律 F 磁路的磁通势 F Ni 即为作用在铁心上的安匝数 单位为A 为磁路的磁阻 单位为A Wb 1 电路中有电流I时 就有功率损耗 而在直流磁路中 维持一定量的磁通量时 铁心中没用功率损耗 2 电路中可以认为导线外无电流 但磁路中铁心外却有漏磁通 即没有绝对的磁绝缘体 3 电路中的电阻率在一定温度下时不变的 磁导率却随铁心的饱和程度有关 4 对电路 当为线性电路时可以应用叠加原理 但对铁心磁路 非线性 不可应用叠加原理 磁路与电路的性质 磁路与电路的比较 电机学中常用的电工定律 磁路的基尔霍夫定律 1 磁路的基尔霍夫第一定律穿出或进入任何一闭合面的总磁通恒等于零 即磁通连续性定律 2 磁路的基尔霍夫第二定律沿任何闭合磁路的总磁动势恒等于各段磁位降的代数和 基本电磁定律 法拉第电磁感应定律 当电动势与磁链的参考方向满足右手螺旋定则时 电动势可表达为 变压器电动势运动电动势 e的方向用右手定则判断 右手定则 右手伸开 大拇指与其他四指成90 若磁力线指向手心 大拇指指向导体运动方向 则其他四指的指向就是导体中感应电动势的方向 电磁感应定律 载流导体在磁场中的安培力 左手定则 左手伸开 大拇指与其他四指成90 若磁力线指向手心 其他四指指向导体中电流的方向 则大拇指的指向就是导体受力的方向 电磁力定律 铁磁材料的特性 铁磁材料的磁导率 铁磁材料放入磁场后 磁场会大大增强 其磁导率 Fe为真空磁导率 0 0 4 10 7H m 的数十倍乃至数万倍 铁磁性物质的磁导率 Fe与它所在磁场的强弱及物质磁状态的历史有关 不是常数 在电机中 要求产生较强的磁场 需要采用磁导率大的铁磁材料 电机中常用的铁磁材料的磁导率在2000 0 6000 0之间 铁磁材料的特性 磁化曲线 起始磁化曲线 磁滞回线 铁磁材料的特性 铁磁材料的特性 磁化曲线 正常磁化曲线 铁磁材料的损耗 磁滞损耗 涡流损耗 铁耗 磁滞损耗 涡流损耗 对于一般的硅钢片 在正常工作磁通密度范围内 1T Bm 1 8T 铁耗可以近似表示为 能量守恒定律 电机在进行机电能量转换或不同形式电能变换的过程中 都遵守能量守恒定律 即 输入能量 输出能量 内部损耗 电机运行中存在的能量在电机分析中 通常将能量守恒定律用功率平衡方程式表示 稳态时 磁场储能增量为零 则有形式有四种 电能 机械能 磁场储能 热能 其平衡关系是 输入的机械能或电能 磁场储能的增量 热能 输出的电能或机械能 输入功率P1 输出功率P2 损耗 p B H 铁磁材料的起始磁化曲线 a b c d 返回 铁磁材料的磁滞回线 H B a b