李发海电机与拖动基础第四版第一章

电机与拖动基础李发海王岩编著普通高等教育“十五”国家级规划教材,第一章绪论,1.1课程性质电能是使用最广泛的一种能源。电机是电能与机械能相互转换的设备。把机械能转换为电能的电机称为发电机。反之,把电能转换成机械能的电机称为电动机。电动机拖动生产机械运转完成既定的工艺要求,称为电力拖动。在电力拖动控制系统还大量用到控制电机。,1.2本课常用的物理概念和定律1.2.1磁感应强度(磁通密度)B磁感应强度是描述磁场强弱和方向的物理量。人们用磁力线(磁感应线)来描绘磁场。图1.1为直线电流,圆电流及螺线管电流产生的磁力线。,图1.1电流磁场中的磁力线,磁感应强度B与产生它的电流之间的关系用毕尔-萨伐尔定律描述,磁力线的方向与电流的方向满足右手螺旋关系,如图1.2所示。,图1.2磁力线与电流的右手螺旋关系,1.2.2磁通量(或磁通)穿过截面磁力线的根数称为磁通量。在均匀磁场中,如果S与B垂直,如图1.3所示。则：=BS或B=的单位为韦伯(Wb),B的单位为特斯拉(T)，1T=1Wb。图1.3均匀磁场中的磁通,1.2.3磁场强度H导磁物质中的磁场用磁场强度H表示，它与磁密的关系为：B=H磁场强度的单位为安培/米(A/m)。为导磁物质的磁导率，真空中的磁导率=4xH/m.铁磁材料的1.2.4安培环路定律在磁场中，沿任意一个闭合回路的磁场强度线积分等于该回路所环链的所有电流代数和,即,为该电路所包围的全电流，故该定律称全电流定律。实际计算中，常把磁路简化成几段，几何形状相同的为一段，找出平均磁场强度再乘以该段磁路的平均长度，得磁位差（磁通势）。将各段磁通势相加得总磁通势。即,式中：为k段磁路的场强（A/m）为k段磁路的平均长度（m）IN为整个磁路上的总磁通势（安匝）N为励磁线圈的匝数,1.2.5铁磁材料的磁化特性铁磁材料(如铁、镍、钴)的的磁导率，且还与磁场强度及物质磁化历史相关，因此铁磁材料的不是一个常数。用试验方法测得的B-H曲线如图1.4所示。,图1.4铁磁材料的磁化特性1磁滞回线上升分支2平钧磁化特性3磁滞回线下降分支,磁化曲线有如下特点:非线性饱和性磁滞回线性当磁滞回线较窄时,可用其平均值,即基本磁化曲线图1.4(a)中曲线2来计算。图1.4(b)是铁磁材料的基本磁化特性。1.2.6简单磁路的计算方法图1.5为一最简单的磁路。由场强为H、长度为L的铁芯段和场强为、长度为气隙段组成。据安倍环路定律，有：图1.5简单磁路,根据各段磁路中的，求出B(B=/S),再求出H(H=B/),最后求出IN。1.2.7载流导体在磁场中的安培力磁场对场中载流导体的作用力称为安培力式中：df为磁场对电流元得作用，B为磁感应强度，d为一小段导体,i为通电电流。在均匀磁场中，若载流直导体与B的方向垂直，则载流直导体受力为,在电机学中，习惯上用左手定则确定f的方向如图1.6所示。,图1.6左手定则应用,1.2.8电磁感应定律1.切割电动势在均匀场中，当直导体L、磁感应强度B、导体相对运动方向V三者相互垂直时，导体中的感应电动势为在电机学中，习惯上用右手定则确定电动势e的方向。如图1.7所示。,图1.7右手定则的应用,2.变压器电动势如图1.8所示,当变化时,线圈AX两端的感应电动势e,其大小与线圈匝数及磁通的变化率成正比.方向由楞次定律决定.为了写成数学表达式,先规定e的正方向,有以下两种方法.,图1.8磁通及磁感应电动势（1）按左手螺旋关系规定e与的正