第1章电机学基础知识.ppt

1、电机与拖动,1,第1章 电机学基础知识,第1章 电机学基础知识,2,第 1 章 电机学基础知识,1.1 电机的基本功能与主要类型,1.3 电机的制造材料,1.2 电机的基本原理,下一章,上一章,返回主页,3,1.1 电机的基本功能与主要类型,一、按照能量转换和信号传递所起的作用分类 1. 发电机 将机械能转换为电能。 2. 电动机 将电能转换为机械能。 3. 变压器、变流器、变频机、移相器 变换电压、电流、频率、相位。 4. 控制电机 作为自动控制系统的控制元件，起检测、放大、 执行和校正作用。,4,二、按照电机的结构特点及电源性质分类,1. 变压器 2. 旋转电机,静止的电机。,直流电机 交

2、流电机,直流发电机 直流电动机,交流发电机 交流电动机,单相交流电机 三相交流电机,同步电机 异步电机,5,1.2 电机的基本原理,一、磁场的基本概念 1. 磁感应强度和磁力线,磁场可以由电流产生。 产生磁场的电流 励磁电流。 磁感应强度B 用于表征磁场的强弱和方向。 单位：T 磁场中各点的磁感应强度可以用磁力线的疏密 程度来表示。 磁力线的分布和方向：,6,磁力线的分布和方向：,磁力线的特性：, 磁力线的回转方向和电流方向之间的关系遵 守右手螺旋法则。 磁力线总是闭合的，既无起点，也无终点。 磁场中的磁力线不会相交。,I,I,7,2. 磁通量和磁通连续性定律,在均匀磁场中：,磁通 (韦伯 W

3、b) ： 穿过某一截面 A 的磁感应强度B 的通量。, = A B dA, = BA,8,3. 磁场强度和磁导率,通过任意封闭曲面的磁通量总和必等于零，即,磁场强度 H ( A/m) ： 表征磁场的强弱和方向的量。,H 与 B 的关系与区别 (在各向同性介质中),B = H 磁导率 ( H/m )：表征磁场中介质的导磁能力。 对各向同性介质 为标量；线性介质 为常数。 真空的磁导率： 0 = 4107 H/m H I， H 与介质的性质无关。 B 与 I 的大小和介质的性质均有关。,9,4. 磁场储能,磁场能够储存能量。 电机通过磁场储能实现机电能量的转换。 磁场中的能量密度为 对于线性介质：

4、 磁场中的总储能为 磁场能量主要集中储存在气隙中。,10,2,二、磁路及其基本定律, u1 ,1,主磁通,漏磁通,磁路,励磁绕组,变压器磁路,直流电机磁路, u2 ,11,1. 安培环路定律,= N i,如图： i = i1i2i3,无分支磁路,l A ,2. 磁路的欧姆定律,12,磁动势： F = N i 为作用在磁路上的安匝数 。 磁阻：,磁路欧姆定律只能用于定性分析磁路 因为 不是常数，故 Rm 非线性。,串联磁路的总磁阻为,13,2 = 13 任一闭合面： = 0 4. 磁路的基尔霍夫第二定律 F1 =H dl i = Hklk Ni = H1l1H2 l2 = Rm11Rm22 或

5、Ni = H1l1H3 l3 = Rm11Rm33,3. 磁路的基尔霍夫第一定律,闭合面,l1 A1 11,l3 A3 33,l2 A2 22,N,14,第 k 段磁路的磁压降为,第 k 段磁路的磁阻为,沿任何闭合磁路磁动势的代数和等于磁压降 的代数和。,F = Hklk = Rmkk,15,磁路和电路的比较,16,【例1-1】 图示的磁路由电工钢片叠压而成，铁心的 叠压系数为 kFe= 0.94，各段铁心的截面积均为 A = 0.8 10-3 m2，长度分别为 l1 = 0.08 m，l2= 0.1 m，l3= 0.037 m， l4 = 0.037 m，l5 = 0.1 m，气隙长度 =

6、0.006 m，已知铁心 的磁导率为空气磁导率的 1900 倍，励磁绕组的匝数 N = 2000，如要在铁心中产生 10-3 Wb 的磁通，求需要多大的 励磁电流。,解：铁心的净面积为 Ak = kFeA = 0.940.810-3 m2 = 0.75210-3 m2,铁心中的平均磁通密度为,17,铁心部分的磁场强度为,铁心部分的磁压降为,不考虑边缘效应，则气隙中磁通密度与铁心中相等， 故气隙中磁场强度为,18,气隙磁压降为,该磁路所需的总磁动势为,励磁电流为, 尽管 1.5%l ， 但 H = 96.8% Hl 。,磁路中气隙的影响 当F 一定时， 气隙 的存在使 大幅减小。 若要保持 一定

7、，则需增大磁动势 F 。,19,边缘效应,增大了气隙的有效面积。,20,三、电磁感应定律, u ,正方向（参考方向）,磁通链 = N 。,设 = m sin t 则 e =N m cos t = Em sin( t 90o),E = 4.44 f Nm,1. 变压器电动势,21,2. 运动电动势,e = Bv l,1. 线圈的电感 = Li,四、线圈的电路方程,右手定则,22,2. 线圈的电路方程,忽略漏磁通时：,u = uRe, 电抗：X = L = 2f L 阻抗：Z = RjX,线圈的等效电路,23,五、电磁力定律与电磁转矩,左手定则,f = Bl i,1. 电磁力,2. 电磁转矩,Te

8、 = 2Bl i r,（单位：N）,（单位：N m ）,24,六、电机的可逆性原理,施加 i 电磁力 电磁转矩 驱动机械负载 电动机。 施加转矩 T 旋转 感应电动势 输出电功率 发电机。,25,1.3 电机的制造材料,一、概述,制造材料主要包括： 导磁材料、导电材料、绝缘材料、结构材料、 散热材料、冷却材料、润滑材料等。,导电材料：铜、铝。 导磁材料：各种成分的铸钢（电工钢片）。 绝缘材料：各种绝缘纸、油性玻璃漆布、 有机硅玻璃粘带、酚醛玻璃纤维压塑料,26,材料（介质）按磁导率分类： 非铁磁（非磁性）材料、铁磁（磁性）材料。 非铁磁材料（如空气、铜、铝和绝缘材料等）： 0 = 4107 H

9、 / m 顺磁材料（如空气）： 略大于 0 。 反磁材料（如铜）： 略小于 0 。 1. 高导磁性,铸钢： 1 000 0 硅钢片： ( 6 000 7 000) 0 玻莫合金： 比 0 大几万倍。,二、铁磁材料的重要性质,27,铁磁材料高导磁性的微观机理,磁畴（磁化前）,磁畴（磁化后）,铁磁材料被磁化 铁磁材料在外磁场中呈现很强的磁性这一现象。 因其内部存在着很多很小的“磁畴”。 由此产生的附加磁场比同一 H 在非铁磁材料中 所激励的磁场要强得多。,28,起始磁化曲线,2. 磁饱和性,B = H（ 常数）,3. 磁滞性,剩磁,矫顽磁力,磁滞回线,膝点,基本磁化曲线,29, 硬磁材料 BH 曲

10、线宽，Br 大、Hc 大。 用于制造永磁铁。 软磁材料 BH 曲线窄， Br 小、Hc 小。 用于制造变压器、电机等电器的铁心。 矩磁材料 BH 曲线形状接近矩形， Br 大、Hc 小。 用于计算机中，作记忆单元。,按磁滞回线的不同，铁磁材料可分为,30,4. 铁心损耗,(1) 磁滞损耗 Ph (2) 涡流损耗 Pe,铜损耗使线圈发热， 铁损耗使铁心发热。 减小铁损耗的方法： 使用软磁材料减小Ph 。 增大铁心的电阻率， 减小涡流及其损耗 。 用很薄的硅钢片叠成铁心， 减小涡流及其损耗 。,涡流损耗,(a),(b),0.35mm 0.30mm 0.27mm 0.22mm,31,磁滞损耗系数,磁场交变的频率,磁感应强度最大值,铁心的体积,磁滞回线