电动机培训-预备知识

1、第一章 预备知识 1.1 概述 1.2 电机发展简史 1.3 电机中的基本电磁定律 1.4 铁磁材料特性 1.5 磁路基本定律及计算方法本章内容1.1 概述一、电机的定义 广义：实施电能生产、传输、使用和电能特性变换的机械和装置。 狭义： 电机是基于电磁感应定律、电磁力定律（能进行电磁感应），由电路和磁路所构成，能进行机电能量转换或信号变换的电磁机械装置。二、电机的主要类型根据速度、电流分类根据速度、电流分类电机电机静止的电气设备静止的电气设备变压器变压器旋转电机旋转电机交流电机交流电机直流电机直流电机直流发电机直流发电机直流电动机直流电动机同步电机同步电机异步电机异步电机同步发电机同步发电机

2、同步电动机同步电动机异步电动机异步电动机异步发电机异步发电机根据能量转换分 发电机将机械功率转换为电功率 电动机将电功率转换为机械功率 变压（流、频、相位）器将电功率转换为另一种形式的电功率 控制电机电气机械系统中调节、放大和控制作用 水轮发电机水轮发电机电动机电动机汽轮发电机组汽轮发电机组三、电机中所用材料n电电路导电材料及绝缘材料 导电材料：紫铜、铝线绝缘材料：聚脂漆、云母片按耐热能力高低分六个等级A105 E120 B130 F155H180 C1802、磁磁路导磁材料硅钢片、铸钢等 导磁材料：铁磁材料 3、结构材料铸钢、铸铁、钢板等三、电机中所用材料四、电机作用和地位 电能生产由同步发

3、电机生产； 高压输电由升压变压器将发电机发出的电压升高到输电电压再输送； 降压用电由降压变压器将输来的高压电降为所需低电压，供给用电设备； 生产机械的拖动由各种电动机实现； 控制系统中的信号转换由各种控制电机完成。1.2 电机发展简史1电机的发展初期FBli1821年 Faraday电磁感应定律的发现1831年 Faraday直流发电机1831年 1876年 单相交流电的应用远距离传输1885年 交流电动机1889年 三相制三相交流电的应用，三相电机1.3 电机中磁路基本定律1. 全电流定律安培环路定律 IdlHLL L1i2iH Hdl3i 式中，若电流的正方式中，若电流的正方向与闭合回线向

4、与闭合回线L L的环行方的环行方向符合右手螺旋关系时，向符合右手螺旋关系时，i i取正号，否则取负号。取正号，否则取负号。321iiidlHL2. 电磁感应定律 闭合回路中的磁通量随时间发生变化，该线圈中必然有感应电势产生，称这种现象为电磁感应。 线圈中的感应电势将倾向于阻止线圈中磁链的变化。dtdNdtdeN其中dtdNe正电动势产生正电流正电动势产生正电流电电流正方向流正方向正电流产生正磁通正电流产生正磁通 右右手螺旋定则手螺旋定则图1-2 电磁感应定律2. 电磁感应定律磁通变化原因 在变压器和电机的绕组中，磁通的变化可以是磁通随时间脉动，或磁通不变，而线圈在转动。 对特种电机还可以是磁通

5、随时间脉动，而线圈也在转动。),(txfdxxdttdvTeexNvtNedtdNel磁通本身就是由交流电流所产生，也就是说磁通本身随时间在变化着，这样产生的电势称为变压器电势。（线圈与磁场相对静止）l磁通本身不随时间变化，但由于线圈与磁场间有相对运动而引起线圈中磁链的变化，这样产生的电势称为运动电势或速度电势。 磁通变化原因电磁力定律 载流导体在磁场中要受到力的作用电磁力。 左手定则BliF 电磁转矩 在旋转电机中，作用在转子载流导体上的电磁力将使转子受到一个力矩（等于力乘转子半径）电磁转矩。BlirFrTs)(21BBNlirTc匝数为匝数为N N的线圈的线圈电磁转矩是电机实现机电能量转换

6、的重要物理量。 电动机：电磁转矩驱动性质 电能机械能 发电机：电磁转矩制动性质 机械能电能PTemP P ：电磁功率（输入、输出）：电磁功率（输入、输出）：电机气隙磁场旋转角速度：电机气隙磁场旋转角速度u功率关系求得电磁转矩功率关系求得电磁转矩1.4 铁磁材料特性一、磁导率一、磁导率=B/H=B/HB B：磁通密度、磁感应强度：磁通密度、磁感应强度H H：磁场强度：磁场强度 电机主要由两大系统组成：电路系统和磁路系统。铁磁材料是组成磁路的主要部分。 所谓铁磁材料是指导磁性能好的材料，如：铁、镍、钴等以及它们的合金。1 1、定义、定义 在同样大小的电流作用下，铁芯线圈的磁通比空心线圈的磁通大得多

7、 非铁磁材料磁导率接近真空磁导率00=410-7 H/m 铁磁材料的磁导率Fe要比非铁磁材料磁导率0大得多（Fe）铁磁物质:铁、镍、铝及其合金电机中常用的铁磁材料的磁导率Fe=(20006000)01.4 铁磁材料特性 考虑：为什么铁磁材料具有很高的导磁性能? 在铁磁物质未放入磁场之前，磁畴杂乱无章排列，其磁效应互相抵消，对外不呈现磁性。 将铁磁物放入磁场。在外磁场的作用下，磁畴的轴线趋于一致。形成一个附加磁场，叠加在外磁场上，使合成磁场大为增强。? 铁磁材料的磁导率要比非铁磁材料大得多。? 铁磁材料的磁导率Fe不是常数。图图1.5 1.5 铁磁材料中的磁畴铁磁材料中的磁畴2、磁化曲线 磁化曲

8、线定义：将一块尚未磁化的铁磁材料进行磁化，当磁场强度H由零逐渐增大时，磁通密度B将随之增大，得到曲线B=f(H)。分析磁化曲线，分四段 在oa段：当H增大B增大，但B增大速度较慢； 在ab段：当H增大B增大，B增大速度快； 在bc段：B随H增大的速度又较慢； 在cd段：为磁饱和区（又呈直线段）。其中拐弯点b称为膝点；c点为饱和点。 过了饱和点c，铁磁材料的磁导率趋近0。 铁磁材料具有的特点它的磁化曲线具有饱和性，磁导率Fe不是常数，且随H的变化而变化。u 变化u总体非线性 1.存在饱和特性 H 二、磁滞与磁滞损耗1、磁滞回线 剩磁:去掉外磁场之后，铁磁材料内仍然保留的磁通密度。 矫顽力:要使B

9、值从减小到零，必须加上相应的反向外磁场，此反向磁场强度称为矫顽力。 磁滞现象：B的变化总是滞后H的变化。 磁滞回线：磁场强度H缓慢地循环变化，BH曲线封闭曲线。 磁滞现象是铁磁材料的另一个特性。图图1-7 1-7 铁磁材料的磁滞回线铁磁材料的磁滞回线H HB Ba ab bc cd de ef fcHmBmBmHmHrBcH基本磁化曲线： 对同一铁磁材料，选择不同的磁场强度进行反复磁化，可得一系列大小不同的磁滞回线，再将各磁滞回线的顶点联接起来，所得的曲线。H HB B2、铁磁材料 HC矫顽力 Br剩余磁感应强度 铁磁材料：软磁材料-磁滞回线窄，HC及Br小硬磁材料-磁滞回线宽，HC及Br大H

10、C及Br大，难退磁-永磁材料B Br rH HC CB Bm m软磁材料的磁滞曲线软磁材料的磁滞曲线H HB BB BH H硬磁材料的磁滞曲线硬磁材料的磁滞曲线3、磁滞损耗 定义: 铁磁材料置于交变磁场中时，磁畴相互间不停地摩擦、消耗能量、造成损耗，这种损耗称为磁滞损耗。 4、涡流损耗 铁芯是有阻值的，当磁通交变时，铁芯中就会感应交变的电势，在导电的铁芯中就会产生环流，这种电流在铁芯构成的回路与磁通相环链，故称涡流。 涡流产生的损耗称为涡流损耗。22mwwBfkpk kw w与材料有关的比例系数与材料有关的比例系数p pW W=K=K2 2f f2 2d d2 2B Bm m2 2V/12V/

11、12 V V：钢片的体积：钢片的体积 ：硅钢片的电阻率：硅钢片的电阻率 d d：硅钢片厚度：硅钢片厚度p pW W f f2 2、d d2 2 、B Bm m2 2、1/1/ 、V V 加入加入硅硅硅钢片硅钢片增大增大B Bn图1-10 硅钢片中的涡流 应用 为减小涡流损耗，电机和变压器的铁心都用含硅量较高的薄硅钢片叠成。5、铁心损耗 铁芯中的磁滞损耗和涡流损耗之合称为铁芯损耗whFeppp2501)50(mFeBfppn 对于一般的电工钢片，在正常的工作磁通密度范围内对于一般的电工钢片，在正常的工作磁通密度范围内：铁心质量：铁心的损耗系数；G23 . 1FemFeFeCGBfCp 注意 在恒

12、定磁场中的静止导磁体内是不会引起能量损耗的。 铁芯损耗均转化为热能使铁芯温度升高，为防止电机过热，采用硅钢片以减小铁芯损耗，采取散热降温措施 。 1.5 磁路基本定律和磁路的计算 电电路导电材料（及绝缘材料） 紫铜、铝线（绝缘:按耐热能力高低分A、E、B、F、H、C六个等级） 磁磁路导磁材料硅钢片、铸钢等 力结构材料铸钢、铸铁、钢板等 磁路 磁通所通过的路径。 主磁通：由于铁心的导磁性能比空气要好得多，所以绝大部分磁通将在铁心内通过,这部分磁通称为主磁通。 漏磁通：围绕载流线圈、部分铁心和铁心周围的空间，还存在少量分散的磁通，这部分磁通称为漏磁通。n主磁路：主磁通所通过的路径。主磁路：主磁通所通过的路径。n漏磁路：漏磁通所通过的路径。漏磁路：漏磁通所通过的路径。磁路磁路主磁通主磁通漏磁通漏磁通一、磁路的欧姆定律 BAAB图图1-12 1-12 单框铁心磁路单框铁心磁路A AN Ni il l二、磁路的基尔霍夫第一定律 定律内容: 穿出(或进入)任一闭和