《電機(jī)學(xué)緒論》PPT課件.ppt

電 機(jī) 學(xué) 第3版,湯蘊(yùn)璆 羅應(yīng)立 梁艷萍 編著,普通高等教育“十一五”國家級規(guī)劃教材,緒論,電機(jī)在國民經(jīng)濟(jì)中的作用 電機(jī)發(fā)展簡史 我國電機(jī)工業(yè)發(fā)展概況 電機(jī)的分析方法 本課程的任務(wù) 課程特點(diǎn)和學(xué)習(xí)方法建議,電機(jī)在國民經(jīng)濟(jì)中的作用,電機(jī)是一種機(jī)電能量轉(zhuǎn)換或信號轉(zhuǎn)換的電磁機(jī)械裝置。就能量轉(zhuǎn)換的功能來看，電機(jī)可分為發(fā)電機(jī)和電動(dòng)機(jī)兩大類。,發(fā)電機(jī)用以把機(jī)械能轉(zhuǎn)換為電能。在發(fā)電站中，通過原動(dòng)機(jī)先把各類一次能源蘊(yùn)藏的能量轉(zhuǎn)換為機(jī)械能，然后通過發(fā)電機(jī)把機(jī)械能轉(zhuǎn)換為電能，再經(jīng)輸、配電網(wǎng)絡(luò)送往各種場合供公眾使用。,電動(dòng)機(jī)把電能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能，用來驅(qū)動(dòng)各種用途的生產(chǎn)機(jī)械和裝置，滿足不同的需求。,電力變壓器則是將一種交流電壓、電流轉(zhuǎn)換成同頻率的另一種電壓、電流的靜止電器。,電機(jī)在國民經(jīng)濟(jì)中的作用,由于一次能源形態(tài)的不同，可以制成不同類型的發(fā)電機(jī)。,利用水力資源，和水輪機(jī)配合，可制成水輪發(fā)電機(jī)；利用煤、石油等能源的熱能，和鍋爐、汽輪機(jī)配合，可制成汽輪發(fā)電機(jī)。此外，還有利用風(fēng)能、原子能等能源的各類發(fā)電機(jī)。,電機(jī)在國民經(jīng)濟(jì)中的作用,電動(dòng)機(jī)作為動(dòng)力設(shè)備，已廣泛應(yīng)用于機(jī)械行業(yè)的工作母機(jī)，冶金行業(yè)的高爐、轉(zhuǎn)爐、平爐和軋鋼機(jī)，交通運(yùn)輸行業(yè)中的電車、電力機(jī)車，各類企業(yè)中的鼓風(fēng)、起吊、運(yùn)輸傳送，農(nóng)業(yè)中的電力排灌、農(nóng)副產(chǎn)品加工，以及醫(yī)療器械、家用電器等各行各業(yè)，大至冶金企業(yè)使用的高達(dá)上萬千瓦的電動(dòng)機(jī)，小至小功率電動(dòng)機(jī)、乃至幾瓦的微電動(dòng)機(jī)。在各類動(dòng)力機(jī)械中，電動(dòng)機(jī)的容量已超過總?cè)萘康?0%。,電機(jī)在國民經(jīng)濟(jì)中的作用,根據(jù)應(yīng)用場合的要求和電源的不同，電動(dòng)機(jī)有直流電動(dòng)機(jī)、交流同步電動(dòng)機(jī)、交流感應(yīng)電動(dòng)機(jī)，以及滿足不同需求的特種電動(dòng)機(jī)。20世紀(jì)70年代以后，由于大功率電力電子器件、微電子器件、變頻技術(shù)以及計(jì)算機(jī)技術(shù)取得的一系列進(jìn)展，還研制出多種調(diào)速性能優(yōu)良、效率較高、能滿足不同要求的交流電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)，和由變頻器供電的一體化電機(jī)。,電機(jī)在國民經(jīng)濟(jì)中的作用,就信號轉(zhuǎn)換功能的控制電機(jī)而言，大體上有測速電機(jī)、伺服電機(jī)、旋轉(zhuǎn)變壓器和自整角機(jī)等幾種，這些電機(jī)主要用于自動(dòng)控制系統(tǒng)中作為檢測、執(zhí)行、隨動(dòng)和解算元件，例如機(jī)床加工的自動(dòng)控制，艦船方向舵的自動(dòng)控制，大炮和雷達(dá)的自動(dòng)定位，飛機(jī)的飛行控制，計(jì)算機(jī)、自動(dòng)記錄儀表運(yùn)行的控制等。這類電機(jī)通常為微型電機(jī)，對精度和快速響應(yīng)的要求較高。,電機(jī)在國民經(jīng)濟(jì)中的作用,在電力工業(yè)中，發(fā)電機(jī)是生產(chǎn)電能的主要設(shè)備；變壓器是變電站輸、配電線路中對電壓進(jìn)行變換的主要設(shè)備；在機(jī)械、冶金、紡織、煤炭、石油、化工、交通運(yùn)輸和家用電器等行業(yè)中，電動(dòng)機(jī)是各種生產(chǎn)機(jī)械的主要?jiǎng)恿υO(shè)備；在國防和民用的各種自動(dòng)控制系統(tǒng)中，控制電機(jī)是重要和不可缺少的元件。,電機(jī)在國民經(jīng)濟(jì)的各個(gè)領(lǐng)域中起著極其重要的作用。,我國電機(jī)工業(yè)發(fā)展概況,從仿制階段到自行設(shè)計(jì)階段一直到研究、創(chuàng)新階段，經(jīng)過50年的努力，我國已經(jīng)建立起自己的電機(jī)工業(yè)體系，有了統(tǒng)一的國家標(biāo)準(zhǔn)和統(tǒng)一的產(chǎn)品系列，建立了全國性的研究實(shí)驗(yàn)基地和研究、工程技術(shù)人員隊(duì)伍。,在大型交、直流電機(jī)方面，研制成功25000kW的直流電動(dòng)機(jī)，4700kW的直流發(fā)電機(jī)和42MW的同步電動(dòng)機(jī)。,在大型發(fā)電設(shè)備方面，研制出300MW和600MW的水氫氫冷汽輪發(fā)電機(jī)，300MW的雙水內(nèi)冷和全氫冷汽輪發(fā)電機(jī)，650MW的核電機(jī)組；還相繼研制出125MW、250MW、300MW、550MW和700MW的水輪發(fā)電機(jī)。,電力變壓器的最大容量已做到840MVA，電壓最高為750kV。,我國電機(jī)工業(yè)發(fā)展概況,在中、小型和微型電機(jī)方面，已開發(fā)和制成125個(gè)系列、上千個(gè)品種、幾千個(gè)規(guī)格的各種電機(jī)。在特殊電機(jī)方面，由于新的永磁材料的出現(xiàn)，制成了許多高效節(jié)能、維護(hù)簡單的永磁電機(jī)。由于電機(jī)和電力電子裝置、單片微型計(jì)算機(jī)相結(jié)合，出現(xiàn)了各種性能和形態(tài)迥異的“一體化電機(jī)”。,上述各種類型的電機(jī)，除滿足我國生產(chǎn)和生活領(lǐng)域中的各種不同需求外，尚有部分出口。,電機(jī)的分析方法,1電機(jī)的分析步驟,(1)電機(jī)內(nèi)部物理情況的分析,運(yùn)動(dòng)方程是磁動(dòng)勢方程(磁鏈方程)、電壓方程和轉(zhuǎn)矩方程的總稱。導(dǎo)出運(yùn)動(dòng)方程就是把電機(jī)內(nèi)所發(fā)生的電磁過程、機(jī)電過程和動(dòng)力學(xué)過程，利用電磁學(xué)和動(dòng)力學(xué)的基本定律，用數(shù)學(xué)方程的形式將其表達(dá)出來，這是第二步。這一步也稱為“建立數(shù)學(xué)模型”。,首先是弄清電機(jī)的基本結(jié)構(gòu)和主要部件的功能，再根據(jù)電機(jī)的磁路和電路，分析空載和負(fù)載時(shí)電機(jī)內(nèi)部的磁場，初步弄清這種電機(jī)的工作原理，這是第一步。這一步實(shí)質(zhì)上就是“建立物理模型”。,(2)導(dǎo)出電機(jī)的運(yùn)動(dòng)方程,電機(jī)的分析方法,(3)求解運(yùn)動(dòng)方程,根據(jù)運(yùn)動(dòng)方程和求解問題的性質(zhì)(是穩(wěn)態(tài)還是瞬態(tài)，是對稱還是不對稱運(yùn)行等等)，選擇運(yùn)動(dòng)方程的解法，求出解析解或數(shù)值解。,(4)結(jié)果分析,通過對解答的分析，確定所需的運(yùn)行性能(特性)和主要運(yùn)行數(shù)據(jù)，如過載能力、穩(wěn)定性、效率、電壓變化率、速度變化率等，以滿足解決某一問題的需要。,電機(jī)的分析方法,2運(yùn)動(dòng)方程的導(dǎo)出方法,(1)主磁通-漏磁通法,把電機(jī)內(nèi)的磁通按其作用和分布，分成主磁通和漏磁通，然后用電磁感應(yīng)定律和基爾霍夫定律列出各個(gè)繞組的電壓方程，用電磁力定律和牛頓第二定律列出轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)矩方程。 此法廣泛應(yīng)用于各種交、直流電機(jī)的穩(wěn)態(tài)分析，優(yōu)點(diǎn)是物理概念清楚，推導(dǎo)比較簡單、直觀；缺點(diǎn)是不能直接用于瞬態(tài)和動(dòng)態(tài)分析。,電機(jī)的分析方法,(2)動(dòng)態(tài)電路法,把電機(jī)作為一組動(dòng)態(tài)電路來對待，把定、轉(zhuǎn)子之間的電磁關(guān)系用一組時(shí)變的自感和互感系數(shù)來表達(dá)，即 L=L(), M=M(), 為轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)角。導(dǎo)出的電壓方程是含有時(shí)變系數(shù)的微分方程，轉(zhuǎn)矩方程則是非線性方程。此法的優(yōu)點(diǎn)是適用范圍較廣，既可用以分析穩(wěn)態(tài)問題，也可用以分析瞬態(tài)和動(dòng)態(tài)問題；缺點(diǎn)是推導(dǎo)過程比較復(fù)雜，物理概念不易立即看清。,課程特點(diǎn)和學(xué)習(xí)方法建議,本課程既有較強(qiáng)的理論性，又有工程性，研究時(shí)以各個(gè)機(jī)種(變壓器，直流電機(jī)，感應(yīng)電機(jī)，同步電機(jī)，控制電機(jī))為對象，這與以前的基礎(chǔ)課是不同的。另外，分析各種電機(jī)的原理和運(yùn)行時(shí)，不但涉及電壓、電流隨時(shí)間的變化，還要涉及磁動(dòng)勢和磁場在空間的分布和變化；不但涉及定、轉(zhuǎn)子繞組間的電磁耦合關(guān)系和機(jī)電關(guān)系，還要涉及轉(zhuǎn)子與原動(dòng)機(jī)(或機(jī)械負(fù)載)之間的動(dòng)力學(xué)關(guān)系；總之涉及面較廣，綜合性較強(qiáng)。,課程特點(diǎn),課程特點(diǎn)和學(xué)習(xí)方法建議,學(xué)習(xí)方法建議,(1)首先要弄清各種電機(jī)的基本結(jié)構(gòu)(包括鐵心、繞組、換向器、集電環(huán)等結(jié)構(gòu))，主要部件的作用和構(gòu)成。為此，需要到電機(jī)實(shí)驗(yàn)室(展覽室)或電機(jī)廠實(shí)地參觀，對實(shí)物建立初步印象。對于直流電樞繞組，進(jìn)行一次習(xí)題課或集體答疑是有益的。,(2)在分析電機(jī)和變壓器的空載和負(fù)載運(yùn)行時(shí)，要注意主磁場、電樞（二次繞組）磁場和漏磁場在電機(jī)內(nèi)是如何分布的，合成磁場是如何形成的，各種磁通的作用是如何表達(dá)的，做到概念清楚；對磁場的分布，頭腦中要有物理圖畫。,課程特點(diǎn)和學(xué)習(xí)方法建議,(3)注意推導(dǎo)基本公式(電動(dòng)勢公式，電磁轉(zhuǎn)矩公式，磁動(dòng)勢公式)和基本方程時(shí)有哪些假定，使推導(dǎo)得以合理簡化；推導(dǎo)時(shí)應(yīng)用了哪些基本電磁定律和力學(xué)定律，哪些原理、理論和方法。重要的公式和方程要自己獨(dú)立地推導(dǎo)一遍，找出其中的關(guān)鍵點(diǎn)?？傊?，在基本理論、基本方法和基本概念上，要花大氣力去鉆研。,(4)注意建立等效電路時(shí)要經(jīng)過哪幾步，每一步的含義和必要性。,課程特點(diǎn)和學(xué)習(xí)方法建議,(5)學(xué)習(xí)交流繞組的磁動(dòng)勢時(shí)，一方面要注意其空間分布，另一方面還要注意其隨時(shí)間而變化的規(guī)律；要注意單相和三相繞組磁動(dòng)勢的合成和分解，并在頭腦中形成物理圖畫。適當(dāng)?shù)亩嗝襟w輔助教學(xué)，對理解這部分內(nèi)容有一定幫助。,(6)弄清發(fā)電機(jī)和電動(dòng)機(jī)的各種特性有什么用途，它們是哪些變量之間的函數(shù)關(guān)系，這些特性是在什么條件下導(dǎo)出的，各