電機(jī)學(xué) 導(dǎo)論.ppt

2020年2月26日星期三 電機(jī)學(xué) 第一章導(dǎo)論 1 電機(jī)學(xué) 教師 王玉聯(lián)系方式y(tǒng)ujue 2020年2月26日星期三 電機(jī)學(xué) 第一章導(dǎo)論 2 電機(jī)學(xué)課程的特點(diǎn) 綜合性 實(shí)際性 統(tǒng)一性 2020年2月26日星期三 電機(jī)學(xué) 第一章導(dǎo)論 3 電機(jī)學(xué)的基本分析方法 方程式 相量圖和等效電路的分析方法歸算算法 標(biāo)么制凸極處理法 凸極 隱極對(duì)稱分量法 不對(duì)稱實(shí)驗(yàn)分析法 實(shí)驗(yàn) 2020年2月26日星期三 電機(jī)學(xué) 第一章導(dǎo)論 4 怎樣學(xué)好電機(jī)學(xué) 認(rèn)真聽課精讀教材熟練掌握基本電磁規(guī)律掌握各物理量及其參數(shù)之間的關(guān)系物理意義 適用范圍 主要因素 公式習(xí)題和實(shí)驗(yàn)是學(xué)好電機(jī)學(xué)的重要保證 重要的30 實(shí)驗(yàn)臺(tái) 2020年2月26日星期三 電機(jī)學(xué) 第一章導(dǎo)論 5 參考教材 電機(jī)學(xué) 辜承林華中科技大學(xué)出版社 電機(jī)學(xué) 第三版許實(shí)章機(jī)械工業(yè)出版社 電機(jī)學(xué) 湯蘊(yùn)璆機(jī)械工業(yè)出版社 電機(jī)學(xué) 胡虔生中國電力出版社 2020年2月26日星期三 電機(jī)學(xué) 第一章導(dǎo)論 6 課程要求 認(rèn)真聽課獨(dú)立完成作業(yè) 2020年2月26日星期三 電機(jī)學(xué) 第一章導(dǎo)論 7 第一章導(dǎo)論 1 1概述1 2電機(jī)發(fā)展簡(jiǎn)史1 3電機(jī)中的基本電磁定律1 4鐵磁材料特性1 5磁路基本定律及計(jì)算方法 2020年2月26日星期三 電機(jī)學(xué) 第一章導(dǎo)論 8 1 1概述一 電機(jī)的定義 廣義 實(shí)施電能生產(chǎn) 傳輸 使用和電能特性變換的機(jī)械和裝置 狹義 電機(jī)是基于電磁感應(yīng)定律 電磁力定律 能進(jìn)行電磁感應(yīng) 由電路和磁路所構(gòu)成 能進(jìn)行機(jī)電能量轉(zhuǎn)換或信號(hào)變換的電磁機(jī)械裝置 2020年2月26日星期三 電機(jī)學(xué) 第一章導(dǎo)論 9 二 電機(jī)的主要類型 據(jù)速度 電流分 2020年2月26日星期三 電機(jī)學(xué) 第一章導(dǎo)論 10 據(jù)能量轉(zhuǎn)換分 發(fā)電機(jī) 將機(jī)械功率轉(zhuǎn)換為電功率電動(dòng)機(jī) 將電功率轉(zhuǎn)換為機(jī)械功率變壓 流 頻 相位 器 將電功率轉(zhuǎn)換為另一種形式的電功率控制電機(jī) 電氣機(jī)械系統(tǒng)中調(diào)節(jié) 放大和控制作用 2020年2月26日星期三 電機(jī)學(xué) 第一章導(dǎo)論 11 實(shí)物圖 使用中的變壓器 水輪發(fā)電機(jī) 電動(dòng)機(jī) 汽輪發(fā)電機(jī)組 2020年2月26日星期三 電機(jī)學(xué) 第一章導(dǎo)論 12 三 電機(jī)中所用材料 電 電路 導(dǎo)電材料及絕緣材料 導(dǎo)電材料 紫銅 鋁線絕緣材料 聚脂漆 云母片按耐熱能力高低分六個(gè)等級(jí)A 105 E 120 B 130 F 155 H 180 C 180 2020年2月26日星期三 電機(jī)學(xué) 第一章導(dǎo)論 13 2 磁 磁路 導(dǎo)磁材料 硅鋼片 鑄鋼等導(dǎo)磁材料 鐵磁材料3 力 結(jié)構(gòu)材料 鑄鋼 鑄鐵 鋼板等 2020年2月26日星期三 電機(jī)學(xué) 第一章導(dǎo)論 14 四 電機(jī)作用和地位 電能生產(chǎn) 由同步發(fā)電機(jī)生產(chǎn) 高壓輸電 由升壓變壓器將發(fā)電機(jī)發(fā)出的電壓升高到輸電電壓再輸送 降壓用電 由降壓變壓器將輸來的高壓電降為所需低電壓 供給用電設(shè)備 生產(chǎn)機(jī)械的拖動(dòng) 由各種電動(dòng)機(jī)實(shí)現(xiàn) 控制系統(tǒng)中的信號(hào)轉(zhuǎn)換 由各種控制電機(jī)完成 2020年2月26日星期三 電機(jī)學(xué) 第一章導(dǎo)論 15 我國老牌電機(jī)廠 哈爾濱電機(jī)廠上海電機(jī)廠四川 德陽東方電機(jī)廠 2020年2月26日星期三 電機(jī)學(xué) 第一章導(dǎo)論 16 2020年2月26日星期三 電機(jī)學(xué) 第一章導(dǎo)論 17 2020年2月26日星期三 電機(jī)學(xué) 第一章導(dǎo)論 18 2020年2月26日星期三 電機(jī)學(xué) 第一章導(dǎo)論 19 請(qǐng)觀察電力系統(tǒng)示意圖 找到系統(tǒng)中使用的電機(jī) 2020年2月26日星期三 電機(jī)學(xué) 第一章導(dǎo)論 20 1 2電機(jī)發(fā)展簡(jiǎn)史 1 電機(jī)的發(fā)展初期F Bli 1821年Faraday電磁感應(yīng)定律的發(fā)現(xiàn) 1831年Faraday直流發(fā)電機(jī) 1831年P(guān)ixii1876年單相交流電的應(yīng)用 遠(yuǎn)距離傳輸1885年交流電動(dòng)機(jī)1889年三相制 三相交流電的應(yīng)用三相電機(jī) 2020年2月26日星期三 電機(jī)學(xué) 第一章導(dǎo)論 21 2 電機(jī)的近代發(fā)展及趨勢(shì) 單機(jī)容量不斷增加如汽輪發(fā)電機(jī) 中小型電機(jī)技術(shù)與經(jīng)濟(jì)指標(biāo)不斷改進(jìn)新的設(shè)計(jì)方法 CAD 工藝 材料 測(cè)試手段應(yīng)用范圍擴(kuò)大 2020年2月26日星期三 電機(jī)學(xué) 第一章導(dǎo)論 22 1 3電機(jī)中磁路基本定律 1 全電流定律 安培環(huán)路定律 L H 式中 若電流的正方向與閉合回線L的環(huán)行方向符合右手螺旋關(guān)系時(shí) i取正號(hào) 否則取負(fù)號(hào) 2020年2月26日星期三 電機(jī)學(xué) 第一章導(dǎo)論 23 l和l 兩積分路徑結(jié)果相同 2020年2月26日星期三 電機(jī)學(xué) 第一章導(dǎo)論 24 2 電磁感應(yīng)定律 閉合回路中的磁通量隨時(shí)間發(fā)生變化 該線圈中必然有感應(yīng)電勢(shì)產(chǎn)生 稱這種現(xiàn)象為電磁感應(yīng) 線圈中的感應(yīng)電勢(shì)將傾向于阻止線圈中磁鏈的變化 2020年2月26日星期三 電機(jī)學(xué) 第一章導(dǎo)論 25 圖1 2電磁感應(yīng)定律 正電動(dòng)勢(shì)產(chǎn)生正電流 電流正方向正電流產(chǎn)生正磁通 右手螺旋定則 2020年2月26日星期三 電機(jī)學(xué) 第一章導(dǎo)論 26 磁通變化原因 在變壓器和電機(jī)的繞組中 磁通的變化可以是磁通隨時(shí)間脈動(dòng)或磁通不變 而線圈在轉(zhuǎn)動(dòng) 對(duì)特種電機(jī)還可以是磁通隨時(shí)間脈動(dòng) 而線圈也在轉(zhuǎn)動(dòng) 2020年2月26日星期三 電機(jī)學(xué) 第一章導(dǎo)論 27 變壓器電動(dòng)勢(shì) 磁通本身就是由交流電流所產(chǎn)生 也就是說磁通本身隨時(shí)間在變化著 這樣產(chǎn)生的電勢(shì)稱為變壓器電勢(shì) 線圈與磁場(chǎng)相對(duì)靜止 磁通本身不隨時(shí)間變化 但由于線圈與磁場(chǎng)間有相對(duì)運(yùn)動(dòng)而引起線圈中磁鏈的變化 這樣產(chǎn)生的電勢(shì)稱為運(yùn)動(dòng)電勢(shì)或速度電勢(shì) 運(yùn)動(dòng)電動(dòng)勢(shì) 2020年2月26日星期三 電機(jī)學(xué) 第一章導(dǎo)論 28 變壓器電勢(shì) 若線圈不動(dòng) 穿過線圈的磁通隨時(shí)間變化 則線圈中感應(yīng)的電動(dòng)勢(shì) 變壓器電勢(shì) 感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)有效值 2020年2月26日星期三 電機(jī)學(xué) 第一章導(dǎo)論 29 電動(dòng)勢(shì)和磁通相位關(guān)系 2020年2月26日星期三 電機(jī)學(xué) 第一章導(dǎo)論 30 若磁場(chǎng)恒定 構(gòu)成線圈的導(dǎo)體切割磁力線 使線圈交鏈的磁鏈隨時(shí)間變化 導(dǎo)體中的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì) 運(yùn)動(dòng)電動(dòng)勢(shì) 運(yùn)動(dòng)電動(dòng)勢(shì) 感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的方向 右手定則 2020年2月26日星期三 電機(jī)學(xué) 第一章導(dǎo)論 31 電磁力定律 載流導(dǎo)體在磁場(chǎng)中要受到力的作用 電磁力 左手定則 2020年2月26日星期三 電機(jī)學(xué) 第一章導(dǎo)論 32 電磁轉(zhuǎn)矩 在旋轉(zhuǎn)電機(jī)中 作用在轉(zhuǎn)子載流導(dǎo)體上的電磁力將使轉(zhuǎn)子受到一個(gè)力矩 等于力乘轉(zhuǎn)子半徑 電磁轉(zhuǎn)矩 匝數(shù)為N的線圈 2020年2月26日星期三 電機(jī)學(xué) 第一章導(dǎo)論 33 最大轉(zhuǎn)矩 線圈兩側(cè)邊處磁場(chǎng)大小恒相等 極性恒相反 線圈總個(gè)數(shù)M 轉(zhuǎn)子直徑D B大小處處相等 電機(jī)最大可能電磁轉(zhuǎn)矩 電磁轉(zhuǎn)矩 2020年2月26日星期三 電機(jī)學(xué) 第一章導(dǎo)論 34 電磁轉(zhuǎn)矩是電機(jī)實(shí)現(xiàn)機(jī)電能量轉(zhuǎn)換的重要物理量 電動(dòng)機(jī) 電磁轉(zhuǎn)矩 驅(qū)動(dòng)性質(zhì)電能 機(jī)械能發(fā)電機(jī) 電磁轉(zhuǎn)矩 制動(dòng)性質(zhì)機(jī)械能 電能 P 電磁功率 輸入 輸出 電機(jī)氣隙磁場(chǎng)旋轉(zhuǎn)角速度 功率關(guān)系求得電磁轉(zhuǎn)矩 2020年2月26日星期三 電機(jī)學(xué) 第一章導(dǎo)論 35 1 4鐵磁材料特性 一 磁導(dǎo)率 B H B 磁通密度 磁感應(yīng)強(qiáng)度H 磁場(chǎng)強(qiáng)度 電機(jī)主要由兩大系統(tǒng)組成 電路系統(tǒng)和磁路系統(tǒng) 鐵磁材料是組成磁路的主要部分 所謂鐵磁材料是指導(dǎo)磁性能好的材料 如 鐵 鎳 鈷等以及它們的合金 1 定義 2020年2月26日星期三 電機(jī)學(xué) 第一章導(dǎo)論 36 在同樣大小的電流作用下 鐵芯線圈的磁通比空心線圈的磁通大得多 非鐵磁材料磁導(dǎo)率接近真空磁導(dǎo)率 0 0 4 10 7H m鐵磁材料的磁導(dǎo)率 Fe要比非鐵磁材料磁導(dǎo)率 0大得多 Fe 鐵磁物質(zhì) 鐵 鎳 鋁及其合金電機(jī)中常用的鐵磁材料的磁導(dǎo)率 Fe 2000 6000 0 2020年2月26日星期三 電機(jī)學(xué) 第一章導(dǎo)論 37 考慮 為什么鐵磁材料具有很高的導(dǎo)磁性能 在鐵磁物質(zhì)未放入磁場(chǎng)之前 磁疇雜亂無章排列 其磁效應(yīng)互相抵消 對(duì)外不呈現(xiàn)磁性 將鐵磁物放入磁場(chǎng) 在外磁場(chǎng)的作用下 磁疇的軸線趨于一致 形成一個(gè)附加磁場(chǎng) 疊加在外磁場(chǎng)上 使合成磁場(chǎng)大為增強(qiáng) 鐵磁材料的磁導(dǎo)率要比非鐵磁材料大得多 鐵磁材料的磁導(dǎo)率 Fe不是常數(shù) 圖1 5鐵磁材料中的磁疇 2020年2月26日星期三 電機(jī)學(xué) 第一章導(dǎo)論 38 2 磁化曲線 磁化曲線定義 將一塊尚未磁化的鐵磁材料進(jìn)行磁化 當(dāng)磁場(chǎng)強(qiáng)度H由零逐漸增大時(shí) 磁通密度B將隨之增大 得到曲線B f H 2020年2月26日星期三 電機(jī)學(xué) 第一章導(dǎo)論 39 分析磁化曲線 分四段 在oa段 當(dāng)H增大 B增大 但B增大速度較慢在ab段 當(dāng)H增大 B增大 B增大速度快 在bc段 B隨H增大的速度又較慢 在cd段 為磁飽和區(qū) 又呈直線段 其中拐彎點(diǎn)b稱為膝點(diǎn) c點(diǎn)為飽和點(diǎn) 過了飽和點(diǎn)c 鐵磁材料的磁導(dǎo)率趨近 0 2020年2月26日星期三 電機(jī)學(xué) 第一章導(dǎo)論 40 鐵磁材料具有的特點(diǎn) 它的磁化曲線具有飽和性 磁導(dǎo)率 Fe不是常數(shù) 且隨H的變化而變化 變化總體非線性存在飽和特性H 2020年2月26日星期三 電機(jī)學(xué) 第一章導(dǎo)論 41 B H 圖1 6鐵磁材料的磁化曲線 p16 a b c 2020年2月26日星期三 電機(jī)學(xué) 第一章導(dǎo)論 42 應(yīng)用 設(shè)計(jì)電機(jī)和變壓器時(shí) 為使主磁路內(nèi)得到較大的磁通量而又不過分增大勵(lì)磁磁動(dòng)勢(shì) 通常把鐵心內(nèi)的工作磁通密度選擇在膝點(diǎn)附近 2020年2月26日星期三 電機(jī)學(xué) 第一章導(dǎo)論 43 二 磁滯與磁滯損耗1 磁滯回線 剩磁 去掉外磁場(chǎng)之后 鐵磁材料內(nèi)仍然保留的磁通密度 矯頑力 要使B值從減小到零 必須加上相應(yīng)的反向外磁場(chǎng) 此反向磁場(chǎng)強(qiáng)度稱為矯頑力 磁滯現(xiàn)象 B的變化總是滯后H的變化磁滯回線 磁場(chǎng)強(qiáng)度H緩慢地循環(huán)變化 B H曲線封閉曲線磁滯現(xiàn)象是鐵磁材料的另一個(gè)特性 2020年2月26日星期三 電機(jī)學(xué) 第一章導(dǎo)論 44 圖1 7鐵磁材料的磁滯回線 H B a b c d e f 2020年2月26日星期三 電機(jī)學(xué) 第一章導(dǎo)論 45 基本磁化曲線 對(duì)同一鐵磁材料 選擇不同的磁場(chǎng)強(qiáng)度進(jìn)行反復(fù)磁化 可得一系列大小不同的磁滯回線 再將各磁滯回線的頂點(diǎn)聯(lián)接起來 所得的曲線 H B 2020年2月26日星期三 電機(jī)學(xué) 第一章導(dǎo)論 46 2 鐵磁材料 HC 矯頑力Br 剩余磁感應(yīng)強(qiáng)度鐵磁材料 軟磁材料 磁滯回線窄 HC及Br小硬磁材料 磁滯回線寬 HC及Br大HC及Br大 難退磁 永磁材料 2020年2月26日星期三 電機(jī)學(xué) 第一章導(dǎo)論 47 軟磁材料的磁滯曲線 H B B H 硬磁材料的磁滯曲線 2020年2月26日星期三 電機(jī)學(xué) 第一章導(dǎo)論 48 3 磁滯損耗 定義 鐵磁材料置于交變磁場(chǎng)中時(shí) 磁疇相互間不停地摩擦 消耗能量 造成損耗 這種損耗稱為磁滯損耗 2020年2月26日星期三 電機(jī)學(xué) 第一章導(dǎo)論 49 全電流定律 電源供給線圈的瞬時(shí)功率 電磁感應(yīng)定律 2020年2月26日星期三 電機(jī)學(xué) 第一章導(dǎo)論 50 建立交變磁通 克服磁疇回轉(zhuǎn)所需要的瞬時(shí)功率p Kh 不同材料計(jì)算系數(shù) 試驗(yàn)確定的指數(shù) 經(jīng)驗(yàn)公式 2020年2月26日星期三 電機(jī)學(xué) 第一章導(dǎo)論 51 4 渦流損耗 鐵芯是有阻值的 當(dāng)磁通交變時(shí) 鐵芯中就會(huì)感應(yīng)交變的電勢(shì) 在導(dǎo)電的鐵芯中就會(huì)產(chǎn)生環(huán)流 這種電流在鐵芯構(gòu)成的回路與磁通相環(huán)鏈 故稱渦流 渦流產(chǎn)生的損耗稱為渦流損耗 kw 與材料有關(guān)的比例系數(shù) pW K2f2d2Bm2V 12 V 鋼片的體積 硅鋼片的電阻率d 硅鋼片厚度pW f2 d2 Bm2 1 V加入硅 硅鋼片 增大 2020年2月26日星期三 電機(jī)學(xué) 第一章導(dǎo)論 52 圖1 10硅鋼片中的渦流 B 2020年2月26日星期三 電機(jī)學(xué) 第一章導(dǎo)論 53 應(yīng)用 為減小渦流損耗 電機(jī)和變壓器的鐵心都用含硅量較高的薄硅鋼片疊成 2020年2月26日星期三 電機(jī)學(xué) 第一章導(dǎo)論 54 5 鐵心損耗 鐵芯中的磁滯損耗和渦流損耗之合稱為鐵芯損耗 對(duì)于一般的電工鋼片 在正常的工作磁通密度范圍內(nèi) 2020年2月26日星期三 電機(jī)學(xué) 第一章導(dǎo)論 55 B增加 2020年2月26日星期三 電機(jī)學(xué) 第一章導(dǎo)論 56 注意 在恒定磁場(chǎng)中的靜止導(dǎo)磁體內(nèi)是不會(huì)引起能量損耗的 鐵芯損耗均轉(zhuǎn)化為熱能使鐵芯溫度升高 為防止電機(jī)過熱 采用硅鋼片以減小鐵芯損耗 采取散熱降溫措施 2020年2月26日星期三 電機(jī)學(xué) 第一章導(dǎo)論 57 1 5磁路基本定律和磁路的計(jì)算 電 電路 導(dǎo)電材料 及絕緣材料 紫銅 鋁線 絕緣 按耐熱能力高低分A E B F H C六個(gè)等級(jí) 磁 磁路 導(dǎo)磁材料 硅鋼片 鑄鋼等力 結(jié)構(gòu)材料 鑄鋼 鑄鐵 鋼板等 2020年2月26日星期三 電機(jī)學(xué) 第一章導(dǎo)論 58 磁路磁通所通過的路徑 主磁通 由于鐵心的導(dǎo)磁性能比空氣要好得多 所以絕大部分磁通將在鐵心內(nèi)通過 這部分磁通稱為主磁通 漏磁通 圍繞載流線圈 部分鐵心和鐵心周圍的空間 還存在少量分散的磁通 這部分磁通稱為漏磁通 主磁路 主磁通所通過的路徑 漏磁路 漏磁通所通過的路徑 2020年2月26日星期三 電機(jī)學(xué) 第一章導(dǎo)論 59 圖變壓器的磁路 2020年2月26日星期三 電機(jī)學(xué) 第一章導(dǎo)論 60 一 磁路的歐姆定律 圖1 12單框鐵心磁路 l 2020年2月26日星期三 電機(jī)學(xué) 第一章導(dǎo)論 61 磁阻 磁導(dǎo) 2020年2月26日星期三 電機(jī)學(xué) 第一章導(dǎo)論 62 與電路中的歐姆定律相似 模擬電路圖 鐵磁材料的磁導(dǎo)率 不是一個(gè)常數(shù) 所以由鐵磁材料構(gòu)成的磁路 其磁阻不是常數(shù) 而是隨著磁路中磁通密度的大小而變化 這種情況稱為非線性 2020年2月26日星期三 電機(jī)學(xué) 第一章導(dǎo)論 63 二 磁路的基爾霍夫第一定律 定律內(nèi)容 穿出 或進(jìn)入 任一閉和面的總磁通量恒等于零 或者說 進(jìn)入任一閉合面的磁通量恒等于穿出該閉合面的磁通量 這就是磁