電機與拖動課件

電機與拖動課件第一頁，共51頁。緒論第一章直流電機第二章直流電動機的電力拖動第三章變壓器第四章三相異步電動機第五章三相異步電動機的電力拖動第六章同步電機第七章驅動和控制微電機第八章電力拖動系統(tǒng)中電動機的選擇電機及拖動電子教案第二頁，共51頁。緒論電機是利用電磁感應原理工作的機械。電機常用的分類方式有兩種：一是按功能分，有發(fā)電機、電動機、變壓器和控制電機四大類；二是按電機結構或轉速分，有變壓器和旋轉電機。注意“機”與“器”的區(qū)別。0.1電機及電力拖動系統(tǒng)概述兩種方法歸納如下：電機變壓器直流電機直流發(fā)電機直流電動機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)電機異步電動機第三頁，共51頁。緒論電機拖動系統(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、生產機械、控制設備和電源五個部分。0.1電機及電力拖動系統(tǒng)概述它們之間的關系如下電動機傳動機構生產負載控制設備電源第四頁，共51頁。電機技術發(fā)展簡介1821年英國科學家法拉第,

1834年亞哥比研制成功第一臺實用直流電動機1871年凡·麥爾準發(fā)明交流發(fā)電機20世紀性能方面改進我國解放前直流發(fā)電機200kw，電動機135kw，變壓器2000kvAJO,JO2,Y系列改進，50年代生產5萬千瓦汽輪發(fā)電機，7.25萬千瓦水輪發(fā)電機，12萬千瓦變壓器。第五頁，共51頁。電機技術發(fā)展簡介2002年交流電機累計7005萬千瓦，03年8920萬千瓦。03與加拿大合作三峽電站70萬千瓦混流式水輪發(fā)電機，05制造外徑18.43m、1694.5噸發(fā)電機轉子裝于珠海發(fā)電廠。第六頁，共51頁。電機技術發(fā)展簡介

三峽工程共裝設32臺70萬千瓦機組，為當今世界最大的水電機組。三峽工程目前已有17臺機組投產發(fā)電，投產總裝機容量達到1,190萬千瓦，發(fā)電能力居中國水電站首位。

第七頁，共51頁。緒論本課程是工業(yè)電氣與自動化、電氣技術和供用電技術等專業(yè)的一門專業(yè)基礎課。0.2本課程的性質、任務和內容本課程的任務是讓學生掌握電機的基本結構和工作原理，以及拖動系統(tǒng)的運行性能、分析計算、電機選擇及試驗方法，培養(yǎng)在電機及電力拖動方面分析和解決問題的能力，為今后學習和工作打下堅實的基礎。本課程的內容有直流電機、直流電動機的電力拖動、變壓器、三相異步電動機、三相異步電動機的電力拖動、同步電機、驅動和微控電機、電動機的選擇八個部分。第八頁，共51頁。緒論電機及拖動是一門理論性很強的技術基礎課，同時又具有專業(yè)課的性質，涉及的基礎理論和實際知識面廣，是電磁學、動力學、熱力學等學科知識的綜合。用理論分析電機及拖動的實際問題時，必須結合電機的具體結構，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。0.3本課程的特點及學習方法為了學好本門課程，必須做到以下幾點：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、要有良好的學習方法，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；提高定量計算能力。4、理論聯(lián)系實際，重視科學實驗和工程實踐；5、充分預習和復習。第九頁，共51頁。緒論磁場可由電流產生，整個磁場的情況可形象地用磁感線來描述，磁感線是閉合的曲線，且與閉合電路相交鏈，其方向與產生該磁場的電流方向符合右手螺旋定則。0.4磁場的基本物理量（1）磁通磁場中穿過某一截面積A的總磁感應線數(shù)稱為通過該面積的磁通量，簡稱磁通（magneticflux),用表示，單位為韋（Wb)。（2）磁感應強度B(fluxdensity)描述磁介質中實際的磁場強弱和方向的物理量，它是一個矢量。B=/A。單位為特斯拉。第十頁，共51頁。緒論0.4磁場的基本物理量（3）磁場強度H（magneticintensity)是進行磁場計算時引進的一個輔助物理量。方向與磁場方向相同。H與B的區(qū)別是：H代表電流本身產生的磁場強弱，反映了電流的勵磁能力。其大小只與產生該磁場的電流大小成正比。與介質的性質無關；B代表電流所產生的以及介質被磁化后產生的總磁場的強弱，其大小不僅與電流的大小有關，還與介質的性質有關。H的單位為安每米（A/m)。（4）磁導率u(Permeability)u=B/H；它是衡量物質導磁能力的物理量，單位為亨每米H/m)。真空的磁導率為一常數(shù)，用u0表示，第十一頁，共51頁。緒論0.5物質的磁性能物質按磁導率的不同分為：磁性物質（magneticmaterial)和非磁性物質（non-magneticmaterial)。非磁性物質的磁導率u近似等于真空的磁導率u0。磁性物質亦稱為鐵磁物質，主要性能有：（1）高磁導性鑄鋼的u約為u0的1000倍，硅鋼片的u約為u0的6000～7000倍。磁性物質的特點是有可轉動的“磁疇”。電機采用鐵心后，在同樣的電流下，鐵心中的B和將大大增加且比鐵心外的大的多，這樣，一方面可用較小的電流產生較強的磁場，另一方面可使大部分磁通集中在由磁性物質限定的空間內。（2）磁飽和線起始磁化曲線（initialmagnetizationcurve)（3）磁滯性第十二頁，共51頁。緒論0.5物質的磁性能剩磁強度Br；矯頑磁力Hc?；敬呕€

（fundamentalmagnetizationcurve):同一鐵磁物質，選取不同值的一系列Hm多次交變磁化，可得到一系列磁滯回線，由這些磁滯回線的正頂點與原點連成的曲線。硬磁材料的磁滯回線很寬，Br和Hc都很大，如鈷鋼，鋁鎳鈷合金和釹鐵硼合金等，常用來制造永久磁鐵。軟磁材料

的磁滯回線很窄，Br和Hc都很小，如軟鐵，硅鋼，玻莫合金和鐵氧體等，常用來制造變壓器，電機和接觸器等的鐵心。矩磁物質的磁滯回線接近矩形，Br大，Hc小，如鎂錳鐵氧體（磁性陶瓷）和某些鐵鎳合金等，常用在電子技術和計算機技術中。第十三頁，共51頁。緒論0.6電機中所用材料1.導電材料:紫銅線、鋁線，用于制成電機繞組。2.導磁材料:

0.35或0.5mm厚的硅鋼片疊成,構成電機磁路。3.絕緣材料：把導電體之間、導電體與鐵磁體之間絕緣開來。絕緣等級

A

E

B

F

H允許溫度OC

105

120

130

155

1804.機械支撐材料：制造電機所需要的其它金屬材料。0.5第十四頁，共51頁。為B級的絕緣材料，主要是由云母、石棉、玻璃絲經有機膠膠合或浸漬而成的。常用的B級絕緣材料有PVC玻璃纖維套管(黃臘管),6520復合紙,DMD絕緣紙等.第十五頁，共51頁。緒論0.7磁路的基本定律電流通過線圈時產生的磁通可以分為兩部分：主磁通（mainmagneticflux),漏磁通（leakagemagneticflux)。主磁路通過的路徑稱為磁路(magneticcircuit)。（1）磁路歐姆定律全電流定律：在磁路中，沿任一閉合路徑，磁場強度的線積分等于與該閉合路徑交鏈的電流的代數(shù)和。即第十六頁，共51頁。緒論0.7磁路的基本定律當電流的方向與閉合路徑的積分方向符合右手螺旋定則時，電流前取正號，反之取負號。第十七頁，共51頁。緒論0.7磁路的基本定律由于uc>>uo。lo盡管很小，Rmo仍然比Rmc大得多。因此，當磁路中由空氣隙存在時，磁路的磁阻Rm將顯著增加，若磁動勢F一定，則磁路中的磁通將減少。反之，若保持磁路中的磁通一定，則磁動勢就應增加?？梢?，磁路中應盡量減少不必要的空氣隙。（2）磁路基爾霍夫第一定律：在磁路的任何一個閉合面上，磁路的代數(shù)和等于零。（3）磁路基爾霍夫第二定律：在磁路中沿任何閉合磁路徑上，磁動勢的代數(shù)和等于磁壓降的代數(shù)和。第十八頁，共51頁。緒論0.8電量與磁量、電路定律與磁路定律對比電路磁路電動勢E產生電流的源。如發(fā)電機、電池等。磁動勢產生磁通的源：載流線圈。I為電流，N為匝。電流I由電動勢產生，在導體中流通。磁通由磁動勢產生，在磁路中流通。電流密度J=I/S磁通密度

B=/S電場強度E表示電場的強弱。磁感應強度B表示磁場的強弱。電阻率ρ反映導體對電流阻力大小的系數(shù)。磁阻率ρm反映磁體對磁通阻力大小的系數(shù)。電導率

γ磁導率

第十九頁，共51頁。緒論電量與磁量、電路定律與磁路定律對比（續(xù)表）電路磁路電阻磁阻電導磁導電壓降UU=RI磁壓降F=Hl

電路基爾霍夫第一定律磁路基爾霍夫第一定律電路基爾霍夫第二定律磁路基爾霍夫第二定律

電磁感應定律電磁力定律第二十頁，共51頁。練習1、全電流定律用公式表示為

。2、磁路歐姆定律表達式為

，其中

。

3、磁壓降（磁位降）的表達式為

。4、鐵心氣隙很小，氣隙磁阻

，氣隙磁壓降比其它各段鐵磁路的磁壓降之和

，即勵磁磁動勢的絕大部分消耗在

。Hl仍很大還要大得多氣隙上第二十一頁，共51頁。5、空心線圈的電感是常數(shù)，而鐵心線圈的電感不是常數(shù)，為什么？如果線圈的尺寸、形狀和匝數(shù)相同，有鐵心和沒有鐵心時，哪個電感大？鐵心線圈的鐵心在達到磁飽和和未達到磁飽和狀態(tài)時，哪個電感大？由上式知：空心線圈的磁導率是常數(shù)，所以它的電感也是常數(shù)；而鐵心線圈的磁導率不是常數(shù)（隨線圈電流的大小而變），所以電感也不是常數(shù)。線圈中有鐵心時，因為，所以電感大。鐵心達到磁飽和后，大大降低，因此L也隨著減小。第二十二頁，共51頁。練習6、用D23疊成的有間隙鐵心它的截面積A=9×10－4m2，鐵心平均長度l1=0.3m，空氣隙長度0.5×10-3m，線圈的匝數(shù)N=500匝。試求產生磁通9.9×10-4Wb時所需要的勵磁磁動勢F和勵磁電流I。（空氣隙的截面也為A；D23磁化曲線中，B1=1.1T，H1=493A/m)第二十三頁，共51頁。練習第二十四頁，共51頁。緒論0.8鐵心線圈電路（1）功率關系交流鐵心線圈的有功功率為它包括兩部分：銅損耗Pcu

（copperloss);Pcu=RI2鐵損耗PFe(coreloss)第二十五頁，共51頁。緒論0.8鐵心線圈電路為了減小磁滯損耗，鐵心應選用軟磁物質制成，如硅鋼片，因其磁滯回線面積小，磁滯損耗小。（2）渦流損耗Pe（eddycurrentloss)鐵損耗包括兩部分：（1）磁滯損耗（hysteresisloss)第二十六頁，共51頁。習題1、如果線圈的鐵心由彼此絕緣的鋼片在垂直磁場方向疊成，是否可以？第二十七頁，共51頁。0.9電磁鐵銜鐵鐵心鐵心線圈線圈銜鐵結構：線圈、鐵心、銜鐵利用電磁力實現(xiàn)某一機械發(fā)生動作的電磁元件。第二十八頁，共51頁。1.直流電磁鐵(1)電磁吸力通入直流，無鐵損，鐵心用整塊的鑄鋼、軟鋼。

→F↑對直流U=IR

U不變時，I不變磁動勢

Fm=IN

=Um=Rm也不變Rm=Rm0+Rm1Rm=Rm1吸合后前↑所以在吸合后B0↑S不變結論：吸力變大！(2)吸合前后的電磁吸力變化情況第二十九頁，共51頁。(1)

平均電磁吸力鐵心由硅鋼片疊成；有分磁環(huán)。2.交流電磁鐵(2)

吸合前后的電磁吸力—不變根據(jù)U=

4.44fNm當U,

f,

N不變,m不變→Bm不變→吸力F不變。磁動勢

Fm=iN

=Um=RmRm=Rm0+Rm1Rm=Rm1吸合后前所以在吸合過程中，吸力不變，勵磁電流由大變小。大→iN↑→

有效值

I大小→iN↓→

有效值

I小第三十頁，共51頁。第三十一頁，共51頁。t、ff1鐵心電磁吸力

由于1與2之間出現(xiàn)了相位差，合成磁通所產生的電磁吸力就不會為零。磁通為零，吸力也為零2短路銅環(huán)(3)

分磁環(huán)結構第三十二頁，共51頁。

[例1]

把一臺50Hz、380V的交流電磁鐵接在50Hz、220V的交流電源上，會出現(xiàn)什么問題？怎樣解決？[解]

根據(jù)

U4.44fNmUmF吸力不足減少N第三十三頁，共51頁。圖1-2安培環(huán)路定律HL開始動畫幻燈片11返回第三十四頁，共51頁。圖1-3無分支鐵心磁路A)無分支鐵心磁路AN