變壓器和交流電動(dòng)機(jī)磁路PPT課件

1、Turbo-dynamo with 200MW Made in China（國(guó)產(chǎn)（國(guó)產(chǎn)200200MW汽輪發(fā)電機(jī)）汽輪發(fā)電機(jī)）u Electric Power Generation Generators 第1頁(yè)/共53頁(yè)Turbo-dynamo with 600MW Made in China國(guó)產(chǎn)國(guó)產(chǎn)600600MW汽輪發(fā)電機(jī)汽輪發(fā)電機(jī)第2頁(yè)/共53頁(yè)Stator of Turbo-dynamo with 330MW Made in China國(guó)產(chǎn)國(guó)產(chǎn)330330MW汽輪發(fā)電機(jī)汽輪發(fā)電機(jī)第3頁(yè)/共53頁(yè) 為了把發(fā)電廠發(fā)出的電力輸送到四面八方的用戶，需要將發(fā)電機(jī)輸出的 20 kV 左右的電壓升高

2、。在我國(guó)，一般升高到110kV、 220kV或500kV。為了輸送一定大小的功率、采用高電壓。20kV/500kV(220kV) 500kV(220kV)/110kV 110kV/35kV 35kV/10kV 10kV/380Vu變壓器的電壓等級(jí)變壓器的電壓等級(jí)第4頁(yè)/共53頁(yè)Close Bus to Generator（連接發(fā)電機(jī)的封閉母線）（連接發(fā)電機(jī)的封閉母線）High Voltage Port to Grid（與電網(wǎng)相連的高壓出線端）（與電網(wǎng)相連的高壓出線端）第5頁(yè)/共53頁(yè)第6頁(yè)/共53頁(yè)第7頁(yè)/共53頁(yè)40MVA 500kV 超高壓變壓器超高壓變壓器第8頁(yè)/共53頁(yè)1）各行業(yè)廣泛使

3、用電動(dòng)機(jī)各行業(yè)廣泛使用電動(dòng)機(jī)u 異步電動(dòng)機(jī)異步電動(dòng)機(jī)第9頁(yè)/共53頁(yè)第10頁(yè)/共53頁(yè)2） Motors Many New High-Tec Applications Information Technology (Radar Driving)（信息技術(shù)（雷達(dá)驅(qū)動(dòng)）（信息技術(shù)（雷達(dá)驅(qū)動(dòng)） ） Space Flight, Aviation, Navigation （航天航空航海）（航天航空航海） Medical Science (Medical Facilities)（生物醫(yī)學(xué)工程（多種醫(yī)療設(shè)備）（生物醫(yī)學(xué)工程（多種醫(yī)療設(shè)備） ）第11頁(yè)/共53頁(yè) 18331833年，直流電機(jī)年，直流電機(jī)188

4、51885年，異步電動(dòng)機(jī)年，異步電動(dòng)機(jī)18891889年，三相系統(tǒng)年，三相系統(tǒng) 汽發(fā)：消化引進(jìn)，設(shè)計(jì)汽發(fā)：消化引進(jìn)，設(shè)計(jì)600MW 700MW700MW水發(fā)水發(fā), , 三峽電站；三峽電站； 500kV500kV輸電線路以及相應(yīng)的變壓器；輸電線路以及相應(yīng)的變壓器； 500kV500kV直流輸電，西電東送運(yùn)行中直流輸電，西電東送運(yùn)行中 ） 第12頁(yè)/共53頁(yè)1）研究領(lǐng)域研究領(lǐng)域 新要求：安全、可靠、經(jīng)濟(jì)、環(huán)保新要求：安全、可靠、經(jīng)濟(jì)、環(huán)保 新能源技術(shù)：風(fēng)力發(fā)電，波浪發(fā)電新能源技術(shù)：風(fēng)力發(fā)電，波浪發(fā)電,太陽(yáng)能發(fā)電等太陽(yáng)能發(fā)電等 機(jī)電一體化：電機(jī)、電力電子與微電子結(jié)合機(jī)電一體化：電機(jī)、電力電子與微電子

5、結(jié)合 節(jié)能電機(jī)與電機(jī)的節(jié)能控制節(jié)能電機(jī)與電機(jī)的節(jié)能控制第13頁(yè)/共53頁(yè) 新能源技術(shù) 風(fēng)力發(fā)電第14頁(yè)/共53頁(yè) 太陽(yáng)能發(fā)電第15頁(yè)/共53頁(yè)8.1 磁路及磁路的基本定律磁路及磁路的基本定律 ( (第16頁(yè)/共53頁(yè)1N2N2i1i2i1i1N2N( () ) 第17頁(yè)/共53頁(yè)1W2W 能量轉(zhuǎn)換裝置中的磁場(chǎng)與磁路能量轉(zhuǎn)換裝置中的磁場(chǎng)與磁路 i1輸入電能Input Energy電能Electric Energy磁場(chǎng)電氣回路電氣回路輸出電能Output Energyi2電能Electric Energy單相變壓器單相變壓器 磁場(chǎng)第18頁(yè)/共53頁(yè)轉(zhuǎn)子(Rotor)定子繞組(Stator wind

6、ing)定子鐵心(Stator core)電端口(Electric port)ABC旋轉(zhuǎn)電機(jī)能量轉(zhuǎn)換端口機(jī)械端口(Mechanical port)第19頁(yè)/共53頁(yè)機(jī)械能MechanicalEnergy 電能ElectricEnergy磁場(chǎng)機(jī)械承力部件電氣回路磁場(chǎng)第20頁(yè)/共53頁(yè) 發(fā)電機(jī)磁極單獨(dú)存在時(shí)不構(gòu)成磁路發(fā)電機(jī)磁極單獨(dú)存在時(shí)不構(gòu)成磁路發(fā)電機(jī)磁極與定子鐵心構(gòu)成的磁路發(fā)電機(jī)磁極與定子鐵心構(gòu)成的磁路有線圈有鐵心有線圈有鐵心才能構(gòu)成磁路才能構(gòu)成磁路有線圈沒(méi)有鐵心有線圈沒(méi)有鐵心時(shí)不構(gòu)成磁路時(shí)不構(gòu)成磁路第21頁(yè)/共53頁(yè)u 與磁路相關(guān)的基本物理量與磁路相關(guān)的基本物理量 a.a. 磁場(chǎng)強(qiáng)度磁場(chǎng)強(qiáng)度

7、H H A/m(Magnetic Field Intensity, H, A/m)2iHr第22頁(yè)/共53頁(yè)a. a. 磁場(chǎng)強(qiáng)度磁場(chǎng)強(qiáng)度 H H A/m2iHrH liH l磁壓降磁壓降0HFeH與(Magnetic Field Intensity, H, A/m)Fe0Fe0FN i磁動(dòng)勢(shì)磁動(dòng)勢(shì)第23頁(yè)/共53頁(yè) b. 磁感應(yīng)強(qiáng)度B（磁通密度）(Intensity of Magnetization / Density of Magnetic flux) 描述磁場(chǎng)強(qiáng)弱及方向的物理量。描述磁場(chǎng)強(qiáng)弱及方向的物理量。 單位單位(Unit)：T,Gs T,Gs ， 1Gs=101Gs=10-4-4T

8、T c. c. 磁通量磁通量 ( (Magnetic Flux) ) ( (垂直垂直) )穿過(guò)截面穿過(guò)截面S S的磁力線根數(shù)。的磁力線根數(shù)。 在均勻磁場(chǎng)，且在均勻磁場(chǎng)，且B B 與與S S垂直時(shí)，有垂直時(shí)，有 單位：?jiǎn)挝唬篧b Wb, Mx 1 1Mx=10=10-8-8WbBS.SB dS 第24頁(yè)/共53頁(yè)d. d. 磁導(dǎo)率磁導(dǎo)率磁導(dǎo)率磁導(dǎo)率表示物質(zhì)導(dǎo)磁能力的大小。表示物質(zhì)導(dǎo)磁能力的大小。 為磁導(dǎo)率，其單位為為磁導(dǎo)率，其單位為 H/m 磁場(chǎng)強(qiáng)度的單位為磁場(chǎng)強(qiáng)度的單位為 A/m真空的磁導(dǎo)率真空的磁導(dǎo)率 H/mBH70410鐵磁物質(zhì)：鐵、鈷、鎳及其合金非鐵磁物質(zhì)：空氣、水、油、銅、鋁 第25頁(yè)

9、/共53頁(yè) 邏輯：邏輯： 能量轉(zhuǎn)換需要能量轉(zhuǎn)換需要磁場(chǎng)磁場(chǎng) 要轉(zhuǎn)換很大的功率，需要很多的磁通要轉(zhuǎn)換很大的功率，需要很多的磁通 磁場(chǎng)由激磁電流產(chǎn)生，希望以小的激磁電流產(chǎn)生磁場(chǎng)由激磁電流產(chǎn)生，希望以小的激磁電流產(chǎn)生較多的磁通。首要問(wèn)題是較多的磁通。首要問(wèn)題是: : 研究激磁電流與磁路中磁通的關(guān)系：研究激磁電流與磁路中磁通的關(guān)系： （1 1）全電流定律全電流定律描述描述H-i 之間關(guān)系之間關(guān)系 （2）磁路歐姆定律磁路歐姆定律描述描述磁通與電流的關(guān)系磁通與電流的關(guān)系 第26頁(yè)/共53頁(yè)Ni2N iHR 1li螺線管solenoid第27頁(yè)/共53頁(yè)2N iHR 1li螺線管solenoid第28頁(yè)/共

10、53頁(yè)NiHl第29頁(yè)/共53頁(yè)其中其中: : F=Ni 磁路的總磁動(dòng)勢(shì)磁路的總磁動(dòng)勢(shì) HFelFe 鐵心上的磁壓降鐵心上的磁壓降 H 氣隙上的磁壓降氣隙上的磁壓降若磁回路中存在氣隙，若磁回路中存在氣隙， 當(dāng)氣隙長(zhǎng)度當(dāng)氣隙長(zhǎng)度遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于鐵心截面遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于鐵心截面的邊長(zhǎng)時(shí)，的邊長(zhǎng)時(shí)， 鐵心和氣隙中分別為近似均勻磁場(chǎng)，則鐵心和氣隙中分別為近似均勻磁場(chǎng)，則: : 帶氣隙的鐵心磁路帶氣隙的鐵心磁路 Fe FeFNiH lHk kH li 第30頁(yè)/共53頁(yè)1N2N1i2i1 12 2FN iN iHl 第31頁(yè)/共53頁(yè) 安培環(huán)路定律安培環(huán)路定律: :沿空間任意條閉合回路，磁場(chǎng)強(qiáng)度沿空間任意條閉合回路，磁

11、場(chǎng)強(qiáng)度H 的線積分等于該閉合回路所包圍的電流的代數(shù)和。的線積分等于該閉合回路所包圍的電流的代數(shù)和。i3l H dl i2 i1注：若注：若 i 與與 l 符合右手螺符合右手螺旋關(guān)系，旋關(guān)系， 取正號(hào)，否則取負(fù)取正號(hào)，否則取負(fù) 。其中大拇指所指為其中大拇指所指為 i 的方向，的方向，四指為四指為 l 方向。方向。123()iii lH dlirr2 2）全電流定律一般形式）全電流定律一般形式第32頁(yè)/共53頁(yè),B A B=HH (Ohms Law for uniform magnetic circuit)FeFeBlNiFlA 第33頁(yè)/共53頁(yè)FeFeBlNiFlA mFRmF mlRSmR1

12、mmSRlm第34頁(yè)/共53頁(yè)1) 引入磁動(dòng)勢(shì)引入磁動(dòng)勢(shì), 磁阻磁阻,磁導(dǎo)有什么作用磁導(dǎo)有什么作用?2) 磁導(dǎo)與哪些因素有關(guān)磁導(dǎo)與哪些因素有關(guān)?3) 從磁路歐姆定律出發(fā)，磁通從磁路歐姆定律出發(fā)，磁通 的大小受哪些因的大小受哪些因數(shù)的影響？數(shù)的影響？思考思考 (Ponder): 第35頁(yè)/共53頁(yè)0FemFemFelFRRSS其中 : : 鐵心部分對(duì)應(yīng)的磁阻 : 氣隙部分對(duì)應(yīng)的磁阻 mFeRmRmRmFeR: : 鐵心中消耗的磁動(dòng)勢(shì): : 氣隙中消耗的磁動(dòng)勢(shì)FelFe0第36頁(yè)/共53頁(yè)()mmFNi 1mmARl第37頁(yè)/共53頁(yè)第38頁(yè)/共53頁(yè)第39頁(yè)/共53頁(yè)鐵磁材料的磁化特性（B BH

13、 H 曲線/ /磁化曲線）1) 1) 鐵磁材料的磁化特性鐵磁材料的磁化特性B=f(H)BHO起始磁化曲線: B=f (H)0BH第40頁(yè)/共53頁(yè)起始磁化曲線(Origin B-H curve ): B=f (H) oa為起始段(Starting section) ab為線性段(Linear section) bc為飽和段(Saturation section) 隨 H 的變化而變化 ()Fef HFe非鐵磁材料的非鐵磁材料的磁化特性磁化特性：B=0 H膝點(diǎn)0BHBHOB=f(H)abcd( )Fef H第41頁(yè)/共53頁(yè) 磁密落后于磁場(chǎng)強(qiáng)度，亦即磁通落后于產(chǎn)生該磁通的磁密落后于磁場(chǎng)強(qiáng)度，亦即

14、磁通落后于產(chǎn)生該磁通的激磁電流的現(xiàn)象，稱為磁滯現(xiàn)象激磁電流的現(xiàn)象，稱為磁滯現(xiàn)象( (Magnetic hystersis ) )。 鐵磁材料進(jìn)行周期性磁化所反映的物理現(xiàn)象 BH0mBmHmBmHcHrBBH0rBcH2 2） 磁滯回線磁滯回線剩磁(Remanence)矯頑力(coercive force) 第42頁(yè)/共53頁(yè)基本磁化曲線或平均磁化曲線:(Average magnetization curve)第43頁(yè)/共53頁(yè) 交流鐵心線圈電路交流鐵心線圈電路eddeNdtdt dieLdt turnee第44頁(yè)/共53頁(yè)2)2)關(guān)于公式關(guān)于公式 (Formula) eBlveBlvlBlab

15、vBfecde+_第45頁(yè)/共53頁(yè)u 電機(jī)分析中所用其它物理定律電機(jī)分析中所用其它物理定律 0sB ds 12 12（1）磁通連續(xù)性定律(Magnetic flux continuity law) 第46頁(yè)/共53頁(yè)（2 2）電磁力定律）電磁力定律 (Electromagnetic force) 載流導(dǎo)體在磁場(chǎng)中要受到電磁力，若導(dǎo)體中電流為i，導(dǎo)體長(zhǎng)度為l，導(dǎo)體所在處的磁通密度為B，則電磁力為：()fiB lrrr當(dāng)電流 i 的方向與磁密 B 的方向垂直時(shí)電磁力大小為：fB li注：電磁力方向由注：電磁力方向由左左手定則手定則 決定決定第47頁(yè)/共53頁(yè)（3 3）三個(gè)電路定律）三個(gè)電路定律

16、(Three laws of circuit) 0I 0U 11331()0I RI Ru 123()0III 2u1R2R3R1I2I3I1u01UI Z 第48頁(yè)/共53頁(yè)RIUERIUE.U=RI+(-E) URIE&（a）直流電路 （b）交流電路iueNNUIE.u=Ri+(-e) URIE&第49頁(yè)/共53頁(yè) 當(dāng)鐵心中磁通交變時(shí)，要產(chǎn)生鐵心損耗，它由磁滯損耗與渦流損耗兩部分組成。(1(1）磁滯損耗）磁滯損耗 (Hystereis loss) 鐵磁材料置于交變磁場(chǎng)中時(shí)，材料被反復(fù)交變磁化，其分子運(yùn)動(dòng)所消耗的能量。 磁滯損耗與磁滯回線的面積、電流頻率f、鐵心體積V 成正比。 u 鐵心的交流損耗鐵心的交流損耗 (Loss in iron core)hhmPK f BV第50頁(yè)/共53頁(yè) 當(dāng)通過(guò)鐵心的磁通隨時(shí)間變化時(shí)，鐵心中將產(chǎn)生感應(yīng)電勢(shì)，因?yàn)殍F心可以導(dǎo)電，因而在其中引起環(huán)流。這些環(huán)流在鐵心內(nèi)部圍繞磁通作渦流狀流動(dòng)，稱為渦流。渦流在鐵心中引起的損耗，稱為渦流