电机及拖动基础.ppt

1、主讲：吴云 机械工业出版社,电机及拖动基础,电机及拖动基础,绪言 第一章 磁路 第二章 直流电机 第三章 变压器 第四章 异步电机（一）-三相异步电动机的基本原理 第五章 异步电机（一）-三相异步电动机的运行原理及单相异步电动机 第八章电力拖动系统的动力学基础,第十章 三相异步电机的机械特性及各种运行状态 第十一章 三相异步电机的启动及启动设备的计算 第十二章 三相异步电机的调速 第十三章 多电动机拖动系统 第十四章 电力拖动系统的电动机的选择,第九章 直流电动机的电力拖动,绪 言,一、电机及电力拖动技术的发展概况 20世纪30年代：电动机-发电机组 20世纪40-50年代：串级及离子变频的交

2、流调速系统。无换向器电动机。晶闸管及电子开关的出现为交流调速提供广阔前途 a。工业生产 b。电力工业 c。家电 d。控制系统,二、本课程性质及其特点： 1、基本概念多 2、电磁力关系复杂（电流、电压、磁场、力矩关系） 3、该课程以大学物理和电路理论为基础,三、本课程学习内容： 掌握：变压器、直流电机、异步电机、1）工作原理2）电磁力分析 3）特性及应用 了解单相电动机，同步机，控制电动机。,四、电机的作用与功能： 电机是实现机械能与电能相互转换的电磁机器 电动机：电能机械能 发电机：机械能电能 变压器：U1交流电能U2交流电能,第一章 磁路,第一节 磁路的基本定义 磁场是实现:电能机械能;机械

3、能电能;电能电能.转换的耦合介质,所以其强度的大小和分布决定了电动机的性能,也代表了电动机的性能.由于铁磁材料和气隙的并存难用麦克斯韦尔方程求解.所以常把磁场问题简化为磁路问题处理. 一.磁场的几个常用量:,1.磁感应强度B 电流 磁场:磁场的强弱及方向用磁感应强度B表示,它为矢量 .磁场中各点的磁感应用闭合的磁感应矢量线表示,方向和电流满足右螺旋定理. B.的单位T(特拉斯),即 (韦伯/米平方),2.磁通 : 磁感应强度B与垂直于磁场的面积 的乘积。叫磁通量，简称磁通 。 一般情况定义为： 由于 所以磁感应强度B也叫磁通磁密，简称磁密。 的单位,二 磁路的概念,3.磁场强度H 磁场强度H是

4、计算磁场时的一个物理量。为矢量。 称为导磁率。真空中的导磁率 H的单位为,将磁路和电路比较：磁路的路径可以是铁磁材料也可以是非铁磁材料 图1-1是在电机和变压器中常见的两种磁路形式,主磁通,漏磁通,主磁通,漏磁通,a)变压器磁路,b)两极直流电机,三 磁路的基本定律,1.安培环路定律：,延任何闭环回线 ，磁场强度 的线积分值 等于该闭环回线 所包围的总电流 （代数和）,对于图12 有,图12 安培环路定律,如延任何闭环回线 ，磁场强度 处处相等（均匀磁场），且闭环回线所包围的总电流由通有电流 的 匝提供，则本定理可以写成,2。磁路的欧姆定律,图1-3是等截面无分支铁心磁路,图1-3无分支铁心磁

5、路，铁心上有N匝励磁线圈，通有i ；铁心截面为A ；磁路长度为 ， 为材料的导磁率。不计漏磁通，认为磁密均匀且垂直于各截面，则磁通量 将：,安匝数，称为磁动势（简称磁势）单位A,磁导,例题1-1,有一闭合铁心磁路， 磁路平均长度 ，铁心的导磁率 （注意它仅仅是一点，就是导磁率使得磁路不是线性的），套在铁心上的励磁绕组500匝。求铁心产生1（T）的磁通密度，需要多少磁动势和励磁电流 解： 用安培环路定律 磁场强度： 磁动势： 励磁电流：,3。磁路的基尔霍夫定律,（1）磁路的基尔霍夫第一定律,图14 磁路的基尔霍夫第一定律,当铁心带有分支而不是简单回路，如图在铁心柱上加有磁势时，磁通的路径图中虚线

6、所示。在闭合面中A中，串入和流出的总磁通等于零。,（2）磁路的基尔霍夫第二定律,磁路和电路的类比和区别：,1）电路中有电流就有功率损耗 ；直流磁路中有磁通但铁心中没有损耗 2）电路中的电流全部在导线中流通；磁路中磁通没有绝磁体，磁通在除铁心中在周围空气中也有漏磁通。 3）电路中的电阻在一定的温度下不变；磁路中导磁率 却不是常值，随铁心的饱和程度变化 4）线性电路中满足叠加原理；而铁心中不能用叠加原理,第二节 常用的铁磁材料及其特性,铁磁物质：铁，镍，钴等激起它们的合金。放入磁场中，磁场将明显增强，这种现象叫磁化。关键是磁畴。见图1-6,由于铁磁材料产生的磁场比非铁磁材料强的多,所以其导磁率 大

7、得多.,电动机中常用的铁磁材料的导磁率,一.铁磁物质的磁化,二.磁化曲线和磁滞回线,非铁磁材料中,磁密B 和磁场强度H 之间为线性关系.铁磁材料磁密 B和磁场强度H之间为非线性关系.见图1-7,各种电机和变压器的主磁路中,为获得较大的磁通量,又不过分增加磁势,一般是选择在b点(也叫膝点),1.磁化曲线,将铁磁材料进行周期性磁化, 和 之间的变化关系叫磁滞回线,见图1-8,2.磁滞回线,磁滞:这种 落后于 的现象叫-,磁滞回线:呈现磁滞现象的回线叫-,剩余磁通密度(剩磁),矫顽力,对于同一的铁磁材料选则不同的磁场强度进行反复磁化时,可得到不同的磁滞回线,见图1-9,将各个定点连接起来,所得的曲线

8、叫基本磁化曲线,3.基本磁化曲线,三.铁磁材料,1.软磁材料 回线窄,剩磁和矫顽小的材料.电工硅钢片,铸铁,铸钢等,2.硬磁材料 回线宽,剩磁和矫顽大的材料.铝,镍,钴等.做永久磁铁,B,四.铁心损耗,1。磁滞损耗：铁心材料在交变的磁化，磁畴反复摩擦消耗能量变成热量，造成的损耗叫-,2。涡流损耗：铁心导电，交变得磁密将产生感应电动势引起环流，在铁心中引起涡流损耗。如图1-12,频率 f 铁心面积V 磁滞回线面积,磁滞回线常数 ，材料决定。电工用钢片n=1.62.3,为使回线面积小所以采用片叠成,3。铁心损耗,磁滞损耗与涡流损耗之和叫铁心损耗,一般电工钢片,正常的工作点的磁通密度 铁心损耗可以近

9、似写成:,铁心损耗系数,铁心重量,第三节 直流磁路的计算,1,给定磁通量 求 励磁磁动势(叫正问题),2励磁磁动势 求 磁通量 (叫反问题)试探法，（不讲）,对于正问题，步骤如下：,1）将磁路材料按性质和不同的截面尺寸分段 2）计算各段有效面积 和平均长度 3）计算各段的平均磁通密度 4）根据 求出对应的磁场强度 对于铁磁材料， 可以从磁化曲线上查出，空气可以直接用 算出 5） 计算各段磁路的此压降 最后求出产生给定磁通量时所需的磁动势,一，简单串联磁路,不计漏磁影响 ，一个磁路无分支。各处材料不同，磁通密度不同。但磁通量是相同的。如图1-13,例1-2 铁心材料由铸钢和空气构成，铁心截面 ，

10、磁路平均长度 ，气隙长度 ，求，该磁通量为: 时所需的磁动势。考虑气隙边缘效应，计算时，气隙有效面积长和宽各增加一个 值。,解 铁心内的磁通密度：,由图1-10中的铸钢磁化曲线查得，与 对应的,空气气隙内的磁通密度,气隙磁场强度：,气隙磁压降：,励磁磁动势：,铁心段的磁压降：,简单并联磁路指考虑漏磁影响。或磁路有两个支路以上。电机和变压器的磁路属于这一类。 例1-3。如图1-14简单并联磁路。铁心采用DR530硅钢片，铁心柱和铁轭的桔面积为： ，磁路段平均长度 ，气隙长度 励磁线圈匝数 。不计漏磁通，求在气隙中产生 的磁通密度时，所需的励磁电流i,二，简单并联磁路,解:由于磁路是并联对称,只需

11、计算其中一个磁回路即可,根据磁路基尔霍夫第一定律.得,根据磁路基尔霍夫第二定律.得,由图1-14知,中间铁心段的磁路长度均为:,左右两端铁心段的磁路长度均为:,(1)气隙磁压降,(2)中间铁心段的磁压降,由图1-10中DR530的磁化曲线查得，与 对应的 则中间铁心段的磁压降,(3)左右两端铁心段的磁压降的磁通密度为:,(4)总的磁动势和励磁电流为,第四节 交流磁路的特点,铁心线圈中通以直流电流来励磁:分析简单.励磁电流恒定.线圈中无感应电动势,电流大小取决于线圈电阻本身.功率损耗只有 铁心线圈中通以交流电流来励磁:分析复杂.励磁电流交变.线圈中有感应电动势,电流,电压及功率损耗分析和直流有所不同.但瞬时和直流磁路是一样的,可以遵循基本磁化曲线.磁通量和磁密用交流的瞬时值表示,磁动势和磁场强度用有效值表示.,由图1-10