電機(jī)學(xué)概述和磁路簡(jiǎn)介匯編資料

1、共五十二頁(yè)2電機(jī)學(xué)概述(i sh)和磁路簡(jiǎn)介共五十二頁(yè)電機(jī)學(xué)概述(i sh)和磁路簡(jiǎn)介0.1 電機(jī)學(xué)概述(i sh)0.2 電機(jī)學(xué)理論基礎(chǔ)-磁路的基本定律共五十二頁(yè)0.1 電機(jī)學(xué)概述(i sh)一、電機(jī)的定義 電機(jī)是以電磁感應(yīng)理論為原理，來(lái)實(shí)現(xiàn)能量(nngling)轉(zhuǎn)換或信號(hào)傳遞的電氣設(shè)備或機(jī)電元件。共五十二頁(yè)二、為什么要學(xué)電機(jī)學(xué)課程(kchng)？1.電機(jī)在國(guó)民經(jīng)濟(jì)(gumnjngj)中的廣泛應(yīng)用 電力系統(tǒng)、工廠、交通運(yùn)輸、農(nóng)村、國(guó)防、石油勘探、文教醫(yī)療、家用電器.2.本課程與其他課程的緊密聯(lián)系 對(duì)于電力系統(tǒng)自動(dòng)化專(zhuān)業(yè)的技術(shù)人員，必然要 從事電力系統(tǒng)穩(wěn)定性的研究，則首先要了解各電氣設(shè)備的特性

2、； 對(duì)于從事電氣工程自動(dòng)化專(zhuān)業(yè)的技術(shù)人員，要搞清楚所控制的對(duì)象及其各類(lèi)電動(dòng)機(jī)的特性，才能搞好自動(dòng)控制的問(wèn)題。共五十二頁(yè)三、電機(jī)學(xué)課程(kchng)的內(nèi)容和類(lèi)型1. 內(nèi)容 電機(jī)的原理、結(jié)構(gòu)(jigu)、特性和應(yīng)用；直流電機(jī)、變壓器、異步電機(jī)和同步電機(jī)。共五十二頁(yè)2. 電機(jī)(dinj)類(lèi)型電機(jī)(dinj)發(fā)電機(jī)電動(dòng)機(jī)變壓器按能量轉(zhuǎn)換角度共五十二頁(yè)按結(jié)構(gòu)(jigu)特點(diǎn)及電源種類(lèi)分電機(jī)(dinj)靜止-旋轉(zhuǎn)電機(jī)交流電機(jī)直流電機(jī)同步電機(jī)異步電機(jī)變壓器共五十二頁(yè)（1）發(fā)電機(jī)的用途(yngt)火電廠：將燃料(rnlio)燃燒的熱能轉(zhuǎn)換為電能。水電廠：將水流的勢(shì)能轉(zhuǎn)換為電能。核電廠：將原子核裂變的原子能轉(zhuǎn)換

3、為電能。風(fēng)電廠：將風(fēng)能轉(zhuǎn)換為電能。用于發(fā)電廠用于獨(dú)立系統(tǒng)中的發(fā)電機(jī)共五十二頁(yè)發(fā)電機(jī)圖片(tpin)共五十二頁(yè)發(fā)電機(jī)圖片(tpin)葛洲壩170MW水輪(shu ln)發(fā)電機(jī)組共五十二頁(yè)（2）變壓器的用途(yngt)主要用于各級(jí)變電站中。 改變交流電能的電壓，實(shí)現(xiàn)交流電能的經(jīng)濟(jì)(jngj)輸送和合理分配。 共五十二頁(yè)簡(jiǎn)單(jindn)的電力系統(tǒng)示意圖共五十二頁(yè)變壓器圖片(tpin)共五十二頁(yè)(3)電動(dòng)機(jī)的用途(yngt)作為(zuwi)原動(dòng)機(jī)，拖動(dòng)各種機(jī)械設(shè)備。 據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國(guó)電動(dòng)機(jī)的耗電量約占發(fā)電量的60% 。工業(yè)農(nóng)業(yè)交通運(yùn)輸業(yè)航天、航空、航海行業(yè)國(guó)防、文化教育、醫(yī)療衛(wèi)生、IT等行業(yè)日常生活 共

4、五十二頁(yè)電動(dòng)機(jī)的用途(yngt)工業(yè)機(jī)床、機(jī)器人、軋鋼機(jī)、紡織機(jī)、造紙機(jī)、風(fēng)機(jī)、水泵、壓縮機(jī)、吊車(chē)、卷?yè)P(yáng)機(jī)、傳送帶等。 農(nóng)業(yè)電力(dinl)排灌設(shè)備、脫粒機(jī)、碾米機(jī)、榨油機(jī)、粉碎機(jī)等。交通運(yùn)輸業(yè)電氣機(jī)車(chē)、磁懸浮列車(chē)、城市軌道列車(chē)、無(wú)軌電車(chē)、電動(dòng)汽車(chē)等。共五十二頁(yè)電動(dòng)機(jī)的用途(yngt)航空和航海業(yè)有特殊要求的航空電機(jī)、船用電機(jī)和推進(jìn)(tujn)電機(jī)等。日常生活電風(fēng)扇、洗衣機(jī)、吸塵器、空調(diào)、電冰箱、微波爐、DVD播放機(jī)、電動(dòng)按摩器、電動(dòng)工具等。共五十二頁(yè)電動(dòng)機(jī)圖片(tpin)船 用 電 機(jī)應(yīng) 用 于 洗 衣 機(jī)共五十二頁(yè)電動(dòng)機(jī)圖片(tpin)用于榨汁機(jī)、攪拌機(jī)、切肉機(jī)及其它小家電等管狀電機(jī), 用

5、于遙控車(chē)庫(kù)門(mén)開(kāi)門(mén)(ki mn)器,遙控車(chē)庫(kù)門(mén),遙控卷簾門(mén)等 用于CD、立體聲耳機(jī)、DVD唱機(jī)共五十二頁(yè)四、電機(jī)學(xué)課程性質(zhì)和學(xué)習(xí)(xux)方法1.課程地位 是電氣工程及其自動(dòng)化專(zhuān)業(yè)的重要專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)課，是后續(xù)相關(guān)專(zhuān)業(yè)課程（電機(jī)(dinj)控制、電力系統(tǒng)分析、高電壓技術(shù)、繼電保護(hù)）的理論基礎(chǔ)。主干課程之間的關(guān)系高等數(shù)學(xué)大學(xué)物理電路原理電機(jī)學(xué)基礎(chǔ)理論專(zhuān)業(yè)知識(shí)橋梁電機(jī)測(cè)控電機(jī)設(shè)計(jì)電氣傳動(dòng)電力系統(tǒng)高壓技術(shù)建筑電氣共五十二頁(yè)2.課程學(xué)習(xí)要點(diǎn) 電機(jī)學(xué)以變壓器和旋轉(zhuǎn)電機(jī)的基本概念、基本電磁關(guān)系、基本分析方法、運(yùn)行(ynxng)特性等內(nèi)容為核心。 將“場(chǎng)”的問(wèn)題(wnt)轉(zhuǎn)換成“路”的問(wèn)題(wnt)： 方程式中含有

6、：電勢(shì)平衡、轉(zhuǎn)矩平衡、功率平衡、磁勢(shì)平衡方程式；電磁場(chǎng)電路磁路歸算后等效為電路等效電路相量圖方程式轉(zhuǎn)換為共五十二頁(yè)3.學(xué)習(xí)方法： 本課程的特點(diǎn)是理論性、實(shí)踐性和綜合性強(qiáng)，學(xué)習(xí)時(shí)要：認(rèn)真聽(tīng)課精讀教材熟練掌握基本電磁規(guī)律(gul)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)的重要保證共五十二頁(yè)0.2 電機(jī)學(xué)理論(lln)基礎(chǔ)-磁路的基本定律1 磁路(c l)的基本定律 2 常用的鐵磁材料及其特性 共五十二頁(yè)1 磁路(c l)的基本定律一、磁場(chǎng)(cchng)的基本概念 1. 磁感應(yīng)強(qiáng)度和磁力線 磁場(chǎng)由電流產(chǎn)生。 產(chǎn)生磁場(chǎng)的電流 勵(lì)磁電流。 磁感應(yīng)強(qiáng)度B 用于

7、表征磁場(chǎng)的強(qiáng)弱和方向。 單位：T 磁場(chǎng)中各點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度可以用磁力線的疏密 程度來(lái)表示。共五十二頁(yè) 磁力線的分布(fnb)和方向： 磁力線的特性(txng)： 磁力線的回轉(zhuǎn)方向和電流方向之間的關(guān)系遵 守右手螺旋法則。 磁力線總是閉合的，既無(wú)起點(diǎn)，也無(wú)終點(diǎn)。 磁場(chǎng)中的磁力線不會(huì)相交。 II共五十二頁(yè)2. 磁通量和磁通連續(xù)性定律(dngl) 在均勻(jnyn)磁場(chǎng)中： 磁通 (韋伯 Wb) ： 穿過(guò)某一截面 A 的磁感應(yīng)強(qiáng)度B 的通量。 = A B dA = BA 共五十二頁(yè)3. 磁場(chǎng)強(qiáng)度(cchng qingd)和磁導(dǎo)率 磁場(chǎng)強(qiáng)度(cchng qingd) H ( A/m) ： 表征磁場(chǎng)的強(qiáng)弱和

8、方向的量。 H 與 B 的關(guān)系與區(qū)別 (在各向同性介質(zhì)中) B = H 磁導(dǎo)率 ( H/m )：表征磁場(chǎng)中介質(zhì)的導(dǎo)磁能力。 對(duì)各向同性介質(zhì) 為標(biāo)量；線性介質(zhì) 為常數(shù)。 真空的磁導(dǎo)率： 0 = 4107 H/m H I， H 與介質(zhì)的性質(zhì)無(wú)關(guān)。 B 與 I 的大小和介質(zhì)的性質(zhì)均有關(guān)。 共五十二頁(yè)二、磁路(c l)及其基本定律 1. 磁路(c l)的概念磁路：磁通所通過(guò)的路徑。電路：電流所通過(guò)的路徑。對(duì)偶電阻電動(dòng)勢(shì)電流磁阻磁動(dòng)勢(shì)磁通共五十二頁(yè)2 u1 1 主磁通 漏磁通 磁路(c l) i1 勵(lì)磁(l c)繞組 S N S N 變壓器磁路 四極直流電機(jī)磁路 u2i2 兩種常見(jiàn)的磁路共五十二頁(yè)2.

9、安培環(huán)路(hun l)定律（全電流定律） 如圖： i = i1i2i3 H dl = i l 在磁場(chǎng)中，沿著任何一條閉合回路(hul) l ，磁場(chǎng)強(qiáng)度H的線積分，等于該閉合回路所包圍電流的代數(shù)和,即注：若i與l符合右手螺旋關(guān)系，取正號(hào)，否則取負(fù)。其中大拇指所指為i的方向，四指為l方向。共五十二頁(yè) = N i N i 無(wú)分支(fnzh)磁路 l A 3. 磁路(c l)的歐姆定律 H dl = Hl l B = A H = B A = = N i l/A F Rm = 描述磁動(dòng)勢(shì)與磁通之間關(guān)系的磁路歐姆定律，即作用于磁路上的磁動(dòng)勢(shì)等于磁阻乘以磁通。 FRm共五十二頁(yè)Rm = (A/Wb) l A

10、 磁動(dòng)勢(shì)： F = N i 為作用(zuyng)在磁路上的安匝數(shù) 。 磁阻：F Rm = 磁路歐姆定律只能用于定性分析磁路 因?yàn)?yn wi) 不是常數(shù)，故 Rm 非線性。 k=1n Rm = Rmk 串聯(lián)磁路的總磁阻為 共五十二頁(yè) 【例0-1】有一閉合鐵心磁路，鐵心的截面積A=9*10-4m2，磁路的平均長(zhǎng)度(chngd)l=0.3m，鐵心的磁導(dǎo)率Fe=5000 0(0為真空的磁導(dǎo)率， 0=4* 10-7H/m），套裝在鐵心上的勵(lì)磁繞組為500匝，不計(jì)漏磁。試求在鐵心中產(chǎn)生1T的磁通密度時(shí)，所需的勵(lì)磁磁動(dòng)勢(shì)和勵(lì)磁電流。 F=Hl=Ni 共五十二頁(yè)閉合面A顯然(xinrn)有： -1 2 3

11、= 0 任一閉合面： = 04. 磁路(c l)的基爾霍夫第一定律 文字描述：穿出(或進(jìn)入)任一閉合面的總磁通量恒等于零(或者說(shuō)，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) 3Rm321Rm1Rm2F共五十二頁(yè)5.磁路(c l)的基爾霍夫第二定律磁路由鐵磁材料及空氣隙兩部分(b fen)組成，而鐵磁材料這部分(b fen)的截面積又分為A1，A2，故整個(gè)磁路應(yīng)分為三段。根據(jù)安培環(huán)路定律及磁路歐姆定律，可得：磁壓降文字描述： 沿任何閉合磁路的總磁動(dòng)勢(shì)恒等于各段磁路磁壓降的代數(shù)和。 共五十二頁(yè) 第 k 段磁路(c l)的磁壓降為 BkkHklk = lk = lkk k Ak Rmk =

12、(A/Wb) lk k Ak 第 k 段磁路(c l)的磁阻為 沿任何閉合磁路磁動(dòng)勢(shì)的代數(shù)和等于磁壓降 的代數(shù)和。 F = Hklk = Rmkk F1Rm1Rm22Rm共五十二頁(yè) 磁路和電路(dinl)的比較 電路磁路基本物理量及表達(dá)式單位基本物理量及表達(dá)式單位電流：IA磁通：Wb電動(dòng)勢(shì)：EV磁動(dòng)勢(shì)：F=NIA電壓降：UV磁壓降：Rm=HlA電阻：R=l/A磁阻： Rm=l/AH-1電導(dǎo)：G =1/RS磁導(dǎo)：m=1/RmH歐姆定律：E=IR歐姆定律：F=Rm基爾霍夫第一定律：I=0基爾霍夫第一定律：=0基爾霍夫第二定律： E=U基爾霍夫第二定律： F=Rm=Hl共五十二頁(yè)5.鐵心(ti xn

13、)磁路計(jì)算（1）串聯(lián)磁路計(jì)算將磁路分段，保證每段磁路的均勻性計(jì)算每段磁路的截面積和等效長(zhǎng)度根據(jù)給定磁通，確定每段磁路磁密由磁密確定每段磁路的磁場(chǎng)強(qiáng)度計(jì)算每段磁路的磁壓降由基爾霍夫第二定律計(jì)算磁動(dòng)勢(shì)共五十二頁(yè)【例0-2】 圖示的磁路(c l)由電工鋼片疊壓而成，鐵心的 疊壓系數(shù)為 kFe= 0.94，各段鐵心的截面積均為 A = 0.8 10-3 m2，長(zhǎng)度分別為 l1 = 0.08 m，l2= 0.1 m，l3= 0.037 m， l4 = 0.037 m，l5 = 0.1 m，氣隙長(zhǎng)度 = 0.006 m，已知鐵心 的磁導(dǎo)率為空氣磁導(dǎo)率的 1900 倍，勵(lì)磁繞組的匝數(shù) N = 2000，如要

14、在鐵心中產(chǎn)生 10-3 Wb 的磁通，求需要多大的 勵(lì)磁電流。 解：鐵心(ti xn)的凈面積為 Ak = kFeA = 0.940.810-3 m2 = 0.75210-3 m2 鐵心中的平均磁通密度為 共五十二頁(yè)鐵心(ti xn)部分的磁場(chǎng)強(qiáng)度為 鐵心(ti xn)部分的磁壓降為 不考慮邊緣效應(yīng)，則氣隙中磁通密度與鐵心中相等， 故氣隙中磁場(chǎng)強(qiáng)度為 共五十二頁(yè)氣隙磁壓降為 該磁路(c l)所需的總磁動(dòng)勢(shì)為 勵(lì)磁(l c)電流為 盡管 1.5%l ， 但 H = 96.8% Hl 。 磁路中氣隙的影響 當(dāng)F 一定時(shí)， 氣隙 的存在使 大幅減小。 若要保持 一定，則需增大磁動(dòng)勢(shì) F 。共五十二頁(yè)

15、 邊緣效應(yīng) 增大(zn d)了氣隙的有效面積。 氣隙 鐵心 鐵心 邊緣磁通 邊緣磁通 若氣隙長(zhǎng)度為，鐵心的截面積為a*b,當(dāng)比a和b小很多時(shí)，氣隙的有效(yuxio)面積A （有效）將近似等于 A （有效）(a+ )(b+ )共五十二頁(yè)三、電磁感應(yīng)(dinc-gnyng)定律 ui e 正方向(fngxing)（參考方向(fngxing)） e = =N ddtd dt 磁通鏈 = N 。 設(shè) = m sin t 則 e =N m cos t = Em sin( t 90o) E = 4.44 f NmE =j4.44 f Nm 1. 變壓器電動(dòng)勢(shì) 共五十二頁(yè)2. 運(yùn)動(dòng)(yndng)電動(dòng)勢(shì) e

16、 = Bv l 需互相垂直 右手定則 l ：導(dǎo)體在磁場(chǎng)(cchng)中的長(zhǎng)度，m；v ：導(dǎo)體與磁場(chǎng)之間的運(yùn)動(dòng)速度， m/s；e：?jiǎn)挝粸閂。三者之間互相垂直，電動(dòng)勢(shì)的方向用右手定則確定。共五十二頁(yè)Oi 四、電磁力定律(dngl)與電磁轉(zhuǎn)矩 左手(zushu)定則 f = Bl i 1. 電磁力 2. 電磁轉(zhuǎn)矩 f f r Te = 2Bl i r 需互相垂直 （單位：N） （單位：N m ） 共五十二頁(yè)2 常用的鐵磁材料(cilio)及其特性 材料（介質(zhì)）按磁導(dǎo)率分類(lèi)(fn li)： 非鐵磁（非磁性）材料、鐵磁（磁性）材料。 非鐵磁材料（如空氣、銅、鋁和絕緣材料等）： 0 = 4107 H /

17、m 順磁材料（如空氣）： 略大于 0 。 反磁材料（如銅）： 略小于 0 。1. 高導(dǎo)磁性 (具增磁作用） 0 一、鐵磁材料的重要性質(zhì) 共五十二頁(yè) 鐵磁材料高導(dǎo)磁性(cxng)的微觀機(jī)理 磁疇（磁化(chu)前） 磁疇（磁化后） 鐵磁材料被磁化 鐵磁材料在外磁場(chǎng)中呈現(xiàn)很強(qiáng)的磁性這一現(xiàn)象。 因其內(nèi)部存在著很多很小的“磁疇”。 由此產(chǎn)生的附加磁場(chǎng)比同一 H 在非鐵磁材料中 所激勵(lì)的磁場(chǎng)要強(qiáng)得多。 共五十二頁(yè)2. 磁飽和(boh)性 B = H（ 常數(shù)(chngsh)） 膝點(diǎn) 鐵磁材料的磁化曲線不是一條直線， 會(huì)隨鐵磁材料內(nèi)磁密B 的變化而變化，當(dāng)磁密達(dá)到b點(diǎn)后，鐵磁材料內(nèi)磁密B呈現(xiàn)飽和想象，也就是

18、說(shuō)，此時(shí)磁場(chǎng)強(qiáng)度H繼續(xù)增加，鐵磁材料的磁導(dǎo)率 會(huì)迅速變小，磁密B增加會(huì)越來(lái)越慢。 初始磁化曲線 共五十二頁(yè)3. 磁滯(c zh)性BHOHm Bm 剩磁(shngc) Hm 矯頑力 Br Hc BmHcBr 磁滯回線 基本磁化曲線 磁密變化落后于磁場(chǎng)強(qiáng)度變化，通常在電機(jī)內(nèi)也可理解為磁通落后于激磁電流的現(xiàn)象，稱(chēng)為磁滯現(xiàn)象。 共五十二頁(yè)4. 鐵心(ti xn)損耗 磁滯損耗 Ph 鐵磁材料置于交變磁場(chǎng)中時(shí)，磁疇相互間不停地摩擦而消耗能量、造成損耗，這種損耗稱(chēng)為磁滯損耗。(2) 渦流損耗 Pe 鐵心內(nèi)的交變磁通將感應(yīng)電勢(shì)，進(jìn)而在鐵心內(nèi)引起環(huán)流(hun li)。這些環(huán)流(hun li)通作渦流狀流動(dòng)，稱(chēng)為渦流。渦流引起的損耗，稱(chēng)為渦流損耗。鐵心損耗磁滯損耗渦流損耗共五十二頁(yè) 常見(jiàn)材料(cilio)的 基本磁化曲線 B/T 102H/(A/m) 共五十二頁(yè)內(nèi)容摘要2。電機(jī)是以電磁感應(yīng)理論(lln)為原理，來(lái)實(shí)現(xiàn)能