电机学 第一章导论

1、一、电机的应用电力：电能的生产、传输和分配(图1)发电厂用发电机-机械能转换为电能；变压器-变电压工业、交通、农业等领域：驱动生产机械和装备（图2）自动控制系统(图3) ：控制电机第一章 导论 1.1 概述图1 电能的生产、传输和分配返回图2 驱动生产机械和装备 拖动生产机械如金属切削、矿山机械、交通运输机械、起重机械、化工机械、农用机械、电动工具、家用电器等。返回图3 控制系统和智能化装置的重要元件返回二、电机的定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。电机动力类控制电机变压器直线电机旋转电机电动机发电机直流电机

2、异步电机同步电机电动机发电机 自动控制系统中的执行元件、检测元件三、分类图4 旋转电机四、电机中所用材料：1、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）导电材料及绝缘材料：导电材料：紫铜、铝线(图5)绝缘材料：按耐热能力高低分六个等级A1050 E1200 B1300 F1550 H1800 C1800 电机的温升：电机某部分的温度与周围介质温度0之差称为电机该部分的温升 。=- 0 国标 0max =400 图5测温方法：温度计法、电阻法、埋置测温法、模糊测温法等。2、磁磁路导磁材料硅钢片(图6)、铸钢等导磁材料：铁磁材料3、力结构材料铸钢

3、、铸铁、钢板等图6图7 定子铁心图8 定子铁心与机座1.2 铁磁材料特性1.导磁性 磁导率：=B/H真空的磁导率：相对磁导率：铁磁材料： 不为常数，与B有关，为0的几百几千倍。BH图9 铁磁材料的起始磁化曲线abcd 2. 铁磁材料的磁化特性（BH曲线/磁化曲线）磁化曲线特点 ： 变化 总体非线性 存在饱和特性 B 图10 铁磁材料的磁滞回线HBabcdef 3.铁磁材料磁滞回线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HC及Br大，难退磁-永磁材料 磁密落后于磁场强度，亦即磁通落后于激磁电流的现象，称为磁滞现象。 4.基本磁化曲

4、线或平均磁化曲线选不同Hm,反复磁化，的一系列磁滞回线，把各顶点连接起来即得。(图11 )图11 基本磁化曲线基本磁化曲线HB 思考题：什么是软磁材料？什么是硬磁材料? 铁磁材料分：软磁材料和硬磁材料。磁滞回线较宽，即矫顽力大、剩磁也大的铁磁材料称为硬磁材料(永磁材料)。一经磁化很难退磁。常用硬磁材料有铁氧体、铝镍钴、钕铁棚等，可以用来制造永磁电机。磁滞回线较窄，即磁导率大、矫顽力小的铁磁材料称为软磁材料。电机铁心常用的硅钢片、铸铁等是软磁材料。 三、磁滞损耗、涡流损耗铁磁材料的磁滞损耗交变磁场中，铁磁材料反复磁化，磁畴之间相互摩擦，消耗能量。 -实验确定 Bm= 0.11.0T时，=1.6

5、Bm= 1.01.6T时，=2Kh取决于不同材料的系数 V体积 f频率涡流损耗 因为铁心可以导电，故当通过铁心的磁通随时间变化时，也将铁心中也将产生感应电势，并因而在其中引起环流。这些环流在铁心内部围绕磁通作涡流状流动，称为涡流。涡流在铁心中引起的损耗，称为涡流损耗。涡流损耗V 钢片的体积 -硅钢片的电阻率 d-硅钢片厚度加入硅硅钢片增大交流铁心损耗=磁滞损耗+涡流损耗单位重量下：W-重量 -铁耗系数 为减小电阻损耗绕组常用紫铜线或铝线。 为增加磁路磁导率降低铁耗，铁心采用导磁性能高的硅钢片制成，磁路其它部分常采用导磁性能较高的钢板和铸铁制成。 常用绝缘材料:云母、石棉、玻璃丝、聚酯薄膜、磁漆

6、、棉纱等。性能、耐热能力不同。 常用结构材料:铸铁、铸钢和钢板，有的小型电机采用铝合金。 电机制造通常使用哪些材料？硅钢片简介:冷轧硅钢片：轧硅钢片是我国主要的缺钢材品种。生产企业主要是武钢、宝钢股份和太钢，设计能力85万吨/年，其中武钢40万吨/年、宝钢股份35万吨/年、太钢10万吨/年。由于冷轧硅钢片生产不能满足需求，仍在大量生产和使用热轧硅钢片，同时还要大量进口冷轧硅钢片。2003年，我国生产热轧硅钢片90.2万吨，进口冷轧硅钢片158.1万吨，出口9.4万吨，硅钢片表观消费量342万吨。在中小型电机和家用电器制造业，热轧硅钢片占了相当大的比例；在大中型变压器制造业，进口硅钢片占了较大的

7、比例。 表1 无取向硅钢片中国国家执行标准：GB2521 88中国国家执行标准：GB12521 1998相对应的俄罗斯牌号DW470-5050W470-50W5402212一、冷却介质气冷（氢气）、液冷（水、油）、水氢氢混合冷二、冷却方式间接空气冷却（冷却介质只与铁心、绕组、机壳外表面接触）直接-氢气、水（进入发热体内部）三、机壳防护开启式、防护式1.3 电机的冷却与防护1.4 电机的额定值于定额一、额定值UN 、 UN 、 PN 等，标于铭牌上。二、定额连续运行短时运行：10、30、60、90min周期工作：负载持续率=额定负载时间/(负载时间+停止时间)国标：15%、25%、40%、60%

8、1.5 磁路基本定律、计算方法一、磁路分析1、基尔霍夫第一定律穿入任一封闭面的磁通等于穿出该封闭面的磁通。（穿入任一封闭面的总磁通等于0）。 =02、基尔霍夫第二定律在磁路中沿任何闭合磁路径上，磁动势的代数和等于磁压降的代数和。 F= Hl3、磁路欧姆定律 =F/Rm=Fm-磁路磁阻；m -磁路磁导与电路对应二、电路分析交、直流电路分析 欧姆定律： 基尔霍夫定律：图12 磁路电路图磁通 磁路电路磁动势 F磁感应强度B磁阻电动势 E电流 I电流密度 J电阻 R表2 磁路电路对比电磁感应定律：全电流定律：三、电磁定律例题作业: P42 1.18电磁感应定律有时写成 ，有时写成 ，有时又写成 ，这三

9、种写法之间有什么差别? 在什么情况下写成 ？ 思考题四、电、磁和力的关系右手定则：导体在磁场中运动产生电势eBvBfi左手定则：载流导体在磁场中受到的电磁力图13 左、右手定则五、磁路计算方法分铁心磁路计算、永磁体磁路计算。1、铁心磁路计算：串联磁路：第一类：已知F(电机变压器设计中的磁路计算通常属第一类问题)a、将磁路分段 原则：同一段上、A、相同。图中分铁心和气隙两段.图14 铁心磁路b、求各段B BK = K /AKc、确定HK A、非铁磁材料 K= 0 HK =BK/ 0 B、铁磁材料 查磁化曲线，由BK HK d、求代数和 F = HK lK = FK =iN第二类：已知F 试探法例

10、题作业: P41 1.10 P42 1.21并联磁路：与串联磁路计算相同，第一类问题顺序求解，第二类问题采用迭代法。图中分四段.图15 并联磁路第一类：已知Fa、将磁路分段 原则：同一段上、A、相同。b、根据基尔霍夫第一、二定律列写节电方程和回路方程并求解c、分段逐一求B BK = K /AKd、确定HK A、非铁磁材料 K= 0 HK =BK/ 0 B、铁磁材料 查磁化曲线，由BK HK e 、求代数和 F = HK lK = FK =iN1.6 学习方法综合性 各种规律同时作用、多个物理量互相影响实用性 主次之分， 具体条件作具体分析学习方法: 积极思考，多做练习. 前后关联，掌握体系 联系实际，创新设计 例1 有一闭合铁心磁路，铁心的截面积 ，磁路的平均长度L=0.3m，铁心的磁导率，套装在铁心上的励磁绕组为500匝。试求在铁心中产生1T的磁通密度时，所需的励磁磁动势和励磁电流。 解 用安培环路定律来求解。 磁场强度 磁动势 励磁电流 返回例2 若在例ll的磁路中