第1章電機學基礎(chǔ)知識.ppt

1、電機與拖動,1,第1章 電機學基礎(chǔ)知識,第1章 電機學基礎(chǔ)知識,2,第 1 章 電機學基礎(chǔ)知識,1.1 電機的基本功能與主要類型,1.3 電機的制造材料,1.2 電機的基本原理,下一章,上一章,返回主頁,3,1.1 電機的基本功能與主要類型,一、按照能量轉(zhuǎn)換和信號傳遞所起的作用分類 1. 發(fā)電機 將機械能轉(zhuǎn)換為電能。 2. 電動機 將電能轉(zhuǎn)換為機械能。 3. 變壓器、變流器、變頻機、移相器 變換電壓、電流、頻率、相位。 4. 控制電機 作為自動控制系統(tǒng)的控制元件，起檢測、放大、 執(zhí)行和校正作用。,4,二、按照電機的結(jié)構(gòu)特點及電源性質(zhì)分類,1. 變壓器 2. 旋轉(zhuǎn)電機,靜止的電機。,直流電機 交

2、流電機,直流發(fā)電機 直流電動機,交流發(fā)電機 交流電動機,單相交流電機 三相交流電機,同步電機 異步電機,5,1.2 電機的基本原理,一、磁場的基本概念 1. 磁感應強度和磁力線,磁場可以由電流產(chǎn)生。 產(chǎn)生磁場的電流 勵磁電流。 磁感應強度B 用于表征磁場的強弱和方向。 單位：T 磁場中各點的磁感應強度可以用磁力線的疏密 程度來表示。 磁力線的分布和方向：,6,磁力線的分布和方向：,磁力線的特性：, 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，既無起點，也無終點。 磁場中的磁力線不會相交。,I,I,7,2. 磁通量和磁通連續(xù)性定律,在均勻磁場中：,磁通 (韋伯 W

3、b) ： 穿過某一截面 A 的磁感應強度B 的通量。, = A B dA, = BA,8,3. 磁場強度和磁導率,通過任意封閉曲面的磁通量總和必等于零，即,磁場強度 H ( A/m) ： 表征磁場的強弱和方向的量。,H 與 B 的關(guān)系與區(qū)別 (在各向同性介質(zhì)中),B = H 磁導率 ( H/m )：表征磁場中介質(zhì)的導磁能力。 對各向同性介質(zhì) 為標量；線性介質(zhì) 為常數(shù)。 真空的磁導率： 0 = 4107 H/m H I， H 與介質(zhì)的性質(zhì)無關(guān)。 B 與 I 的大小和介質(zhì)的性質(zhì)均有關(guān)。,9,4. 磁場儲能,磁場能夠儲存能量。 電機通過磁場儲能實現(xiàn)機電能量的轉(zhuǎn)換。 磁場中的能量密度為 對于線性介質(zhì)：

4、 磁場中的總儲能為 磁場能量主要集中儲存在氣隙中。,10,2,二、磁路及其基本定律, u1 ,1,主磁通,漏磁通,磁路,勵磁繞組,變壓器磁路,直流電機磁路, u2 ,11,1. 安培環(huán)路定律,= N i,如圖： i = i1i2i3,無分支磁路,l A ,2. 磁路的歐姆定律,12,磁動勢： F = N i 為作用在磁路上的安匝數(shù) 。 磁阻：,磁路歐姆定律只能用于定性分析磁路 因為 不是常數(shù)，故 Rm 非線性。,串聯(lián)磁路的總磁阻為,13,2 = 13 任一閉合面： = 0 4. 磁路的基爾霍夫第二定律 F1 =H dl i = Hklk Ni = H1l1H2 l2 = Rm11Rm22 或

5、Ni = H1l1H3 l3 = Rm11Rm33,3. 磁路的基爾霍夫第一定律,閉合面,l1 A1 11,l3 A3 33,l2 A2 22,N,14,第 k 段磁路的磁壓降為,第 k 段磁路的磁阻為,沿任何閉合磁路磁動勢的代數(shù)和等于磁壓降 的代數(shù)和。,F = Hklk = Rmkk,15,磁路和電路的比較,16,【例1-1】 圖示的磁路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，氣隙長度 =

6、0.006 m，已知鐵心 的磁導率為空氣磁導率的 1900 倍，勵磁繞組的匝數(shù) N = 2000，如要在鐵心中產(chǎn)生 10-3 Wb 的磁通，求需要多大的 勵磁電流。,解：鐵心的凈面積為 Ak = kFeA = 0.940.810-3 m2 = 0.75210-3 m2,鐵心中的平均磁通密度為,17,鐵心部分的磁場強度為,鐵心部分的磁壓降為,不考慮邊緣效應，則氣隙中磁通密度與鐵心中相等， 故氣隙中磁場強度為,18,氣隙磁壓降為,該磁路所需的總磁動勢為,勵磁電流為, 盡管 1.5%l ， 但 H = 96.8% Hl 。,磁路中氣隙的影響 當F 一定時， 氣隙 的存在使 大幅減小。 若要保持 一定

7、，則需增大磁動勢 F 。,19,邊緣效應,增大了氣隙的有效面積。,20,三、電磁感應定律, u ,正方向（參考方向）,磁通鏈 = N 。,設(shè) = m sin t 則 e =N m cos t = Em sin( t 90o),E = 4.44 f Nm,1. 變壓器電動勢,21,2. 運動電動勢,e = Bv l,1. 線圈的電感 = Li,四、線圈的電路方程,右手定則,22,2. 線圈的電路方程,忽略漏磁通時：,u = uRe, 電抗：X = L = 2f L 阻抗：Z = RjX,線圈的等效電路,23,五、電磁力定律與電磁轉(zhuǎn)矩,左手定則,f = Bl i,1. 電磁力,2. 電磁轉(zhuǎn)矩,Te

8、 = 2Bl i r,（單位：N）,（單位：N m ）,24,六、電機的可逆性原理,施加 i 電磁力 電磁轉(zhuǎn)矩 驅(qū)動機械負載 電動機。 施加轉(zhuǎn)矩 T 旋轉(zhuǎn) 感應電動勢 輸出電功率 發(fā)電機。,25,1.3 電機的制造材料,一、概述,制造材料主要包括： 導磁材料、導電材料、絕緣材料、結(jié)構(gòu)材料、 散熱材料、冷卻材料、潤滑材料等。,導電材料：銅、鋁。 導磁材料：各種成分的鑄鋼（電工鋼片）。 絕緣材料：各種絕緣紙、油性玻璃漆布、 有機硅玻璃粘帶、酚醛玻璃纖維壓塑料,26,材料（介質(zhì)）按磁導率分類： 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

9、 / m 順磁材料（如空氣）： 略大于 0 。 反磁材料（如銅）： 略小于 0 。 1. 高導磁性,鑄鋼： 1 000 0 硅鋼片： ( 6 000 7 000) 0 玻莫合金： 比 0 大幾萬倍。,二、鐵磁材料的重要性質(zhì),27,鐵磁材料高導磁性的微觀機理,磁疇（磁化前）,磁疇（磁化后）,鐵磁材料被磁化 鐵磁材料在外磁場中呈現(xiàn)很強的磁性這一現(xiàn)象。 因其內(nèi)部存在著很多很小的“磁疇”。 由此產(chǎn)生的附加磁場比同一 H 在非鐵磁材料中 所激勵的磁場要強得多。,28,起始磁化曲線,2. 磁飽和性,B = H（ 常數(shù)）,3. 磁滯性,剩磁,矯頑磁力,磁滯回線,膝點,基本磁化曲線,29, 硬磁材料 BH 曲

10、線寬，Br 大、Hc 大。 用于制造永磁鐵。 軟磁材料 BH 曲線窄， Br 小、Hc 小。 用于制造變壓器、電機等電器的鐵心。 矩磁材料 BH 曲線形狀接近矩形， Br 大、Hc 小。 用于計算機中，作記憶單元。,按磁滯回線的不同，鐵磁材料可分為,30,4. 鐵心損耗,(1) 磁滯損耗 Ph (2) 渦流損耗 Pe,銅損耗使線圈發(fā)熱， 鐵損耗使鐵心發(fā)熱。 減小鐵損耗的方法： 使用軟磁材料減小Ph 。 增大鐵心的電阻率， 減小渦流及其損耗 。 用很薄的硅鋼片疊成鐵心， 減小渦流及其損耗 。,渦流損耗,(a),(b),0.35mm 0.30mm 0.27mm 0.22mm,31,磁滯損耗系數(shù),磁場交變的頻率,磁感應強度最大值,鐵心的體積,磁滯回線