第一章課件(電機(jī))教材

第一章

電機(jī)的基本原理1-2磁場與磁路1-3鐵磁材料的特性1-4電感和磁場儲(chǔ)能

臨沂大學(xué)1-1概述1-5機(jī)電能量轉(zhuǎn)換的基本原理一、電機(jī)在國民經(jīng)濟(jì)中的重要作用問題一：什么是電機(jī)？它的作用是什么？電機(jī)是一種機(jī)電能量轉(zhuǎn)換或信號(hào)轉(zhuǎn)換的電磁機(jī)械裝置。主要有兩大類，第一類是發(fā)電機(jī)，它把機(jī)械能轉(zhuǎn)換為電能；第二大類是電動(dòng)機(jī)，它把電能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能，用來驅(qū)動(dòng)各種機(jī)械。電機(jī)的作用①機(jī)電能量轉(zhuǎn)換；機(jī)械能轉(zhuǎn)換為電能（發(fā)電機(jī)）；電能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能（電動(dòng)機(jī)）②信號(hào)轉(zhuǎn)換；控制電機(jī)③電能變換與傳遞；變壓器第一節(jié)概述二、電機(jī)的基本構(gòu)成和分類1）按照能量轉(zhuǎn)換方式的不同，電機(jī)可分為：電動(dòng)機(jī)；發(fā)電機(jī)；電能轉(zhuǎn)換裝置：變壓器、變頻機(jī)、變流機(jī)、移相器；控制電機(jī)。2）根據(jù)運(yùn)動(dòng)方式的不同，可將電機(jī)分為：旋轉(zhuǎn)電機(jī)；靜止電機(jī)；直線電機(jī)。3）根據(jù)供電電源的不同，可將電機(jī)分為：直流電機(jī)；交流電機(jī)：單相電機(jī)、三相電機(jī)。4）根據(jù)同步速的不同，電機(jī)可分為：直流電機(jī)；同步電機(jī)；感應(yīng)電機(jī)；交流換向器電機(jī)。電機(jī)分類結(jié)構(gòu)圖觀看圖片第二節(jié)磁場與磁路一、與磁場有關(guān)的基本概念1.磁感應(yīng)強(qiáng)度、磁場強(qiáng)度和磁導(dǎo)率2.磁通與磁通連續(xù)性定理磁通磁通連續(xù)性定理磁導(dǎo)率不是常數(shù)3.磁動(dòng)勢和安培環(huán)路定律磁壓降（磁壓）：磁場強(qiáng)度沿一路徑l的線積分定義為該路徑上的磁壓降。安培環(huán)路定律：沿任何一條閉合回線，磁場強(qiáng)度的線積分值恰好等于該閉合回線所包圍的總電流值（代數(shù)和）。磁動(dòng)勢:磁場為電流所激發(fā)，磁場中閉合路徑所包圍的電流數(shù)稱為磁動(dòng)勢，用F表示，單位為安A。圖1-24.磁鏈與電磁感應(yīng)定律處于磁場中的一個(gè)N匝線圈，若其各匝通過的磁通都相同，則經(jīng)過該線圈的磁鏈為感應(yīng)電動(dòng)勢電磁感應(yīng)定律：變壓器電動(dòng)勢運(yùn)動(dòng)電動(dòng)勢：5.電磁力與電磁轉(zhuǎn)矩電磁力：電磁轉(zhuǎn)矩：二、磁路及其基本定理

1、磁路

磁路：磁通所流過的路徑。見圖１－6。

主磁通：由于鐵心的導(dǎo)磁性能比空氣要好得多，所以絕大部分磁通將在鐵心內(nèi)通過，這部分磁通稱為主磁通。

漏磁通：圍繞載流線圈、部分鐵心和鐵心周圍的空間，還存在少量分散的磁通，這部分磁通稱為漏磁通。

主磁路：主磁通所通過的路徑。

漏磁路：漏磁通所通過的路徑。勵(lì)磁線圈：用以激勵(lì)磁路中磁通的載流線圈。

勵(lì)磁電流：勵(lì)磁線圈中的電流。直流：直流磁路例如：直流電機(jī)交流：交流磁路例如：變壓器

磁阻磁路的歐姆定律定律內(nèi)容：作用在磁路上的磁動(dòng)勢等于磁路內(nèi)的磁通量乘以磁阻。

公式:N個(gè)磁阻串聯(lián)：N個(gè)磁阻并聯(lián)：磁導(dǎo)：2、磁路的基本定律（1）磁路的基爾霍夫第一定律

（圖1-7）

定律內(nèi)容：穿出(或進(jìn)入)任一閉合面的總磁通量恒等于零(或者說，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)，這就是磁通連續(xù)性定律。又稱磁路的并聯(lián)定律

（2）磁路的基爾霍夫第二定律

定律背景：磁路計(jì)算時(shí)，總是把整個(gè)磁路分成若干段，每段為同一材料、相同截面積，且段內(nèi)磁通密度處處相等，從而磁場強(qiáng)度亦處處相等。

定律內(nèi)容：沿任何閉合磁路的總磁動(dòng)勢恒等于各段磁路磁位降的代數(shù)和。

公式:

又稱磁路的串聯(lián)定律。附圖1-8[例1—2]

若在例l—l的磁路中，開一個(gè)長度

的氣隙，問鐵心中激勵(lì)1T的磁通密度時(shí)，所需的勵(lì)磁磁動(dòng)勢為多少?已知鐵心截面積，?？紤]到氣隙磁場的邊緣效應(yīng)，在計(jì)算氣隙的有效面積時(shí)，通常在長、寬方向各增加一個(gè)δ值。解用磁路的基爾霍夫第二定律來求解。鐵心內(nèi)的磁場強(qiáng)度:氣隙磁場強(qiáng)度:鐵心磁位降:氣隙磁位降:勵(lì)磁磁動(dòng)勢:返回第三節(jié)鐵磁材料的特性一、鐵磁物質(zhì)的磁化曲線

鐵磁物質(zhì)包括鐵、鎳、鈷以及它們的合金。

鐵磁材料在外磁場中呈現(xiàn)很強(qiáng)的磁性，此現(xiàn)象稱為鐵磁物質(zhì)的磁化。

磁疇示意圖1-4。

1．初始磁化曲線

定義：將一塊尚未磁化的鐵磁材料進(jìn)行磁化，當(dāng)磁場強(qiáng)度H由零逐漸增大時(shí)，磁通密度B將隨之增大，曲線B=f(H)就稱為起始磁化曲線。

曲線附圖1-10。

分析：起始磁化曲線基本上可分為四段,如下圖。

鐵磁材料磁化曲線見示意圖1-10.應(yīng)用：

設(shè)計(jì)電機(jī)和變壓器時(shí)，為使主磁路內(nèi)得到較大的磁通量而又不過分增大勵(lì)磁磁動(dòng)勢，通常把鐵心內(nèi)的工作磁通密度選擇在膝點(diǎn)附近。

2．磁滯回線示意圖:圖1-12。

剩磁：去掉外磁場之后，鐵磁材料內(nèi)仍然保留的磁通密度。

矯頑力：要使從Br值減小到零，必須加上相應(yīng)的反向外磁場，此反向磁場強(qiáng)度Hc稱為矯頑力。

磁滯：鐵磁材料所具有的這種磁通密度B的變化滯后于磁場強(qiáng)度H變化的現(xiàn)象。

磁滯現(xiàn)象是鐵磁材料的另一個(gè)特性。

3．基本磁化曲線

定義：對(duì)同一鐵磁材料，選擇不同的磁場強(qiáng)度進(jìn)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(diǎn)聯(lián)接起來，所得的曲線。

附示意圖1-13。

4、鐵磁材料的分類（1）軟磁材料

定義:

磁滯回線窄、剩磁和矯頑力都很小的材料。

附圖1-15a

常用軟磁材料：鑄鐵、鑄鋼和硅鋼片等。

軟磁材料的磁導(dǎo)率較高，故用以制造電機(jī)和變壓器的鐵心。

2．硬磁(永磁)材料

定義：磁滯回線寬、剩磁和矯頑力都很大的鐵磁材料稱為硬磁材料，又稱為永磁材料。

附圖1-15b

磁性能指標(biāo)剩磁矯頑力最大磁能積各種硬磁材料示意圖

二、鐵耗

1．磁滯損耗

定義：鐵磁材料置于交變磁場中時(shí)，磁疇相互間不停地摩擦、消耗能量、造成損耗，這種損耗稱為磁滯損耗。

公式：

應(yīng)用：由于硅鋼片磁滯回線的面積較小，故電機(jī)和變壓器的鐵心常用硅鋼片疊成。

2．渦流損耗

渦流：當(dāng)通過鐵心的磁通隨時(shí)間變化時(shí)，根據(jù)電磁感應(yīng)定律，鐵心中將產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢，并引起環(huán)流，環(huán)流在鐵心內(nèi)部圍繞磁通作旋渦狀流動(dòng)稱為渦流。示意圖1-17。

定義：渦流在鐵心中引起的損耗。

公式：

應(yīng)用：為減小渦流損耗，電機(jī)和變壓器的鐵心都用含硅量較高的薄硅鋼片疊成。3．鐵心損耗

定義：鐵心中磁滯損耗和渦流損耗之和。

表達(dá)式：鐵心損耗與頻率的1.3次方，磁通密度的平方和鐵心重量成正比。返回第四節(jié)電感和磁場儲(chǔ)能一、電感1、自感和互感：；；2、漏電感：二、磁場儲(chǔ)能磁場能量能量輸入磁場儲(chǔ)能密度：空氣隙中的能量密度遠(yuǎn)高于鐵心中的能量密度。磁共能第五節(jié)機(jī)電能量轉(zhuǎn)換的基本原理一、機(jī)電能量轉(zhuǎn)換裝置的基本構(gòu)成與能量關(guān)系固定部分、可動(dòng)部分、能量守恒輸入電能=電磁場儲(chǔ)能的增加+裝置內(nèi)部能量的損耗+輸出機(jī)械能二、單邊勵(lì)磁系統(tǒng)中的能量轉(zhuǎn)換三、雙邊勵(lì)磁系統(tǒng)中的能量轉(zhuǎn)換四、非線性磁路中的能量和電磁力課外訓(xùn)練：習(xí)題1－5、1－9主磁通漏磁通圖1-6變壓器的磁路返回漏磁通漏磁通漏磁通圖1-2安培環(huán)路定律HL返回圖1-3無分支鐵心磁路A)無分支鐵心磁路AN

i返回B)模擬電路圖F返回圖1-7磁路的基爾霍夫第一定律ANi返回圖1-8磁路的基爾霍夫第二定律i返回

圖1-4磁疇(A)未磁化

(B)磁化返回外加磁場H

BH圖1-10鐵磁材料的起始磁化曲線abcd返回

圖1-12鐵磁材料的磁滯回線HBabcdef返回

圖1-13基本磁化曲線基本磁化曲線HB返回

圖1-15

a）軟磁材料的磁滯曲線B返回A)軟磁材料H

圖１－１5b）硬磁材料的磁滯曲線返回BHB)硬磁材料

圖1-17硅鋼片中的渦流

B返回

165432圖1-13簡單串聯(lián)磁路A)串聯(lián)磁路i返回

B)模擬電路圖返回

LLLA圖1-14