变压器和交流电动机磁路PPT课件

1、Turbo-dynamo with 200MW Made in China（国产（国产200200MW汽轮发电机）汽轮发电机）u Electric Power Generation Generators 第1页/共53页Turbo-dynamo with 600MW Made in China国产国产600600MW汽轮发电机汽轮发电机第2页/共53页Stator of Turbo-dynamo with 330MW Made in China国产国产330330MW汽轮发电机汽轮发电机第3页/共53页 为了把发电厂发出的电力输送到四面八方的用户，需要将发电机输出的 20 kV 左右的电压升高

2、。在我国，一般升高到110kV、 220kV或500kV。为了输送一定大小的功率、采用高电压。20kV/500kV(220kV) 500kV(220kV)/110kV 110kV/35kV 35kV/10kV 10kV/380Vu变压器的电压等级变压器的电压等级第4页/共53页Close Bus to Generator（连接发电机的封闭母线）（连接发电机的封闭母线）High Voltage Port to Grid（与电网相连的高压出线端）（与电网相连的高压出线端）第5页/共53页第6页/共53页第7页/共53页40MVA 500kV 超高压变压器超高压变压器第8页/共53页1）各行业广泛使

3、用电动机各行业广泛使用电动机u 异步电动机异步电动机第9页/共53页第10页/共53页2） Motors Many New High-Tec Applications Information Technology (Radar Driving)（信息技术（雷达驱动）（信息技术（雷达驱动） ） Space Flight, Aviation, Navigation （航天航空航海）（航天航空航海） Medical Science (Medical Facilities)（生物医学工程（多种医疗设备）（生物医学工程（多种医疗设备） ）第11页/共53页 18331833年，直流电机年，直流电机188

4、51885年，异步电动机年，异步电动机18891889年，三相系统年，三相系统 汽发：消化引进，设计汽发：消化引进，设计600MW 700MW700MW水发水发, , 三峡电站；三峡电站； 500kV500kV输电线路以及相应的变压器；输电线路以及相应的变压器； 500kV500kV直流输电，西电东送运行中直流输电，西电东送运行中 ） 第12页/共53页1）研究领域研究领域 新要求：安全、可靠、经济、环保新要求：安全、可靠、经济、环保 新能源技术：风力发电，波浪发电新能源技术：风力发电，波浪发电,太阳能发电等太阳能发电等 机电一体化：电机、电力电子与微电子结合机电一体化：电机、电力电子与微电子

5、结合 节能电机与电机的节能控制节能电机与电机的节能控制第13页/共53页 新能源技术 风力发电第14页/共53页 太阳能发电第15页/共53页8.1 磁路及磁路的基本定律磁路及磁路的基本定律 ( (第16页/共53页1N2N2i1i2i1i1N2N( () ) 第17页/共53页1W2W 能量转换装置中的磁场与磁路能量转换装置中的磁场与磁路 i1输入电能Input Energy电能Electric Energy磁场电气回路电气回路输出电能Output Energyi2电能Electric Energy单相变压器单相变压器 磁场第18页/共53页转子(Rotor)定子绕组(Stator wind

6、ing)定子铁心(Stator core)电端口(Electric port)ABC旋转电机能量转换端口机械端口(Mechanical port)第19页/共53页机械能MechanicalEnergy 电能ElectricEnergy磁场机械承力部件电气回路磁场第20页/共53页 发电机磁极单独存在时不构成磁路发电机磁极单独存在时不构成磁路发电机磁极与定子铁心构成的磁路发电机磁极与定子铁心构成的磁路有线圈有铁心有线圈有铁心才能构成磁路才能构成磁路有线圈没有铁心有线圈没有铁心时不构成磁路时不构成磁路第21页/共53页u 与磁路相关的基本物理量与磁路相关的基本物理量 a.a. 磁场强度磁场强度

7、H H A/m(Magnetic Field Intensity, H, A/m)2iHr第22页/共53页a. a. 磁场强度磁场强度 H H A/m2iHrH liH l磁压降磁压降0HFeH与(Magnetic Field Intensity, H, A/m)Fe0Fe0FN i磁动势磁动势第23页/共53页 b. 磁感应强度B（磁通密度）(Intensity of Magnetization / Density of Magnetic flux) 描述磁场强弱及方向的物理量。描述磁场强弱及方向的物理量。 单位单位(Unit)：T,Gs T,Gs ， 1Gs=101Gs=10-4-4T

8、T c. c. 磁通量磁通量 ( (Magnetic Flux) ) ( (垂直垂直) )穿过截面穿过截面S S的磁力线根数。的磁力线根数。 在均匀磁场，且在均匀磁场，且B B 与与S S垂直时，有垂直时，有 单位：单位：Wb Wb, Mx 1 1Mx=10=10-8-8WbBS.SB dS 第24页/共53页d. d. 磁导率磁导率磁导率磁导率表示物质导磁能力的大小。表示物质导磁能力的大小。 为磁导率，其单位为为磁导率，其单位为 H/m 磁场强度的单位为磁场强度的单位为 A/m真空的磁导率真空的磁导率 H/mBH70410铁磁物质：铁、钴、镍及其合金非铁磁物质：空气、水、油、铜、铝 第25页

9、/共53页 逻辑：逻辑： 能量转换需要能量转换需要磁场磁场 要转换很大的功率，需要很多的磁通要转换很大的功率，需要很多的磁通 磁场由激磁电流产生，希望以小的激磁电流产生磁场由激磁电流产生，希望以小的激磁电流产生较多的磁通。首要问题是较多的磁通。首要问题是: : 研究激磁电流与磁路中磁通的关系：研究激磁电流与磁路中磁通的关系： （1 1）全电流定律全电流定律描述描述H-i 之间关系之间关系 （2）磁路欧姆定律磁路欧姆定律描述描述磁通与电流的关系磁通与电流的关系 第26页/共53页Ni2N iHR 1li螺线管solenoid第27页/共53页2N iHR 1li螺线管solenoid第28页/共

10、53页NiHl第29页/共53页其中其中: : F=Ni 磁路的总磁动势磁路的总磁动势 HFelFe 铁心上的磁压降铁心上的磁压降 H 气隙上的磁压降气隙上的磁压降若磁回路中存在气隙，若磁回路中存在气隙， 当气隙长度当气隙长度远远小于铁心截面远远小于铁心截面的边长时，的边长时， 铁心和气隙中分别为近似均匀磁场，则铁心和气隙中分别为近似均匀磁场，则: : 带气隙的铁心磁路带气隙的铁心磁路 Fe FeFNiH lHk kH li 第30页/共53页1N2N1i2i1 12 2FN iN iHl 第31页/共53页 安培环路定律安培环路定律: :沿空间任意条闭合回路，磁场强度沿空间任意条闭合回路，磁

11、场强度H 的线积分等于该闭合回路所包围的电流的代数和。的线积分等于该闭合回路所包围的电流的代数和。i3l H dl i2 i1注：若注：若 i 与与 l 符合右手螺符合右手螺旋关系，旋关系， 取正号，否则取负取正号，否则取负 。其中大拇指所指为其中大拇指所指为 i 的方向，的方向，四指为四指为 l 方向。方向。123()iii lH dlirr2 2）全电流定律一般形式）全电流定律一般形式第32页/共53页,B A B=HH (Ohms Law for uniform magnetic circuit)FeFeBlNiFlA 第33页/共53页FeFeBlNiFlA mFRmF mlRSmR1

12、mmSRlm第34页/共53页1) 引入磁动势引入磁动势, 磁阻磁阻,磁导有什么作用磁导有什么作用?2) 磁导与哪些因素有关磁导与哪些因素有关?3) 从磁路欧姆定律出发，磁通从磁路欧姆定律出发，磁通 的大小受哪些因的大小受哪些因数的影响？数的影响？思考思考 (Ponder): 第35页/共53页0FemFemFelFRRSS其中 : : 铁心部分对应的磁阻 : 气隙部分对应的磁阻 mFeRmRmRmFeR: : 铁心中消耗的磁动势: : 气隙中消耗的磁动势FelFe0第36页/共53页()mmFNi 1mmARl第37页/共53页第38页/共53页第39页/共53页铁磁材料的磁化特性（B BH

13、 H 曲线/ /磁化曲线）1) 1) 铁磁材料的磁化特性铁磁材料的磁化特性B=f(H)BHO起始磁化曲线: B=f (H)0BH第40页/共53页起始磁化曲线(Origin B-H curve ): B=f (H) oa为起始段(Starting section) ab为线性段(Linear section) bc为饱和段(Saturation section) 随 H 的变化而变化 ()Fef HFe非铁磁材料的非铁磁材料的磁化特性磁化特性：B=0 H膝点0BHBHOB=f(H)abcd( )Fef H第41页/共53页 磁密落后于磁场强度，亦即磁通落后于产生该磁通的磁密落后于磁场强度，亦即

14、磁通落后于产生该磁通的激磁电流的现象，称为磁滞现象激磁电流的现象，称为磁滞现象( (Magnetic hystersis ) )。 铁磁材料进行周期性磁化所反映的物理现象 BH0mBmHmBmHcHrBBH0rBcH2 2） 磁滞回线磁滞回线剩磁(Remanence)矫顽力(coercive force) 第42页/共53页基本磁化曲线或平均磁化曲线:(Average magnetization curve)第43页/共53页 交流铁心线圈电路交流铁心线圈电路eddeNdtdt dieLdt turnee第44页/共53页2)2)关于公式关于公式 (Formula) eBlveBlvlBlab

15、vBfecde+_第45页/共53页u 电机分析中所用其它物理定律电机分析中所用其它物理定律 0sB ds 12 12（1）磁通连续性定律(Magnetic flux continuity law) 第46页/共53页（2 2）电磁力定律）电磁力定律 (Electromagnetic force) 载流导体在磁场中要受到电磁力，若导体中电流为i，导体长度为l，导体所在处的磁通密度为B，则电磁力为：()fiB lrrr当电流 i 的方向与磁密 B 的方向垂直时电磁力大小为：fB li注：电磁力方向由注：电磁力方向由左左手定则手定则 决定决定第47页/共53页（3 3）三个电路定律）三个电路定律

16、(Three laws of circuit) 0I 0U 11331()0I RI Ru 123()0III 2u1R2R3R1I2I3I1u01UI Z 第48页/共53页RIUERIUE.U=RI+(-E) URIE&（a）直流电路 （b）交流电路iueNNUIE.u=Ri+(-e) URIE&第49页/共53页 当铁心中磁通交变时，要产生铁心损耗，它由磁滞损耗与涡流损耗两部分组成。(1(1）磁滞损耗）磁滞损耗 (Hystereis loss) 铁磁材料置于交变磁场中时，材料被反复交变磁化，其分子运动所消耗的能量。 磁滞损耗与磁滞回线的面积、电流频率f、铁心体积V 成正比。 u 铁心的交流损耗铁心的交流损耗 (Loss in iron core)hhmPK f BV第50页/共53页 当通过铁心的磁通随时间变化时，铁心中将产生感应电势，因为铁心可以导电，因而在其中引起环流。这些环流在铁心内部围绕磁通作涡流状流动，称为涡流。涡流在铁心中引起的损耗，称为涡流