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电机学 发电机是电力系统的核心变压器是电力系统的关节电动机是电力系统的手脚 电机学 是本专业的基础 第一节概述 一 电机在国民经济中的应用什么是电机电能电机应用1 发电机2 变压器3 电动机 二 电机的分类 形式很多 分类方式多样 1 按功能电动机电 机发电机机 电变压器电 电控制电机信号变换与传输2 按速度变压器n 0同步电机n 同步速度n0异步电机n n0 但接近同步速n0直流电机n不定 3 按电流性质 直流电机直流发电机直流电动机交流电机交流电动机交流发电机变压器 第二节电机的电磁基本理论 电机中的三大物理量 电 磁 机械 机电能量转换 电 以 路 的形式出现 线圈 绕组 构成电路 较熟 磁 以 场 的形式出现 本科阶段一般以磁路进行分析 机 机械能 电机中与之相关的有转矩 转速等 一 磁场 磁感应强度磁场 磁感应强度 描述磁场强弱的物理量二 磁力线 磁通量 1 磁力线1 定义2 性质 符合右手螺旋定则 永不相交 确定点的B方向确定 唯一 闭合 无起点 终点 2 磁通 磁通量 垂直 正交 S的法线与B方向之间夹角 任意曲面 不均匀磁场闭合曲面 高斯定理 磁通连续性原理 三 磁场强度磁导率 1磁场强度 H 2B与H的关系磁导率 真空中的磁导率 相对磁导率3没有磁绝缘的概念 电 1010 磁 103 105 四 全电流定律 1 定义 右手螺旋定则 2 磁压 磁位差 H沿路径的线积分称该路径上的磁压 Um Hdl3 磁势 磁场回路所匝链的电流F I磁势 磁压的单位均为 A沿磁场中任一闭合回路 总磁压等于总磁势 五 磁路 磁路参数 全磁路欧姆定律 1 磁路 导磁材料与非导磁材料 主磁通与漏磁通 磁路2 磁路欧姆定律 1 部分磁路电路 R U I磁路 2 全磁路3 磁阻比较电阻 4 磁导5 磁路第一定律 节点定律 6 磁路第二定律 回路定律 即7磁路与电路的异同 1 同 绝大多数概念等价 2 异 a电流是电荷的移动磁通是假想的用于描述磁场的量b直流电流通过电阻消耗能量恒定磁通通过磁阻不消耗能量 六 B H曲线 1 磁化曲线起始段 较小 线性区 较大 近似为直线饱和区 很小 H增大 B基本不变 2 磁滞回线磁滞现象剩磁 剩余磁通密度 剩余磁感应强度 矫玩力 Hc软磁材料 Hc小 易被磁化 也易消失 电机中多用之硬磁材料 Hc大 与上相反 做永磁材料 如永久磁铁3基本磁化曲线通不同电流形成不同的B H曲线的各顶点的连线 例 图 a 为硅钢片叠成的磁路 尺寸的单位 mm 图 b 所示为硅钢片的磁化曲线 励磁线圈有1000匝 求当铁芯中磁通为1 10 3Wb时 励磁线圈中的电流为多少 解 1 铁芯部分 设铁芯的叠片因数 叠片净厚度与总厚度之比 为0 94 则铁芯的净面积为Ai 20 10 3 40 10 3 0 94 0 752 10 3 m2 铁芯磁路的平均长度为Li 2 100 80 6 354 mm 0 354 m 铁芯中的平均磁通密度为由磁化曲线查得相应的铁芯磁场强度为Hi 560A m 铁芯段磁路所需的磁动势为 A 2 气隙部分不计气隙处磁通的扩散现象 则气隙磁通与铁芯中的磁通相同 因为气隙部分的面积为Ag 20 10 3 40 10 3 0 8 10 3 m2 所以气隙部分的感应强度 磁场强度和气隙部分所需的磁势为3 总体所需的总磁势为F FI Fg 6162 A 线圈所需的励磁电流为I Fi N 6 162 A 要点 气隙虽小 但所需的磁势却很大 甚至可忽略铁芯的磁压降 七 铁芯损耗 交变的磁通在铁芯中产生损耗 1 磁滞损耗 正比于频率 2 涡流损耗 正比于频率的平方 正比于叠片厚度的平方 所以用很薄的硅钢片 0 3 0 5mm 而不用整块铁 八 磁场贮能 1 磁场能量 体 密度2 总能量3 线性介质 十 电感 一 自感磁链 穿过线圈的磁通形成磁链磁链与穿过线圈的电流成正比 系数L称电感 所以电感定义如下 一个线圈通过单位电流所形成的磁链叫该线圈的电感 二 互感两个相邻回路 回路1中的电流I1产生的 与回路2交链 匝链 的磁链 注意下标顺序 定义 该磁链与产生该磁链的电流I1之比称回路1对回路2的互感M21 同理 回路1对回路2的互感M12为 问题 下标中第一个数代表 第二个数代表 同理 其中 Rm称两线圈间的磁阻 为磁导 三 漏磁通 漏磁链 漏电感1 漏磁通2 漏磁链3 漏电感 四 电抗 十 电磁感应定律 感应电势的两种形式1 变压器电势线圈中 变化方向 楞茨定律2 速度电势导体运动产生e BLv方向 参考右手定则 十一 电磁力 电磁转矩 1 电磁力通电导体在B中受的力F BIL 2 电磁转