電機與拖動第1章電機學(xué)基礎(chǔ)知識課件

1、 第 1 章 電機學(xué)基礎(chǔ)知識 1電機與拖動教材系列大連理工大學(xué)電氣工程學(xué)院 劉鳳春制作231.1 電機的基本功能與主要類型一、按照能量轉(zhuǎn)換和信號傳遞所起的作用分類 1. 發(fā)電機 將機械能轉(zhuǎn)換為電能。2. 電動機 將電能轉(zhuǎn)換為機械能。3. 變壓器、變流器、變頻機、移相器 變換電壓、電流、頻率、相位。4. 控制電機 作為自動控制系統(tǒng)的控制元件，起檢測、放大、 執(zhí)行和校正作用。 4二、按照電機的結(jié)構(gòu)特點及電源性質(zhì)分類 1. 變壓器 2. 旋轉(zhuǎn)電機 靜止的電機。 51.2 電機的基本原理一、磁場的基本概念 1. 磁感應(yīng)強度與磁力線 (1) 磁場：由電流或永磁體產(chǎn)生。 (2) 磁感應(yīng)強度 B（特斯拉，T

2、）： 用于表征磁場的強弱和方向，矢量。 (3) 磁力線的分布和方向：62. 磁通量與磁通連續(xù)性原理 在均勻磁場中： 磁通 (韋伯，Wb) ： 穿過某一截面 A 的磁感應(yīng)強度 B 的通量。 = A B dA = BA 磁通連續(xù)性： = A B dA = 0 B = /A 磁通密度。 73. 磁場強度與磁導(dǎo)率 磁場強度 H ( A/m) ： 表征磁場的強弱和方向的量，矢量。 磁導(dǎo)率 ( H/m )： 表征磁場中介質(zhì)的導(dǎo)磁能力。 真空的磁導(dǎo)率： 0 = 4107 H/m H 與 B 的關(guān)系與區(qū)別 (在各向同性介質(zhì)中) B = H H I，與介質(zhì)的性質(zhì)無關(guān)。 B 與 I 的大小和介質(zhì)的性質(zhì)均有關(guān)。 8

3、4. 磁場儲能 磁場中能夠儲存能量。 電機通過磁場儲能實現(xiàn)機電能量的轉(zhuǎn)換。 磁場中的能量密度為 磁場中的總儲能為 對于線性介質(zhì)， 為常數(shù)，則（n 個電流回路建立的磁場） 9二、磁路及其基本定律 變壓器磁路 直流電機磁路 101. 安培環(huán)路定律 如圖： i = i1i2i3 2. 磁路的歐姆定律 11 磁動勢（A）： F = N i (作用在磁路上的安匝數(shù)) 磁阻： 不是常數(shù) Rm 非線性 3. 磁路的基爾霍夫第一定律 任一閉合面： = 0 右圖： 2 = 13 12 i = Hklk N i = H1l1H2 l2 = Rm11Rm22 或 Ni = H1l1H3 l3 = Rm11Rm33

4、4. 磁路的基爾霍夫第二定律 一般： 13 【例1-1】 圖示的磁路由電工鋼片疊壓而成，鐵心的 疊壓系數(shù)為 kFe= 0.94，各段鐵心的截面積相同，均為 A = 0.810-3 m2，各段磁路的長度分別為 l1 = 0.08 m, l2= 0.1 m, l3= 0.037 m, l4= 0.037 m，l5 = 0.1 m， = 0.006 m， 已知 Fe = 1900 0，N = 2000，如要求鐵心中 =110-3 Wb, 求需要多大的勵磁電流。 解： 鐵心: Ak = kFeA = 0.940.810-3 m2 = 0.75210-3 m2 14氣隙： 總磁動勢及電流: 15三、電磁

5、感應(yīng)定律 正方向（參考方向） 設(shè) = m sin t 則 e =N m cos t = Em sin( t 90o) 1. 變壓器電動勢 162. 運動電動勢 e = Bv l 1. 電感和電動勢 = Li （線性磁介質(zhì)） 四、線圈的電路方程 右手定則 172. 電路方程 u = uRe 電抗：X = L = 2f L 阻抗：Z = RjX 鐵心線圈電路： （L 為非線性電感） 18五、電磁力定律與電磁轉(zhuǎn)矩 f = Bl i (N) 1. 電磁力定律 2. 電磁轉(zhuǎn)矩 Te = 2 f r = 2Bl i r (Nm) 19六、電機的可逆性原理 運行方式 電磁力/電磁轉(zhuǎn)矩 電動勢 電動機 驅(qū)動性

6、質(zhì)， 反電動勢， 驅(qū)動外部機械負(fù)載 由外施電源所克服 發(fā)電機 阻力性質(zhì)， 電源性質(zhì)， 為外施機械力所克服 為外接負(fù)載供電 (1)電動機：施加 i ，電磁力 ，電磁轉(zhuǎn)矩 ， 旋轉(zhuǎn)， 驅(qū)動機械負(fù)載 。 (2) 發(fā)電機：施加轉(zhuǎn)矩 T，旋轉(zhuǎn)，感應(yīng)電動勢 輸出電流， 輸出電功率。 201.3 電機的制造材料一、概述 導(dǎo)磁材料 導(dǎo)電材料絕緣材料 結(jié)構(gòu)材料 散熱、冷卻、潤滑材料 ：鑄鐵、鑄鋼、硅鋼 ：銅、鋁 ：紙、木材、玻璃、樹脂漆、陶瓷、石英 211. 高導(dǎo)磁性 0 ( r 1) 二、鐵磁材料的重要特性 2. 磁飽和性 B = H（ 常數(shù)） 3. 磁滯性22 常見材料的 磁化曲線 DR320 H0.1 D

7、R320 H1 DR320 H10 234. 鐵心損耗 (1) 磁滯損耗 Ph 電工鋼片: n = 1.6 2.3(2) 渦流損耗 Pe (3) 減小鐵損耗的方法 使用軟磁材料減小Ph 。 增大鐵心的電阻率，減小渦流及其損耗 。用很薄的硅鋼片疊成鐵心，減小渦流及其損耗 。241. 退磁曲線 三、永磁材料的特性 永磁材料的磁滯回線在第二象限的部分稱為退磁曲線，它是永磁材料的基本特性曲線。 252. 回復(fù)線 回復(fù)磁導(dǎo)率：263. 內(nèi)稟退磁曲線 4. 穩(wěn)定性 內(nèi)稟磁感應(yīng)強度與磁場強度的關(guān)系(1) 熱穩(wěn)定性(2) 磁穩(wěn)定性(3) 化學(xué)穩(wěn)定性(4) 時間穩(wěn)定性27四、電機中常用的永磁材料鋁鎳鈷永磁體(2) 鐵氧體 (3) 稀土永磁材料 28 例1-2 圖示磁路由鐵心、NdFeB永磁和氣隙三段 構(gòu)成，鐵心部分由電工鋼片疊壓而成，鐵心的疊壓系數(shù)為kFe= 0.94，永磁體和鐵心的截面積相同，均為 A ，鐵心的總長度為 lFe = 0.5m，永磁體的