07版电机及拖动基础北方工业大学2

电机与拖动基础

绪论2电机的分类

3电机的应用电能生产——由同步发电机生产；高压输电——由升压变压器将发电机发出的电压升高到输电电压再输送；降压用电——由降压变压器将输来的高压电降为所需低电压，供给用电设备；生产机械的拖动——由各种电动机或电力拖动系统实现；控制系统中的信号转换——由各种控制电机完成。4本教材内容

“电机与拖动基础”课程是把“电机学”和“电力拖动基础”两门课整合为一门课。本教材以电力拖动系统中应用最广泛的电机和电力拖动为重点，从使用的角度介绍交、直流电机、变压器、控制电机的基本结构、工作原理、主要工作特性以及电力拖动系统的运行特性等。5课程性质本课程属专业技术基础课，学习过程中要用到《高等数学》、《大学物理》、《电路》等课程的知识。本课程虽是基础课，但又具有专业性质，讲授的内容是电机方面非常具体、实际的问题。因此，课程的特点是理论性强，实践性也强。6教学目的

本课程的教学目的是，通过课程的学习,使学生掌握常用交、直流电机及变压器的基本结构、工作原理、运行性能和实验方法；了解交直流电力拖动的基础知识，掌握他励直流电动机启动、制动及调速等各种运行状态的静动态特性和参数计算；掌握异步电动机特性分析、启动、制动方法和交流电动机常用调速方法；学会选择电动机容量的方法。7学习方法1首先，学习中应注意，在实际运行着的电机中，电、磁、力、热等物理定律同时起作用，互相制约，分析解决这种复杂问题时，往往需要忽略一些次要矛盾，抓住主要矛盾加以解决，只要所得结果正确，引起的误差在允许的范围内，这在工程上是允许的，这与以前所学课程中解决问题理想化、单一化有很大区别，学习时需有足够的认识。8学习方法2其次应注意，本课程的动力用电机包括变压器及各种电动机等，种类繁多，各具特性，但就其内部电磁关系耦合过程和机电能量转换关系，仍有其内在联系。他们的基本工作原理都是建立在电磁感应定律和电磁力定律基础上的；他们的能量转换都是以磁场为媒介，其电磁关系可抽象为电路参数，得出基本方程式和等值电路，这是共性方面。9学习方法2在学习中应将各种电机的相似性有机地统一起来，注意课程内容的内在联系，形成学习本课程鲜明的主线，只要学好了变压器，对交流机和直流机的内容就比较容易掌握了。10学习方法3最后应注意意，理论联联系实际，，注重做好好本课程开设的相相关实验，，立足于学学会使用各各类电机，，在实验中学学习解决实实际问题的的方法，注注意培养解解决工程实际际问题的能能力。11基本电磁定定律学习本课过过程中常要要用到的基基本电磁定定律有：全电流定律律、磁路欧欧姆定律、、电磁力定定律、电磁磁感应定律、基基尔霍夫电电流定律和和电压定律律等。12（1）电路定律律①电路欧姆定定律流过电阻R(resistance)的电流I(current)大小与电阻阻两端的电电压U(voltage)成正比，与与电阻R的大小成反反比，即有有13（1）电路定律律②基尔霍夫第第一定律电路中任意意节点的电电流的代数数和等于零零，即有③基尔霍夫第第二定律对电路中任任一回路，，电压降的的代数和等等于电动势势(emf)的代数和，，即有14（2）电磁感应应定律一匝数(turn)为N的线圈(winding)，在变化的的磁场中产生的的感应电动动势e(induceelectromotiveforce)的大小与线线圈匝数N和线圈所交交链的磁通通(themagnticflux)对时间的变变化率dF/dt成正比，当当感应电动动势正方向与产生它它的磁通正正方向符合合右手螺旋旋定则时，，则有15（3）全电流定定律磁场中沿任任一闭合回回路的磁场场强度H(themagneticfieldintensity)的线积分等等于该闭合合回路所包围的所有有导体电流流的代数和和，即有16（4）电磁力定定律载流导体在在磁场中受受到力的作作用，当磁磁场与导体相互垂垂直作用时时，作用在在载流导体体的电磁力力为17（5）磁路定律律①磁路基尔霍霍夫第一定定律在磁路(magneticcircuit)中根据磁通通的连续性性可得：穿入任任一闭合面面的磁通必必等于穿出出该闭合面面的磁通，即磁磁路中通过过任何闭合合面上的磁磁通的代数数和等于零，则则有上式中一般般将穿出闭闭合面的磁磁通取正号号，穿入闭合面的磁磁通取负号号。18（5）磁路定律律②磁路基尔霍霍夫第二定定律根据麦克斯斯韦方程可可得出：在在闭合的磁磁路中，各段磁压降降的代数和和等于闭合合磁路中磁磁动势(mmf)的代数和，即即有上式中，H——磁场强度，，A/m；L——各段磁路的的长度，m；N——线积分线路路所包围的的导体数；；I——每根导体所所流过的电电流，A。19（5）磁路定律律③磁路欧姆定定律在无分支的的磁路中，，磁通F与磁动势F大小成正比，与磁路路中的总磁磁阻Rm(totalreluctance)的大小成反比，即有有上式中，Rm——磁路的总磁磁阻，1/H。20磁路与电路路对比表21电机机中中铁铁磁磁材材料料的的特特点点（1）磁磁化化曲曲线线(magnetizationcurve)铁磁磁材材料料具具有有如如下特特点点：：它的的磁磁化化曲曲线线具具有饱饱和和性性，，磁磁导导率率μFe不是是常常数数，，且且随随H变化化而变变化化。。22电机机中中铁铁磁磁材材料料的的特特点点（2）磁磁滞滞回回线线(thehysteresisloop)不同同的的铁铁磁磁物物质质其其磁磁滞滞回线线宽宽窄窄是是不不同同的的，，当当铁铁磁磁材料料的的磁磁滞滞回回线线较较窄窄时时，，可可用它它的的平平均均磁磁化化曲曲线线，，即即基基本磁磁化化曲曲线线进进行行计计算算（（如如图图3曲线线3所示示））。。23电机机中中铁铁磁磁材材料料的的特特点点根据据磁磁滞滞回回线线形形状状的的不不同同，，铁铁磁磁材材料料可可分分为为硬硬磁材材料料(hardmagneticmaterial)和软软磁磁材材料料(softmagneticmaterial)。硬磁磁材材料料的的磁磁滞滞回回线线胖胖宽宽，，剩剩磁磁、、矫矫顽顽力力大大，，如钨钨钢钢、、钴钴钢钢、、镍镍铝铝钴钴合合金金、、钕钕铁铁硼硼等等。。一一般般用用来来制造造永永久久磁磁铁铁。。24电机机中中铁铁磁磁材材料料的的特特点点软磁磁材材料料的的磁磁滞滞回回线线瘦瘦窄窄，，剩剩磁磁、、矫矫顽顽力力小小，，如硅硅钢钢片片、、铸铸钢钢等等。。由由于于电电机机铁铁心心采采用用软软磁磁材材料料制制成，，其其磁磁滞滞回回线线瘦瘦窄窄，，在在进进行行磁磁路路计计算算时时，，为为了了简简化计计算算，，不不考考虑虑磁磁滞滞现现象象，，而而用用基基本本磁磁化化曲曲线线来来表表示B与H之间间的的关关系系，，故故通通常常所所讲讲的的铁铁磁磁材材料料的的磁磁化化曲线是是指基基本磁磁化曲曲线。。25电机中中铁磁磁材料料的特特点（3）交流流磁路路中的的铁心心损耗耗(coreloss)交流磁磁路中中存在在着铁铁心损损耗，，铁心心损耗耗又分分为磁滞损损耗(hysteresisloss)和涡流流损耗耗(eddy-currentloss)。26电机中中铁磁磁材料料的特特点①磁滞损损耗铁磁材材料在在交变变的磁磁场中中反复复磁化化，磁磁畴(domains)间相互互摩擦擦，产产生损损耗，，这种种损耗耗称为为磁滞损耗耗。磁磁滞损损耗与与交变变磁场场的频频率f、铁心心的体体积V、磁滞滞回线线的面面积成成正比比。27电机中中铁磁磁材料料的特特点磁滞损损耗功功率可可用下下式表表示：：式中，，kh——磁滞损损耗系系数，，它的的大小小取决决于材材料性质；；对一一般电电工钢钢片n=1.6～2.3；f——磁通交交变频率；；Bm——磁通密密度的的最大大值。。28电机中中铁磁磁材料料的特特点②涡流损损耗铁心是是有阻阻值的的，当当磁通通交变变时，，铁心心中就就会感应交交变的的电动动势，，在导导电的的铁心心中