電機原理與拖動(一)新教材-緒論、第1章

1、電機(dinj)原理與拖動（一）東北大學(xué)邊春元2015.03共三十八頁教材(jioci)與成績教材：電機(dinj)原理與拖動主編：邊春元 滿永奎 或電機原理及拖動 主編 彭鴻才 電機原理及拖動習(xí)題解答與實驗 主編：李愛平 邊春元學(xué)時：48成績：平時成績（點名、測驗、作業(yè)）20分考試成績70分實驗：10分共三十八頁內(nèi)容(nirng)介紹變壓器交流電機基礎(chǔ)及三相異步電動機電磁理論基礎(chǔ)知識緒論三相異步電動機的電力拖動共三十八頁緒 論本課程性質(zhì)：十分重要的專業(yè)基礎(chǔ)課，是后續(xù)專業(yè)課的基礎(chǔ)。不能很好的掌握電機的工作原理及電力拖動的靜態(tài)、動態(tài)(dngti)特性，不能組成一個良好性能的自動控制系統(tǒng)。在工農(nóng)業(yè)

2、生產(chǎn)、國防軍事、日常生活中，隨處可見的自動化設(shè)備、電器，幾乎無一例外與電機有著密切關(guān)系。自動化控制的最終目標幾乎都落到電動機這個具體設(shè)備上。因此可得出結(jié)論：電機課十分重要。共三十八頁 電機原理及拖動是一門理論性很強的專業(yè)基礎(chǔ)課，涉及的基礎(chǔ)理論和實際知識面廣，需要電磁學(xué)、動力學(xué)、熱力學(xué)等學(xué)科知識的綜合運用。與其它基礎(chǔ)課不同的是電機是一個具體的工業(yè)設(shè)備，受各種條件的制約，因此(ync)本課又具有專業(yè)課的性質(zhì)，在用理論分析電機及拖動的實際問題時，必須結(jié)合電機的具體結(jié)構(gòu)，采用工程觀點和分析方法。掌握基本理論的同時，還要注意培養(yǎng)實驗操作技能和計算方法。課程任務(wù)：本課程的任務(wù)是讓大家在了解電機結(jié)構(gòu)和工作原

3、理的基礎(chǔ)上，掌握電機的分析計算、電機選擇、運行及實驗方法(fngf)，培養(yǎng)在電機及電力拖動方面分析和解決問題的能力，為今后學(xué)習(xí)和工作打下堅實的基礎(chǔ)。 共三十八頁為了學(xué)好本門課程，應(yīng)該注意以下幾點：1.抓主要矛盾，有條件地略去一些次要因素；2.抓住重點，牢固掌握基本概念、基本原理和主要特性；3.要有良好的學(xué)習(xí)方法，運用對比或比較的方法，分析電機的共性和特點，加深對原理和性能的理解；4.理論聯(lián)系實際，重視科學(xué)實驗和工程(gngchng)實踐；5.充分預(yù)習(xí)和復(fù)習(xí)。 共三十八頁電機(dinj)發(fā)展簡史1.初期發(fā)展(fzhn)時期：1820年奧斯特發(fā)現(xiàn)了電磁力，直流電動機1831年法拉第發(fā)現(xiàn)了電磁感應(yīng)定

4、律，直流發(fā)電機1871年凡麥爾準發(fā)明了交流電動機2.近代發(fā)展時期1920年用于家用電器的單相交流電機誕生，各種主要電機成型設(shè)計，開始了電動機的近代發(fā)展時期。共三十八頁電機(dinj)的主要作用電機是能量轉(zhuǎn)換裝置，是利用電磁感應(yīng)原理工作(gngzu)的機械，是實現(xiàn)電能的生產(chǎn)、變換、傳輸、分配、使用和控制的電磁機械裝置。按照功能對電機進行分類可分為：發(fā)電機、電動機、變壓器和控制電機四大類；按電機結(jié)構(gòu)或旋轉(zhuǎn)靜止可分為：變壓器和旋轉(zhuǎn)電機。共三十八頁電機(dinj)變壓器直流電機直流發(fā)電機直流電動機(dngj)交流電機控制電機同步電機同步發(fā)電機同步電動機異步電機異步發(fā)電機異步電動機電機分類自動控制系統(tǒng)中

5、的執(zhí)行元件、檢測元件旋轉(zhuǎn)電機動力類直線電機電力變壓器特殊變壓器共三十八頁 電機拖動系統(tǒng)是用電動機來拖動機械運行的系統(tǒng)。包括：電動機、傳動機構(gòu)、生產(chǎn)機械、控制設(shè)備和電源(dinyun)五個部分。電動機傳動(chundng)機構(gòu)生產(chǎn)負載控制設(shè)備電源電機拖動的分類共三十八頁電機(dinj)拖動的分類電機(dinj)拖動具有良好的起、制動性能，平滑調(diào)速。國內(nèi)外電力拖動研究的中心。逐漸取代直流拖動交流電機拖動直流電機拖動共三十八頁電能生產(chǎn)(shngchn)傳輸過程共三十八頁電能的生產(chǎn)、傳輸(chun sh)和分配共三十八頁直流輸電(shdin)系統(tǒng)共三十八頁拖動生產(chǎn)機械如金屬切削、礦山機械、交通運輸機械

6、、起重機械(q zhn j xi)、化工機械、農(nóng)用機械、電動工具、家用電器等電能驅(qū)動生產(chǎn)(shngchn)機械和裝備共三十八頁控制系統(tǒng)(kn zh x tn)和智能化裝置的重要元件共三十八頁研究(ynji)對象1.電路：電路主要指電樞繞組部分，它的形式和連接方法影響電勢的數(shù)量和質(zhì)量。繞組帶上負載對磁場的影響是研究電機的核心問題；2.磁路：此外電機中磁路分析的準確性直接影響電路的計算，在磁路不飽和時電路參數(shù)為常數(shù)(chngsh)，磁路飽和時與磁路有關(guān)的電路參數(shù)是非線性的；3.機械特性：在電機能量轉(zhuǎn)換過程中涉及電磁力矩及相應(yīng)的轉(zhuǎn)速問題，二者關(guān)系nf(T)為電機的機械特性；4.損耗：在能量轉(zhuǎn)換中存在

7、各種損耗，主要有銅損和鐵損。共三十八頁第一章 電磁(dinc)理論基礎(chǔ)知識直流和交流電路分析原理磁路定律電磁關(guān)系電、磁和力的關(guān)系力學(xué)(l xu)定律能量轉(zhuǎn)換和守恒定律材料的特性共三十八頁1.電路分析和磁路(c l)定律交、直流電路分析(fnx)歐姆定律：基爾霍夫定律電磁關(guān)系磁路歐姆定律磁路基爾霍夫定律共三十八頁從物理學(xué)可知：磁場強度 與磁感應(yīng)強度 及磁導(dǎo)率 的關(guān)系為 工程(gngchng)上，常將磁感應(yīng)強度B表示為單位面積的磁通量，稱為磁通密度，簡稱磁密。磁力線總是閉合的，這一現(xiàn)象稱為磁通連續(xù)性。事實上，由于漏磁通的存在，磁路中各截面的磁通量并不相等，而且各段鐵芯的飽和程度不同，其相應(yīng)的磁導(dǎo)率

8、也不相同。 磁路(c l)基本概念真空的磁導(dǎo)率：相對磁導(dǎo)率：共三十八頁磁路歐姆定律：鐵磁材料的 不為常數(shù)。磁路的基爾霍夫第一定律：說明磁通是連續(xù)(linx)的。磁路的基爾霍夫第二定律：（定律公式與前面(qin mian)是一致的）共三十八頁磁路(c l)與電路的類比與區(qū)別 磁路 電路 磁動勢F 電動勢E 物理量 磁壓降Um 電壓U 磁阻Rm 電阻(dinz)R 磁導(dǎo) 電導(dǎo)G基本定律 歐姆定律 F Rm IE R基爾霍夫第一定律 0 I0基爾霍夫第二定律 NIRm U0共三十八頁3.電磁(dinc)關(guān)系電磁感應(yīng)定律(dngl)全電流定律：右手螺旋定則共三十八頁4. 電、磁和力的關(guān)系(gun x)

9、導(dǎo)體(dot)在磁場中運動產(chǎn)生電勢.eBvBfi載流導(dǎo)體在磁場中受到的電磁力。共三十八頁5.力學(xué)(l xu)定律直線運動和旋轉(zhuǎn)(xunzhun)運動的動力學(xué)定律力和力矩的關(guān)系：旋轉(zhuǎn)運動：共三十八頁輸入能量輸出(shch)能量損耗6.能量守恒共三十八頁鐵磁物質(zhì)包括鐵、鎳、鈷等以及它們的合金。將這些材料放入磁場(cchng)中，磁場(cchng)會顯著增強。鐵磁材料在外磁場(cchng)中呈現(xiàn)很強的磁性，此現(xiàn)象稱為鐵磁物質(zhì)的磁化（圖示1-8）。7.鐵磁材料(cilio)及其特性 鐵磁材料的磁化共三十八頁磁化(chu)曲線和磁滯回線 1.起始磁化曲線將一塊尚未磁化的鐵磁材料進行(jnxng)磁化，當(dāng)

10、磁場強度H由零逐漸增大時，磁通密度B將隨之增大，曲線B=f(H)就稱為起始磁化曲線（圖示）。分析：起始磁化曲線基本上可分為四段 磁化曲線開始拐彎的b點，稱為膝點或飽和點共三十八頁 2. 磁滯回線Br稱為剩余磁感應(yīng)強度，簡稱(jinchng)剩磁（密度）；Hc稱為矯頑力，非鐵磁材料剩磁矯頑力鐵磁材料所具有(jyu)的這種磁通密度B的變化滯后于磁場強度H變化的現(xiàn)象，叫做磁滯。呈現(xiàn)磁滯現(xiàn)象的B-H閉合回線，稱為磁滯回線。共三十八頁 3. 基本(jbn)磁化曲線對同一鐵磁材料，選擇不同的磁場強度進行反復(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聯(lián)接起來，所得的曲線。（圖示） 基本(jbn

11、)磁化曲線與起始磁化曲線的差別很小基本磁化曲線HB共三十八頁三、鐵磁材料(cilio) 磁滯回線窄，剩磁(shngc)和矯 頑力都小的材料，稱為軟磁材料，常用的軟磁材料有電工硅鋼片、鑄鐵、 鑄鋼等。軟磁材料磁導(dǎo)率較高。如圖1-13a示。碰滯回線寬，剩磁Br和矯頑力Hc都大的鐵磁材料稱為硬磁材料，如圖1-13b所示。由于剩磁大，可用以制成永久磁鐵，因而硬磁材料亦稱為永磁材料，如鋁鎳鉆、鐵氧體、稀土鈷、釹鐵硼等。1.軟磁材料2.硬磁材料共三十八頁四、鐵芯損耗(snho)1.磁滯損耗 鐵磁材料置于交變磁場中，材料被反復(fù)交變磁化，磁疇相互不停地摩擦而消耗能量，并以產(chǎn)生(chnshng)熱量的形式表現(xiàn)出

12、來，造成的損耗稱為磁滯損耗。工程上可寫為： 為磁滯損耗系數(shù)共三十八頁2.渦流損耗 當(dāng)通過鐵心的磁通隨時間變化(binhu)時，鐵心中將產(chǎn)生感應(yīng)電動勢，并引起環(huán)流。這 些環(huán)流在鐵心內(nèi)部作旋渦狀流動，稱為渦流，渦流在鐵心中引起的損耗，稱為渦流損耗。（圖示）分析(fnx)可得： 為渦流損耗系數(shù)共三十八頁磁路與電路(dinl)區(qū)別（1）電路中有電流，就有功率損耗； 而直流磁路中，維持一定(ydng)的磁通量，鐵心中沒有功率損耗。 （2）在電路中電流全部在導(dǎo)線中流動，導(dǎo)線外沒有電流； 在磁路中，沒有絕對的磁絕緣體，除了鐵心中，總有一部分漏磁通散布在周圍空氣中。 （3）電阻率在一定溫度下是不變的； 磁阻率

13、不是常數(shù)，是磁通密度的函數(shù)。 （4）對線性電路，計算時可以用疊加定理； 鐵心磁路，飽和時磁路是非線性，不能用疊加定理。共三十八頁交流磁路(c l)的特點1. 交流磁路中，激磁電流是交流，因此(ync)磁路中的磁動勢及其所激勵的磁通均隨時間而交變，但每一瞬時仍和直流磁路一樣，遵循磁路的基本定律。2.就瞬時值而言，通常情況下，可以使用相同的基本磁化曲線。 3.磁通量和磁通密度均用交流的幅值表示，磁動勢和磁場強度則用有效值表示。 1.磁通量隨時間交變，必然會在激磁線圈內(nèi)產(chǎn)生感應(yīng)電動勢； 2.磁飽和現(xiàn)象會導(dǎo)致電流、磁通和電動勢波形的畸變。 特點交變磁通的兩個效應(yīng)共三十八頁電磁轉(zhuǎn)矩是怎樣產(chǎn)生的？它在機電

14、能量轉(zhuǎn)換過程中起著什么(shn me)作用？答：電機中電磁(dinc)轉(zhuǎn)矩是由載流導(dǎo)體在磁場中受力而產(chǎn)生的，在機電能量轉(zhuǎn)換中是機械能和電能轉(zhuǎn)換的完成者。共三十八頁一鐵環(huán)的平均半徑為0.3米，鐵環(huán)的橫截面積為一直徑等于(dngy)0.05米的圓形，在鐵環(huán)上繞有線圈，當(dāng)線圈中電流為5安時，在鐵心中產(chǎn)生的磁通為0.003韋，查表知當(dāng)B=1.528T時H=3180A，試求線圈應(yīng)有匝數(shù)。 解：鐵環(huán)中磁路平均長度 （m）圓環(huán)的截面積S鐵環(huán)內(nèi)的磁感應(yīng)強度(qingd)磁場強度H3180（A/m）FH =31801.896000（A） 故：匝數(shù)為N （匝）設(shè)上題鐵心中的磁通減少一半，線圈匝數(shù)不變，問此時線圈中流過電流比原來大，還是??？共三十八頁內(nèi)容摘要電機原理與拖動（一）。成績：平時成績（點名、測驗、作業(yè)）20分考試成績70分。本課程性質(zhì)：十分重要的專業(yè)(zhuny)基礎(chǔ)課，是后續(xù)專業(yè)(zhuny)課的基礎(chǔ)。自動控制系統(tǒng)中的執(zhí)行元件、檢測元件。電