电机原理及拖动课件 绪论.ppt

1、电机与电力拖动,中南大学信息科学与工程学院电气工程系,绪 论,电机是以电磁感应和电磁力定律为基本工作原理进行电能的传递或机电能量转换的装置。 以电动机为原动机拖动生产机械运动的拖动方式，称为电力拖动。 一、电机与电力拖动发展简况： 1820年奥斯特发现了电流在磁场中受力的物理现象，安培对该现象进行了总结。在此基础上人们在实验室制造出直流电动机模型 1834年亚哥比制造出第一台可供实用的直流电动机,1838年人们将亚哥比直流电动机用于拖动电动轮船试验最早的电力拖动（供电的是化学电池） 1831年法拉第发现了电磁感应定律为制造发电机提供了依据。（此后，造出了直流发电机，替换了化学电池） 1871年

2、凡麦尔准发明了交流发电机 1878年亚布洛契可夫用交流发电机和变压器为照明装置供电 1885年意大利物理学家费拉利斯发现了两相电流可以产生旋转磁场，1886年费拉利斯和垣斯拉（美国）制造出二相感应电动机模型 1888年多里沃多勃罗沃尔斯基提出三相制，制造出三相感应电动机,奠定了现代三相电路和三相电机的基础,进入20世纪之后，人们在降低电机成本、减小电机尺寸、提高电机性能、选用新型电磁材料、改进电机生产工艺等方面进行了大量的工作。 我国的电机制造工业实际上是解放后才发展起来的（解放前的小电机厂大多为修理和装配厂，制出的直流发电机200KW；电动机135KW；变压器2000KVA） 50年代末，生

3、产出5万KW的汽轮发电机、7.25万KW的水轮发电机和12万KVA的变压器 70年代，我国生产出30万KW的汽轮发电机、30.8万KW的水轮发电机 现在，我国已生产出60万KW的发电机、变压器55万KVA 目前，美、俄、瑞士等国生产出115-123万KW的汽轮发电机、美国70万KW的水轮发电机,随着各类电机的制造成功，电力拖动技术也迅速发展，电力拖动成为拖动各种生产机械的主要方式 电力拖动发展初期，采用“成组传动”方式（一拖多） 1920-1930年，采用“单电动机拖动”和“多电动机拖动”方式 现在，各种生产机械对电力拖动系统提出了更高的要求这些要求都要靠电动机和控制系统组成的自动控制系统来完

4、成,二、电机在国民经济中的作用：,是电能的生产、传输和分配中的主要设备 各种生产机械和装备的动力设备 自动控制系统中的重要元件,图 0-1 简单的电力系统示意图,三、电机的分类：,四、电机中所用的主要材料： 电机是进行机电能量转换或讯号转换的机械电磁装置。由此，电机中所用的材料无外乎： 1）导电材料：构成电机中的电路系统，为了减少损耗，要求材料的电阻率小，常用的有紫铜和铝。 2）导磁材料：构成电机中的磁路系统，要求材料具有较高的导磁率和较低的铁耗系数，常用硅钢片、钢板和铸钢。,3）绝缘材料：作为带电体之间及带电体与铁心间的电气隔离，要求耐热好，介电性能高。 4）结构材料：使电机各个零件构成一个

5、整体，要求材料的机械强度好，加工方便，重量轻。,五、电机的发热：,任何机械装置工作了一段时间后，都会出现发热的现象，显然，这是损耗的出现所导致的结果。 温升：电机的温度在工作了一段时间后不再上升而达到某一稳定数值，此值和周围冷却介质温度之差，我们称之为温升。 电机的温升不仅取决与损耗的大小和散热情况，还与电机的工作方式有关：,定额：制造厂按国家标准的要求对电机的全部电量和机械量的数值以及运行的持续时间和顺序所做的规定称为电机的定额，（即电机的工作方式）。 1）连续定额 2）短时定额 3）周期工作定额 六、电机的冷却： 电机的冷却快慢直接决定了电机的寿命和额定容量。 1）冷却介质：空气，水和油等

6、 2）冷却方式：外部冷却和内部冷却。现代巨型电机均采用内部冷却方式。,七、电机的防护： 电机的防护方式有开启式、防护式、封闭式和 防爆式。 1）开启式：即电机的定子两端和端盖上都有很大的通风口，散热好但只能在清洁、干净的环境中使用； 2）防护式：机座下面有通风口，散热好，但不能防止潮气和灰尘，适于在干燥的环境中使用； 3）封闭式：完全封闭，适用于任何环境； 4）防爆式：在封闭的基础上制成隔爆形式，机壳有足够的强度。适用与易燃易爆的场合。,八、本课程常用的物理概念和定律,1. 磁感应强度B,磁场是由电流产生的，描述磁场强弱及方向的物理量是磁感强度B,磁力线的方向与电流的方向满足右手螺旋关系, 如

7、下图:,电流,磁感应线,2.磁感应通量,穿过某一截面S的磁感应强度B的通量,即穿过截面S的磁力线根数称为磁感应通量,用表示. 即=s Bds,在均匀磁场中，如果S与B 垂直,如右图,则上式变为 = B S 或 B = / S,B,S,均匀磁场中的磁通,3. 磁场强度H,计算导磁物质中的磁场时，引入辅助物理 量磁场强度H，它与磁密B的关系为 B =H 式中 为导磁物质的导磁率。真空中的导磁率 铁磁材料的0 国际单位制中H的单位为A/m,4. 安培环路定律,在磁场中，沿任意一个闭合磁回路的磁场强度线积分，等于该回路所环链的所有电流的 代数和。即： 或： 后式理解为消耗在任一闭合磁回路上的磁通势,等

8、于该磁路所链着的全部电流.,5. 铁磁材料的磁化特性,测出各种铁磁材料在不同磁场强度H下对应的磁密B，并画成BH曲线,称为磁化曲线。从右图可以看到，磁化曲线不是单值的,而是具有磁滞回线的特点。,磁化特性的另一特点：饱和性,a,b,c,H,B,铁磁材料的原始磁化特性,右图是铁磁材料的原始磁化特性。其中a为跗点，b为膝点，c为饱和点,过了饱和点c,铁磁材料的磁导率趋近于真空的导磁率。,6. 简单磁路的计算方法,右图是一个最简单的磁路，是由铁磁材料和气隙两部分串联而成，根据安培环路定律，则：,具体计算时，根据给定各段磁路里的磁通 ,先算出各段磁路中对应的磁通密度B（B= /s）,然后根据算出的磁通密

9、度B，求磁场强度H （H= B/） 。,H l + H= I N,7. 载流导体在磁场中的安培力,磁场对场中载流导体施加的力称为安培力。 在通以电流 i 的导体上取一小段导体 dl，其电流元idl 受安培力的大小及方向，由安培定律来描述,即：,d f = B idl,式中 B为电流元所在处的磁感应强度； df为磁场对电流元的作用力。,在均匀磁场中，若载流直导线与B方向垂直，长度为l ，流过的电流为i ，则载流导线所受的力为：,f = B l i,确定载流导体受力方向由左手定则确定。,8. 电磁感应定律,变化的磁场会产生电场，使导体中产生感应电动势这就是电磁感应现象。 在电机中，电磁感应现象主要

10、表现在两个方面：,导体与磁场有相对运动,导体切割磁力线时，导体中产生感应电动势，称为切割电动势。 线圈中的磁通变化时，线圈内产生感应电动势，称为变压器电动势。,切割电动势,长度为 l 的直导体在磁场中与磁场相对运动，导体切割磁力线的速度为 v ，导体处的磁感应强度为 B 时，若磁场均匀，且直导体 l 、 B、 v 三者互相垂直，则导体中感应电动势为： e = B l v 感应电动势的方向由右手定则确定。,变压器电动势,如右图，匝数为N的线圈环链着磁通，当变化时，线圈两端感应电动势 e ，其大小与线圈匝数及磁通变化率成正比，方向由楞次定理决定。 当 增加时，即d/d t 0, 根据楞次定理，A点

11、为高电位； 当 减小时，即d/d t 0, 根据楞次定理，A点为低电位。,按左手螺旋关系规定e与的正方向,如右图，d/d t 与 e 的符号是一致的,同时为正或同时为负,这样，e 和之间的关系就应为：,磁通及其感应电动势,为了写成数学表达式，首先要规定电动势 e 的正方向，有以下两种方法。,e与的如右图示，此时e的正方向指向X。在这种情况下 ，d/d t 与 e 的符号是相反的，e 和之间的关系就应为：,磁通及其感应电动势,按右手螺旋关系规定e与的正方向,九、本课程的性质、任务及教材 电机与电力拖动是电气工程及其自动化、自动化和非电机专业的主要专业基础课，为学习自动控制系统等专业课打下坚实的理论基础; 同时，本课程又兼有专业课的性质, 紧密联系科学试验与生产实际 透彻地掌握各种电机（变压器）的工作原理和各种电力拖动系统的静态、