电机补课电磁感应教学PPT

1、电机相关内容 磁感应强度磁感应强度（又称磁通密度）（又称磁通密度）b 表征磁场强表征磁场强弱及方向的物理量。单位：弱及方向的物理量。单位：wb/m2磁通量磁通量f f 垂直穿过某截面积的磁力线总和。垂直穿过某截面积的磁力线总和。单位：单位：wb 磁场强度磁场强度h 计算导磁物质的磁场时引用的辅计算导磁物质的磁场时引用的辅助物理量。助物理量。b=m mh ，单位：单位：a/m0-3 电磁感应的有关概念电磁感应的有关概念磁势磁势f f=ni或或f=hl 电流电流i产生磁势产生磁势f，磁势，磁势f产生磁场强度产生磁场强度h，磁场，磁场强度强度h产生磁感应强度产生磁感应强度b，便有了磁通量，便有了磁通

2、量f f 。1 1 基本概念基本概念 磁通所通过的路径称为磁路。磁通所通过的路径称为磁路。 2 2 磁路的概念磁路的概念3 磁路的基本定律磁路的基本定律1 1）安培环路定律）安培环路定律 沿任何一条闭合回线沿任何一条闭合回线l，磁场强度，磁场强度h的线积分等于该的线积分等于该闭合回线所包围的电流的代数和闭合回线所包围的电流的代数和lihdl 如果在均匀磁场中，沿着回如果在均匀磁场中，沿着回线线 l 磁场强度磁场强度h 处处相等，则处处相等，则nihl 3 磁路的基本定律磁路的基本定律2) 2) 磁路的欧姆定律磁路的欧姆定律 作用在磁路上的磁动势作用在磁路上的磁动势 f 等于磁路内的磁通等于磁路

3、内的磁通量量f f乘以磁阻乘以磁阻 rm:bsbdsf因为因为 )/(/slblhlnimfmmrff 电流电流i产生磁势产生磁势f，磁势，磁势f产生磁场强度产生磁场强度h，已知已知磁介质的情况下，磁介质的情况下，由磁场强度由磁场强度h可以求到磁感应强度可以求到磁感应强度b，便有了磁通量，便有了磁通量f f 。所以所以 3 磁路的基本定律磁路的基本定律3) 3) 电磁感应定律电磁感应定律dtdndtdef 电流电流i产生磁势产生磁势f，磁势，磁势f产生磁场强度产生磁场强度h，磁场，磁场强度强度h产生磁感应强度产生磁感应强度b，便有了磁通量，便有了磁通量f f ，由磁通量由磁通量f f的变化可以

4、得到感应电势的变化可以得到感应电势e。1 空载运行时的物理情况1u1e 1e20u0i)(2i f f1axax0f f2e10ri1u0i100nif 1e0f f f f11e2e1-2 变压器的工作原理变压器的工作原理1-2 变压器的工作原理变压器的工作原理21,ee几个概念：几个概念：空载电流空载电流 - 二次侧开路时的一次侧电流二次侧开路时的一次侧电流主磁通主磁通f f0 0 - 同时与一次侧和二次侧绕组匝链的磁通，经同时与一次侧和二次侧绕组匝链的磁通，经过过铁芯闭合铁芯闭合漏磁通漏磁通 f f - 经过空气（磁阻较大经过空气（磁阻较大,线性）闭合线性）闭合 一次侧漏磁通一次侧漏磁通

5、f f1 1 - 仅与一次侧绕组匝链的磁通仅与一次侧绕组匝链的磁通 二次侧漏磁通二次侧漏磁通f f2 2 - 仅与二次侧绕组匝链的磁通仅与二次侧绕组匝链的磁通 1e 2e1 空载运行时的物理情况1u1e 1e20u0i)(2i f f1axax0f f2e2-1 变压器的空载运行变压器的空载运行10111rieeu 一次绕组电阻感应电势2 感应电动势分析1) 主磁通感应的电动势主电动势tm f fsin0 设)90sin()90sin(20101011 tetfndtdnemm f f则mfne 1144.4有效值mfnje 1144.4相量 可见，当主磁通按正弦规律变化时，所产生的一次主电动

6、势也按正弦规律变化，时间相位上滞后主磁通90。m 1e111) 漏磁通感应的电动势漏电动势01011ijxilje 2 感应电动势分析根据主电动势的分析方法，同样有mfnje 11144.4 mfne 11144.4 11lx 漏电抗 漏磁磁路介质恒定，励磁电漏磁磁路介质恒定，励磁电流与漏磁通成正比。流与漏磁通成正比。漏电感)/(1slhlinm mf f lsin/1m mf f dtdilsndtdne /2111m mf f 与匝数和几何尺寸有关的常数加物理解释122 感应电动势分析1u1e 1e20u0i)(2i f f1axax2e f f2 11lx 22lx 0f fmx励磁电抗

7、与主磁通对应，与磁路的饱和程度有关。mr代表铁耗励磁电阻133 等效电路一次侧的电动势平衡方程为01101)()(ijxrijxrumm 空载时等效电路为mrmx 1x1r143 等效电路一次侧的电动势平衡方程为01101)()(ijxrijxrumm mfneu 11144. 4忽略很小的漏阻抗压降，并写成有效值形式，有111144. 444. 4fnufnem 则可见，影响主磁通 大小的因素有电源电压 、电源频率 和一次侧线圈匝数 。m1u1f1n1e tm f fsin0 1u1e 1e2u1i2i f f1axax0f f2e2-2 变压器的负载运行变压器的负载运行 f f2推广言之推

8、广言之1 带负载时1u1i2i2u111inf 222inf 010inf 0f f1e2e f f1 1e11ir f f2 2e22ir 2e1u1e 1e2u1i2i f f1axax0f f2e2-2 变压器的负载运行变压器的负载运行 f f21 带负载时 2e u1不变，f0不变，因此021fff或012211ininin用电流形式表示liikiiinnii102021201)()(1u1e2u1i2iaxax0f f2e2-2 变压器的负载运行变压器的负载运行1 带负载时2ki 0i2i0f f2f f0f f不变2f fk 1i1f0f2f 1e 2e1u1e2u1i2iaxax

9、0f f2-2 变压器的负载运行变压器的负载运行1 带负载时2e 2e22222rieeu 1e类似可得二次侧等效电路类似可得二次侧等效电路第第7章章 三相交流绕组的磁势三相交流绕组的磁势 127页图页图7-17-1 单个整距集中绕组的磁势单个整距集中绕组的磁势因此有磁势因此有磁势已知线圈的匝数为已知线圈的匝数为nc, 线圈中通过电流为线圈中通过电流为tiic sin2 infc 磁力线穿过转子铁心，定子铁心和两个气隙磁力线穿过转子铁心，定子铁心和两个气隙 相对于气隙而言，由于铁心磁导率极大，其上消耗的磁相对于气隙而言，由于铁心磁导率极大，其上消耗的磁势降可以忽略不计势降可以忽略不计 ，线圈在

10、一个气隙上施加的磁势为：，线圈在一个气隙上施加的磁势为： infc21 f f 如果通过线圈的电流为正弦波，如果通过线圈的电流为正弦波， 则矩形波的高度也则矩形波的高度也将按正弦规律变化。将按正弦规律变化。 一个位置固定，幅值一个位置固定，幅值随时间按整弦变化，随时间按整弦变化，矩形脉振磁势。矩形脉振磁势。7-1 单个整距集中绕组的磁势单个整距集中绕组的磁势7-1 单个整距集中绕组的磁势单个整距集中绕组的磁势tsincos11 f ff fff cf1cfccccininf9 . 0221 f f基波磁势是一个正弦分布的正弦脉振磁势。基波磁势是一个正弦分布的正弦脉振磁势。7-1 单个整距集中绕

11、组的磁势单个整距集中绕组的磁势 fftftftff)sin(21)sin(21sincos1111 f ff ff ff f7-4 三相交流绕组的合成磁势三相交流绕组的合成磁势)120sin(21)sin(21)240sin()240cos()240sin(21)sin(21)120sin()120cos()sin(21)sin(21sincos111111111 f ff ff ff ff ff ff ff ff ftftftfftftftfftftftffcba 三相对称电流：三相对称电流：)120t sin(2)120-t sin(2t sin200 iiiiiicba三相合成磁势为三相

12、合成磁势为)sin(2311 f f tfffffcba 三相对称交流绕组通过三相三相对称交流绕组通过三相对称电流时将产生圆形旋转磁对称电流时将产生圆形旋转磁势。势。7-4 三相交流绕组的合成磁势三相交流绕组的合成磁势)120t sin(2)120-t sin(2t sin200 iiiiiicba 同时匝链定子和转子绕组的磁通叫同时匝链定子和转子绕组的磁通叫主磁通主磁通 。 作用：传递能量的媒介作用； 路径：定子气隙转子气隙定子。 mf10-1 异步电机的磁路异步电机的磁路4极异步电机极异步电机定子绕组的定子绕组的漏磁通漏磁通 转子转子漏磁通漏磁通f2f1 与转子绕组交链而不与定子绕组交链与

13、转子绕组交链而不与定子绕组交链的磁通，这部分磁通称转子漏磁通的磁通，这部分磁通称转子漏磁通 10-1 异步电机的磁路异步电机的磁路 与定子绕组交链而不与转子绕组交链与定子绕组交链而不与转子绕组交链的磁通，这部分磁通称定子漏磁通的磁通，这部分磁通称定子漏磁通 漏电抗：漏磁通在定子绕组中会感应漏磁电势，该电势用漏电抗：漏磁通在定子绕组中会感应漏磁电势，该电势用漏抗压降表示漏抗压降表示:(和变压器同理和变压器同理) 111xi je 转子绕组通过电流时，也会有漏磁通。对应的漏抗电势转子绕组通过电流时，也会有漏磁通。对应的漏抗电势 222xi je 定子漏电抗定子漏电抗转子漏电抗转子漏电抗10-1 异

14、步电机的磁路异步电机的磁路 14 -1 同步电机的基本构造型式同步电机的基本构造型式磁极旋转式磁极旋转式（1） 隐极式隐极式（2） 凸极式凸极式凸极式隐极式 14 -2 同步电机的基本工作原理同步电机的基本工作原理1 定子交流励磁的旋转磁场定子交流励磁的旋转磁场 定子绕组定子绕组(电枢绕组电枢绕组)中通过对称的三相交流电时，气隙中通过对称的三相交流电时，气隙中产生一个三相合成的旋转磁势中产生一个三相合成的旋转磁势 af )sin(231 f f tffa 14 -2 同步电机的基本工作原理同步电机的基本工作原理2 直流励磁的旋转磁场直流励磁的旋转磁场 转子的转子的励磁绕组励磁绕组两端接直流电源

15、，在励磁绕组内通过直两端接直流电源，在励磁绕组内通过直流励磁电流流励磁电流if时会产生直流励磁磁势时会产生直流励磁磁势ff 随转子一起以同步速旋转。随转子一起以同步速旋转。fffnif 3 工作原理工作原理0e 定子侧加负载后，定子三相交流绕组出现电枢电流定子侧加负载后，定子三相交流绕组出现电枢电流 ，产生电枢磁场，磁势为产生电枢磁场，磁势为 。iafff与与af一起旋转。一起旋转。 14 -2 同步电机的基本工作原理同步电机的基本工作原理ff 定子侧空载时，定子侧空载时， 在空间旋转，切割定子三相绕在空间旋转，切割定子三相绕组，感应空载电势组，感应空载电势 。af与与ff始终是同速同向旋转，

16、相对静止，合成磁势始终是同速同向旋转，相对静止，合成磁势affff 电枢磁势的基波电枢磁势的基波 对气隙磁势基波对气隙磁势基波 的影响称为的影响称为电电枢反应枢反应 14 -2 同步电机的基本工作原理同步电机的基本工作原理3 工作原理工作原理ffaf:.:)(;,:;,:00三者关系的时间相位角与是功角功率角与负载有关的时间相位角与是外功率因数角与电机参数及负载有关的时间相位角与是内功率因数角ueiuie直轴（纵轴、d 轴） ：主磁极轴线位置。 交轴（横轴、q 轴） ：与直轴成 900电角度的位置。 相轴： 每相绕组的轴线位置。 时轴: 时间相量在其上投影可得瞬时值 三个角三个角 四个轴四个轴

17、 15 -1 对称负载时的电枢反应对称负载时的电枢反应1 内功率因数角内功率因数角=00 bi.ai.ci.ae0.时轴ce0.b0.e+90+900 0ffad轴轴q轴轴 a轴轴a ax x z zb bcyffns 交轴电枢反应 15 -1 对称负载时的电枢反应对称负载时的电枢反应 2 内功率因数角内功率因数角=900时轴ae0.ce0.be0.ai.ci.bi.d轴q轴 a轴a ax xz zb bcyffns直轴去磁电枢反应直轴去磁电枢反应fa3 内功率因数角内功率因数角=-900时轴ae0.ce0.be0.ci.bi.ai.d轴q轴 a轴a ax xz zb bcyffns直轴助磁电

18、枢反应直轴助磁电枢反应fa4 内功率因数角内功率因数角00900 时轴ae0.ce0.be0.ai.ci.bi.d轴q轴 a轴a ax xz zb bcyffns既有交轴又有直轴去磁电枢反应+90+900 0fa fa通过的气隙不均匀，给求通过的气隙不均匀，给求解磁通和感应电势带来困难。解磁通和感应电势带来困难。 15-2 电枢反应磁通及磁势的折算电枢反应磁通及磁势的折算d轴q轴 a轴a az zb bcyffnfaaqadafff fadfaq sinaadff cosaaqff siniid cosiiq 尽管气隙仍然不均匀，但对纵轴和横轴来说，都分尽管气隙仍然不均匀，但对纵轴和横轴来说，都分别是固定的对称磁路，这给分析带来方便。别是固定的对称磁路，这给分析带来方便。双反应理论双反应理论1 凸极机凸极机和异步电机相同，存在定子绕组的和异步电机相同，存在定子绕组的漏磁通：漏磁通： xi je 电枢漏电抗主磁通主磁通按双反应理论分到按双反应理论分到dq轴上：轴上