電機(jī)學(xué)課件chap交流電機(jī)共同理論

1、電機(jī)學(xué)緒論變壓器交流電機(jī)共同理論異步電機(jī)緒論電機(jī)的發(fā)展主要類別基本作用原理多個(gè)（電磁）定律電機(jī)可逆性原理電機(jī)的材料作業(yè)電機(jī)的發(fā)展1電機(jī)的發(fā)展初期電磁感應(yīng)定律的發(fā)現(xiàn)1831年法拉第直流電機(jī)的發(fā)展單相交流電的應(yīng)用遠(yuǎn)距離傳輸三相交流電的應(yīng)用解決電機(jī)啟動(dòng)問(wèn)題電機(jī)的發(fā)展2電機(jī)的近代發(fā)展及趨勢(shì)單機(jī)容量不斷增加機(jī)組容量大時(shí)，單位容量的用料（?。?、損耗（?。?、造價(jià)（低）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19005MVA1956水內(nèi)冷208MVA192025MVA1960320MVA1937空氣冷卻100MVA目前1000MVA 氫氣冷卻150

2、MVA電機(jī)的主要類別電機(jī)的作用轉(zhuǎn)換能量，輸入及輸出機(jī)械運(yùn)動(dòng)傳遞機(jī)械功率定子、轉(zhuǎn)子、氣隙據(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 電機(jī)的主要類別據(jù)速度、電流分變壓器靜止設(shè)備 旋轉(zhuǎn)電機(jī)直流電機(jī)沒有固定的同步速度 、直流交流電機(jī)異步電機(jī)速度不等于同步速度 、交流同步電機(jī)速度等于同步速度 、交流電機(jī)的運(yùn)行與分析基礎(chǔ)電磁感應(yīng)定律全電流定律磁路定律電路定律電磁力定律電機(jī)的基本作用原理磁場(chǎng)、磁感應(yīng)強(qiáng)度用磁場(chǎng)中載流導(dǎo)體受到的洛侖茲力確定其存在和性質(zhì)B是矢量,即既有大小，又有方向用磁

3、力線上每點(diǎn)的切線方向規(guī)定B的方向用磁力線的疏密程度表示B的大小磁力線(1)磁感應(yīng)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(2)磁場(chǎng)中的磁感應(yīng)線不相交，每點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度的方向確定唯一(3)載流導(dǎo)線周圍的磁感應(yīng)線都是圍繞電流的閉合曲線電機(jī)的基本作用原理磁通量通過(guò)磁場(chǎng)中某一面積的磁感應(yīng)線數(shù)稱為通過(guò)該面積的磁通量(磁通)，符號(hào)、單位Wb =BScos 磁通連續(xù)性原理由于磁感應(yīng)線是閉合的，因此對(duì)任意封閉曲面來(lái)說(shuō)，進(jìn)入該閉合曲面的磁感應(yīng)線，一定等于穿出該閉合曲面的磁感應(yīng)線。如規(guī)定磁感應(yīng)線從曲面穿出為正，穿入為負(fù)，則通過(guò)任意封閉曲面的磁通量總和必等于零 電機(jī)的基本作用原理磁場(chǎng)強(qiáng)度H、磁導(dǎo)率 B=H

4、磁導(dǎo)率，決定于介質(zhì)性質(zhì)，Hm。變化范圍很大。真空磁導(dǎo)率0=410-7Hm 非鐵磁物質(zhì)如空氣、銅、鋁和絕緣材料等，近似等于真空磁導(dǎo)率 鐵磁物質(zhì)如鐵、鎳、鋁及其合金，磁導(dǎo)率遠(yuǎn)大于真空磁導(dǎo)率達(dá)數(shù)千甚至上萬(wàn)倍。通常以相對(duì)磁導(dǎo)率表示鐵磁物質(zhì)的磁導(dǎo)率比真空磁導(dǎo)率增大的倍數(shù)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安培環(huán)路定律(全電流定律) 磁場(chǎng)強(qiáng)度矢量H沿任一閉合路徑的線積分等于穿過(guò)該閉合路徑的限定面積中流過(guò)電流的代數(shù)和。且積分回路的繞行方向和產(chǎn)生該磁場(chǎng)的電流方向符合右手螺旋定則 磁壓沿著磁場(chǎng)中任一閉臺(tái)回路其總磁壓等于總磁勢(shì) 磁路及其參數(shù)認(rèn)為磁通完全在導(dǎo)磁體內(nèi)部通過(guò)；假設(shè)在鐵芯柱截面上B

5、為均勻分布磁路的歐姆定律磁路基本定律磁路的基爾霍夫第一定律流入磁路節(jié)點(diǎn)的磁通的代數(shù)和應(yīng)等于零 磁路的基爾霍夫第二定律沿著任一閉合回路，其總磁壓等于總磁勢(shì)磁化曲線不同的磁性材料有不同的磁導(dǎo)率同一材料當(dāng)其磁通密度不同時(shí)，亦有不同的磁導(dǎo)率 起始段，磁導(dǎo)率較小線性區(qū)，磁導(dǎo)率大且不變飽和區(qū)磁滯現(xiàn)象與磁滯回線 磁場(chǎng)強(qiáng)度H緩慢地循環(huán)變化，B一H曲線是一封閉曲線磁滯回線 矯頑磁力Hc 剩余磁感應(yīng)強(qiáng)度Br鐵芯損耗 當(dāng)導(dǎo)磁材料位于交變磁場(chǎng)中被反復(fù)磁化，B一H曲線呈磁滯回線。導(dǎo)磁材料中將引起能量損耗，稱為鐵芯損耗。鐵芯損耗分為兩部分：磁滯損耗和渦流損耗。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

6、均轉(zhuǎn)化為熱能使鐵芯溫度升高，為防止電機(jī)過(guò)熱，采用硅鋼片以減小鐵芯損耗，采取散熱降溫措施 磁場(chǎng)儲(chǔ)能 磁場(chǎng)是一種特殊形式的物質(zhì)，磁場(chǎng)中能夠儲(chǔ)存能量，在磁場(chǎng)建立過(guò)程中，能量由外部能源轉(zhuǎn)換而來(lái)。電機(jī)通過(guò)磁場(chǎng)儲(chǔ)能來(lái)實(shí)現(xiàn)機(jī)、電能量轉(zhuǎn)換體積能量密度磁場(chǎng)能量主要存儲(chǔ)在氣隙中 電感 磁鏈 磁通 磁導(dǎo)電感 L自感互感漏電感電抗電感性質(zhì)電感與線圈匝數(shù)的平方成正比，和磁場(chǎng)介質(zhì)的磁導(dǎo)亦成正比關(guān)系，而和線圈所加的電壓、電流或頻率無(wú)關(guān)。 電機(jī)的電感（電抗）與電機(jī)磁路的飽和有關(guān) 電機(jī)的電感(電抗)與電機(jī)的電、磁結(jié)構(gòu)有關(guān) 對(duì)應(yīng)不同的磁通需引用多種不同的電抗 電磁感應(yīng)定律 設(shè)有一線圈位于磁場(chǎng)中 ，當(dāng)該線圈中的磁鏈發(fā)生變化時(shí)，線圈

7、中將有感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)(簡(jiǎn)稱電勢(shì))產(chǎn)生。感應(yīng)電勢(shì)的數(shù)值與線圈所匝鏈的磁鏈的變化率成正比。感應(yīng)電勢(shì)的方向?qū)A向于產(chǎn)生一電流，如電流能流通，該電流的磁化作用將阻止線圈的磁鏈發(fā)生變化。 線圈中的感應(yīng)電勢(shì)將傾向于阻止線圈中磁鏈的變化 兩種感應(yīng)電勢(shì)線圈中磁鏈的變化 (1)磁通本身就是由交流電流所產(chǎn)生，也就是說(shuō)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）(2)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) e=Blv 電磁力 載流導(dǎo)體位于磁場(chǎng)中時(shí)，導(dǎo)體上受到力Fe 發(fā)電機(jī)（電動(dòng)機(jī)）基本作用原理i - Fe - v 電動(dòng)機(jī)發(fā)電機(jī) v - e - i電機(jī)可逆性原理如在電機(jī)軸上外施機(jī)械功率，通過(guò)電機(jī)導(dǎo)體在磁場(chǎng)中作用產(chǎn)生感應(yīng)電勢(shì)可輸出電功率；如在電機(jī)電路中從電源輸入電功率，則載流導(dǎo)體在磁場(chǎng)作用下可使電機(jī)旋轉(zhuǎn)而輸出機(jī)械功率。任何電機(jī)既可以作為發(fā)電機(jī)運(yùn)行，又可以作為電動(dòng)機(jī)運(yùn)行不論用作發(fā)電機(jī)或電動(dòng)機(jī)，感應(yīng)電勢(shì)和電磁力都同時(shí)作用于導(dǎo)體。 電機(jī)的制造材料 導(dǎo)電、導(dǎo)磁、絕緣、散熱和機(jī)械支撐 銅是最通用的導(dǎo)電材料 鋼鐵是良好的導(dǎo)磁材料為了減小鐵芯中的渦流損耗，導(dǎo)磁材料應(yīng)當(dāng)用薄片鋼，稱為電工鋼片（硅鋼片）。成分中含有少量的