电机学ppt 第一章绪论

1、电机学电机学陈小勤陈小勤1362818359213628183592参考书参考书n许实章主编许实章主编.电机学电机学.北京：机械工业出版社，北京：机械工业出版社，1990。n汤蕴璆，史乃主编汤蕴璆，史乃主编.电机学电机学.北京：机械工业出版北京：机械工业出版社，社，1999。nA.E.Fitzgerald等著等著.刘新正等译刘新正等译.电机学电机学.北京：北京：电子工业出版社，电子工业出版社，2004。n李宗昉，陈小勤等李宗昉，陈小勤等.电机实验与检测电机实验与检测. 西南交通大西南交通大学出版社学出版社.2012。基本知识基本知识第一章第一章 绪论绪论1.1 1.1 电机概述电机概述1.2

2、1.2 电机磁路的常用物理概念和基本定律电机磁路的常用物理概念和基本定律1.3 1.3 电机的电磁基本理论电机的电磁基本理论1-1 概述概述n电机定义：电机定义：q应用电磁感应原理实现能量转换的机械。它可实现电应用电磁感应原理实现能量转换的机械。它可实现电能的生产、变换、传输、分配、使用和控制。能的生产、变换、传输、分配、使用和控制。n电机按用途分类：电机按用途分类：q发电机：将机械能转换成电能。发电机：将机械能转换成电能。q电动机：把电能转换成机械能。电动机：把电能转换成机械能。q变压器：将一种电压等级的电能转换成另一种电压变压器：将一种电压等级的电能转换成另一种电压等级的电能。等级的电能。

3、q控制电机和特种电机：驱动生产机械和装备，构成控制电机和特种电机：驱动生产机械和装备，构成控制系统和智能装置的重要元件。如金属切削、矿控制系统和智能装置的重要元件。如金属切削、矿山机械、交通运输机械、起重机、化工机械、农用山机械、交通运输机械、起重机、化工机械、农用机械、电动工具、家用电器等。机械、电动工具、家用电器等。p电机分类电机分类n电机的发展史（近电机的发展史（近200年）年）20世纪是电机发展史的一个新时期：世纪是电机发展史的一个新时期：p1900年，单机容量不超过年，单机容量不超过5MVAp1920年，年，3000r/min的汽轮发电机容量已达的汽轮发电机容量已达25MVA， 10

4、00r/min的汽轮发电机容量已达的汽轮发电机容量已达60MVAp1928年，氢气冷却方式首次被应用于同步补偿机年，氢气冷却方式首次被应用于同步补偿机p1937年，空气冷却的汽轮发电机的容量已达年，空气冷却的汽轮发电机的容量已达100MWp1956年，定子导体水内冷，转子导体氢内冷的汽轮发电年，定子导体水内冷，转子导体氢内冷的汽轮发电机的容量达到机的容量达到208MWp1960年，年，320MWp目前，目前，1200MW1500MWn电机的发展现状电机的发展现状q多用途、多品种；多用途、多品种；q可靠性高、寿命长、噪声低、重量轻、外形美观可靠性高、寿命长、噪声低、重量轻、外形美观 q高效、节能

5、；高效、节能；q机电一体化、智能化机电一体化、智能化 。如：交流变频调速电机是。如：交流变频调速电机是一种无级调速传动系统。一种无级调速传动系统。 本课程的主要内容本课程的主要内容n变压器变压器n交流电机的共同问题交流电机的共同问题n(交流交流)异步电机异步电机n(交流交流)同步电机同步电机n直流电机直流电机1-2 电机磁路的相关概念和磁路定律电机磁路的相关概念和磁路定律重点重点: :1 1、磁路的基本定律磁路的基本定律; ;2 2、铁磁材料的特性及基本磁化曲线、铁磁材料的特性及基本磁化曲线;3、铁心损耗、铁心损耗.难点难点: 1、磁滞回线；、磁滞回线；2、铁心损耗；、铁心损耗；3、磁路的计算

6、。、磁路的计算。简单铁心磁路简单铁心磁路A AN Ni i 返回返回一、一、磁场、磁路磁场、磁路磁场磁场: :描述磁力线在电机空间分布及变化。描述磁力线在电机空间分布及变化。磁路磁路: :磁力线闭合的主路径。电机的磁路主要是铁磁材料构磁力线闭合的主路径。电机的磁路主要是铁磁材料构成，而旋转电机都有空气隙，空气隙的磁场是旋转电机能量成，而旋转电机都有空气隙，空气隙的磁场是旋转电机能量转换的重要因素。转换的重要因素。主磁通：主磁通：由于铁心的导磁性能比空气要好得多，所以绝大部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分磁通将在铁心内通过, ,这部分磁通称为主磁通。这部分磁通称

7、为主磁通。漏磁通：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。在少量分散的磁通，这部分磁通称为漏磁通。主磁路：主磁路：主磁通所通过的路径。主磁通所通过的路径。漏磁路：漏磁路：漏磁通所通过的路径。漏磁通所通过的路径。励磁线圈：励磁线圈：用以激励磁路中磁通的载流线圈。用以激励磁路中磁通的载流线圈。励磁电流：励磁电流：励磁线圈中的电流。励磁线圈中的电流。二、磁感应强度二、磁感应强度( (磁通密度磁通密度)B)B、磁通量、磁通量BSdSBdSBdBSSS 磁力线垂直于面积：磁力线垂直于面积：任意封闭曲面：任意封

8、闭曲面：任意曲面：任意曲面：通式：通式：0coscoscosSHB 三、磁场强度三、磁场强度H H、磁导率、磁导率在电机分析中磁场强度反映了电磁之间的关系，它和磁在电机分析中磁场强度反映了电磁之间的关系，它和磁感应强度间的数量关系是感应强度间的数量关系是H: :矢量，单位为矢量，单位为A/m(安安/米米)。H/m 10470 真真空空磁磁导导率率：0 r 铁磁材料：铁磁材料：r=103 105四、铁磁材料的四、铁磁材料的B-H(B-H(磁化磁化) )曲线曲线在在C点以后点以后H大幅增大大幅增大B增量很小，称为磁路增量很小，称为磁路饱和饱和现象，为现象，为使电机具有较好的调节性能，通常选择电机的

9、磁通密度在使电机具有较好的调节性能，通常选择电机的磁通密度在b点附近。点附近。铁磁材料的铁磁材料的B-H(磁化磁化)曲线曲线由典型的由典型的B-H图看出：铁磁材图看出：铁磁材料的磁导率料的磁导率=dB/dH=dB/dH不为常数，不为常数，只在只在ObOb段呈线性关系段呈线性关系( (近似为近似为定值定值)且直线斜率愈大，表明且直线斜率愈大，表明该铁磁介质磁导率愈大；而在该铁磁介质磁导率愈大；而在bc段斜率渐小表明当磁场强度段斜率渐小表明当磁场强度加大到一定时，同种铁磁介质加大到一定时，同种铁磁介质磁导率在渐小；磁导率在渐小； aO H（A/m ） ，B(T) B=f(H) bc=f(H)磁畴磁

10、畴(A)未磁化 (B)磁化外加磁场外加磁场H 返回返回当电机磁通波动，特别是周期性变化时，铁磁材料正反向磁化当电机磁通波动，特别是周期性变化时，铁磁材料正反向磁化出现上升出现上升B-H曲线和下降曲线和下降B-H曲线不相重合如图所示曲线不相重合如图所示构成封闭回线，称为构成封闭回线，称为磁滞回线磁滞回线电机中常用的线圈铁芯如硅钢叠片电机中常用的线圈铁芯如硅钢叠片铸铁、铸钢等铸铁、铸钢等Hc较小，而永磁材料较小，而永磁材料的磁极的磁极Br和和Hc较大。较大。剩磁剩磁Br :去掉外磁场之后，铁磁材料内仍然保留的去掉外磁场之后，铁磁材料内仍然保留的 磁通密度磁通密度 。矫顽磁力矫顽磁力Hc :要使要使

11、B值从减小到零，必须加上相应的反值从减小到零，必须加上相应的反 向外磁场，向外磁场，磁滞磁滞:铁磁材料所具有的这种磁通密度铁磁材料所具有的这种磁通密度B的变化滞后于磁场强度的变化滞后于磁场强度H变化的变化的现象。现象。磁滞现象是铁磁材料的另一个特性。磁滞现象是铁磁材料的另一个特性。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 fcHmBmBmHmHrB 基本磁化曲线基本磁化曲线H HB B 软磁材料的磁滞曲线软磁材料的磁滞曲线B BA)A)软磁材料软磁材料H H硬磁材料的磁滞曲线硬磁材料的磁滞曲线B BH HB)B)硬磁材料硬磁材料 五、铁芯损耗五、铁芯损耗

12、PFen磁滞损耗磁滞损耗n涡流损耗涡流损耗 硅钢片中的涡流硅钢片中的涡流B B 222meeBfVkp 25 . 1, nVfBkpnmhhn一般电工钢片，一般电工钢片，Bm在在1.8T内，可近似为内，可近似为VBfKpmFeFe23 . 1 VBfkfBkpppmenmhehFe 222 1.1.安培环路定律安培环路定律H HL L1I2I3Idl六、磁路的基本定律六、磁路的基本定律 FNIIHdllnkk1磁场強度磁场強度H沿闭合磁路的积分，等于穿过该闭路截面的电流沿闭合磁路的积分，等于穿过该闭路截面的电流的总和。的总和。全电流定律全电流定律123LHdlIII n例例1 一闭合铁心磁路，

13、铁心的截面积一闭合铁心磁路，铁心的截面积 ，磁路的平均长度磁路的平均长度L=0.3mL=0.3m，铁心的磁导率，套装在铁心上，铁心的磁导率，套装在铁心上的励磁绕组为的励磁绕组为500500匝。试求在铁心中产生匝。试求在铁心中产生1T1T的磁通密度的磁通密度时，所需的励磁磁动势和励磁电流。时，所需的励磁磁动势和励磁电流。24109mA？A1054.9NFI7 .473 .0159/1591045000/1/27 励励磁磁电电流流磁磁动动势势磁磁场场强强度度解解：据据安安培培环环路路定定律律AAHlFmABHFe A A定律内容定律内容: :作用在作用在磁路上的磁动势等于磁路内的磁路上的磁动势等于

14、磁路内的 磁通量磁通量乘以磁阻。乘以磁阻。 mRF公式：公式：AlRm 式中：式中： 2磁路的欧姆定律磁路的欧姆定律 mR F F模拟电路图模拟电路图定律内容定律内容: :穿出穿出( (或进入或进入) )任一闭和面的总磁通量恒等于零任一闭和面的总磁通量恒等于零( (或或者说者说, ,进入任一闭合面的磁通量恒等于穿出该闭合面的磁通进入任一闭合面的磁通量恒等于穿出该闭合面的磁通量量),),这就是磁通连续性定律。这就是磁通连续性定律。 又称磁路的并联定律。又称磁路的并联定律。 磁路的基尔霍夫第一定律磁路的基尔霍夫第一定律 0定律表达式：定律表达式：3.3.磁路基尔霍夫定律磁路基尔霍夫定律2 3 N

15、NiA A1 213 定律背景定律背景: :磁路计算时，总是把整个磁路分成若干段，每磁路计算时，总是把整个磁路分成若干段，每段为同一材料、相同截面积，且段内磁通密度处处相等，段为同一材料、相同截面积，且段内磁通密度处处相等，从而磁场强度亦处处相等。从而磁场强度亦处处相等。定律内容定律内容: :沿任何闭合磁路的总磁动势恒等于各段磁路磁沿任何闭合磁路的总磁动势恒等于各段磁路磁位降的代数和。位降的代数和。磁路的基尔霍夫第二定律磁路的基尔霍夫第二定律又称磁路的串联定律。又称磁路的串联定律。公式公式：N1l2l iP6：例：例1-1 例例2 32131mmmkkkRRRlHNiF 例例22若在例若在例l

16、 l的磁路中，开一个长度的磁路中，开一个长度 的气的气隙，问铁心中激励隙，问铁心中激励1T1T的磁通密度时，所需的励磁磁动势为多的磁通密度时，所需的励磁磁动势为多少少? ?已知铁心截面积已知铁心截面积 ， 。考虑到。考虑到气隙磁场的边缘效应，在计算气隙的有效面积时，通常在长、气隙磁场的边缘效应，在计算气隙的有效面积时，通常在长、宽方向各增加宽方向各增加值。值。 m4105429 10FeAm 05000Fen解：用磁路的基尔霍夫第二定律来求解。解：用磁路的基尔霍夫第二定律来求解。n铁心内的磁场强度铁心内的磁场强度: :n气隙磁场强度气隙磁场强度: :n铁心磁位降铁心磁位降: :n气隙磁位降气隙

17、磁位降:n励磁磁动势励磁磁动势:mABHFeFeFe/159mABH/107740AlHFeFe6 .472995. 0159AlH385AlHlHFFeFe6 .432A A一、电感一、电感L 电机线圈流过电流即产生磁电机线圈流过电流即产生磁场，设线圈为场，设线圈为N匝，穿过匝，穿过1匝匝的磁通为的磁通为，则有则有 =N称为称为磁链，磁链，设介质为空气设介质为空气则则I I所以所以=LI 这里这里L L作为比例常数即单位电作为比例常数即单位电流的磁链数，称为该线圈的流的磁链数，称为该线圈的电感电感(H)(H)则：则：L=/I I I1 2 21 1 I I2 2 1 12 2 N N1 1

18、N N2 2一个线圈的部分磁通可能环链一个线圈的部分磁通可能环链多个线圈，则线圈的电感既有多个线圈，则线圈的电感既有只环链自身的磁通的只环链自身的磁通的自感自感也有也有其它线圈磁通的其它线圈磁通的互感互感。1-3 电机的电磁基本理论电机的电磁基本理论设电流设电流I1与回路与回路2匝链磁通匝链磁通21，电流电流I2与与回路回路1匝链磁通匝链磁通12则：则：mRNNIL22 回路回路1 1对对回路回路2 2的互感的互感为为：在电机中根据磁通的路径不同，将磁通分为主磁通在电机中根据磁通的路径不同，将磁通分为主磁通m和漏磁和漏磁通通。主磁通的主要路径是铁磁部分；而漏磁通的主要路径。主磁通的主要路径是铁

19、磁部分；而漏磁通的主要路径是空气，主磁通环链全部绕组，而漏磁通大部环链部分绕组是空气，主磁通环链全部绕组，而漏磁通大部环链部分绕组(只有极少环链全部绕组只有极少环链全部绕组)。与漏磁通对应电感称为。与漏磁通对应电感称为漏电感漏电感 L mi L= /I 由于漏磁通的分布很复杂漏由于漏磁通的分布很复杂漏(电电)感的计感的计算一般是近似的。算一般是近似的。 当线圈流过正弦交流电流时，电感表示成阻抗形式：当线圈流过正弦交流电流时，电感表示成阻抗形式： X=L，为电流角频率。为电流角频率。2112121121221NNIINM 同理同理回路回路2 2对对回路回路1 1互感互感为为：2121212212112NNIINM 当线圈的磁链当线圈的磁链变化时线圈中产生感应电势。两种：变化时线圈中产生感应电势。两种：变压器电动势变压器电动势-线圈通过交流电产生交变的磁链交链线圈本线圈通过交流电产生交变的磁链交链线圈本身身产生的感应电势产生的感应电势。运动电动势运动电动势-线圈在磁场中运动切割磁力线产生的感应电势；线圈在磁场中运动切割磁力线产生的感应电势；二、电磁感应定律二、电磁感应定律dtdNe Blve mfNE 44. 4r r是是电机转动部