电气导论市公开课一等奖省赛课获奖课件

电机学华中科技大学文华学院机电学部电气系电气导论第1页第一章导论1.1概述什么是电机广义上，实施电能生产、传输、实用和电能特征变换装置电机学研究对象：依据电磁感应定律实现机电能量转换电磁装置

电机惯用分类方式有两种：一是按功效分，有发电机、电动机、变压器和控制电机四大类；二是按电机结构或转速分，有变压器和旋转电机。电气导论第2页电机变压器直流电机直流发电机直流电动机交流电机控制电机同时电机同时发电机同时电动机异步电机异步发电机异步电动机第一章概述1.1.2电机分类电气导论第3页1.1.4电机作用和地位1.电能生产、传输、使用、电能特征变换关键装备2.电力工业中，是发电厂和变电站主要设备3.制造业中，电动机广泛使用电力拖动和控制4.冶金工业中，需要电动机控制和拖动5.石油、煤炭开采，化学提炼等等6.电气化铁路磁悬浮列车航天航空领域7.家用电器中日常办公中电气导论第4页1.3磁路基本定律1.3.1全电流定律全电流定律—安培环路定律：沿任何一闭合路径对磁场强度线积分等于路径所包围电流强度代数和。电流正负值：电流方向与绕行方向符合右手螺旋定则时，电流为正；反之为负值。必须是闭合路径包围电流，闭合路径不包含电流对沿这一闭合路径环路积分无贡献。电气导论第5页1.3.2电磁感应定律迈克尔·法拉第（MichaelFaraday，公元1791～公元1867）英国物理学家、化学家。童年：出生于一个贫苦铁匠家庭，九岁时丧父，迫于生计，幼小迈克尔·法拉第不得不负担起生活重担，去一家文具店充当学徒人生转折点：14岁时他跟一位装书兼卖书师傅当学徒，利用此机会博览群书。他在二十岁时听英国著名科学家汉弗利·戴维讲课，产生了浓厚兴趣。他给戴维写信，终于得到了为戴维当助手工作。他放弃了一切有丰厚酬劳商业性工作.他在1857年谢绝了皇家学会拟选他为会长提名，他终生在皇家学院试验室工作。电气导论第6页1.3.3.电磁力定律：1.3.2电磁感应定律电磁转矩将一个匝数N线圈置于磁场，只要与线圈铰链磁链发生了改变，线圈里就感应出电动势。磁生电判断方向：左手定则（主要用于分析旋转电机电磁转矩）电流方向与磁通方向符合右手螺旋法则导体置于磁场中，通入电流，受到力作用，电磁力电气导论第7页1.４铁磁性材料及其特征1.4.1、铁磁材料磁磁导率铁磁材料包含：铁、镍、钴及其合金磁导率：表征各种材料导磁能力物理量（亨/米）

真空中磁导率()为常数普通材料磁导率和真空中磁导率之比，称为这种材料相对磁导率电气导论第8页，则称为磁性材料，则称为非磁性材料磁场强度H

磁场强度是计算磁场所用物理量，其大小为磁感应强度和导磁率之比。单位：B

：特斯拉：亨/米：安/米电气导论第9页铁磁材料磁化过程磁畴假说1.4.2基本物理量（1）磁感应强度

磁感应强度是反应磁场中某一点磁场性质基本物理量。用大写字母B表示，它是一个矢量。在国际单位制中其单位名称为特[斯拉]（符号为T），是为纪念在电磁学领域做出主要贡献著名天才创造家尼古拉·特斯拉而命名。类似于用电场强度描述电场，磁感应强度B可用来表示磁场空间某点磁场强弱和方向。电气导论第10页磁感应强度设一电荷q以速度v经过电流周围某场点A,试验发觉q沿不一样方向经过A点时，其受力大小不一样，当以某一特定方向经过A点时，其受力为零，可知磁场中各点有各自方向要求B方向为使得v×B方向是F方向。令B与方向之间夹角为。要求B大小为电气导论第11页（2）磁场强度

用来表示磁场强弱物理量，称为磁场强度，用H来表示，单位为安/米（A/m）。磁场强度只与产生磁场宏观传导电流大小及导体形状相关，而与磁介质无关。

磁场中某一点磁感应强度B与磁场中磁介质磁导率μ比值，就是该点磁场强度H。（3）磁动势围绕磁路线圈中通入电流I,线圈匝数为N，则定义线圈匝数和电流乘积为该电流产生磁动势F

电气导论第12页1.4.3磁性材料磁性能：1.非线性大小BH(I)

2.磁饱和性见图1.6HBBH

3.磁滞性铁磁材料它们含有：高导磁性、磁饱和性、磁滞性。起始磁化曲线、基本磁化曲线和磁滞回线电气导论第13页1.4.4磁滞与磁滞损耗磁滞现象：B改变总是滞后H改变；时值，称为剩磁磁滞回线:展现磁滞现象B-H闭合回线.详细参加P17图1.7

基本磁化曲线对同一铁磁材料，选择不一样磁场强度进行重复磁化，可得一系列大小不一样磁滞回线,再将各磁滞回线顶点联接起来，所得曲线.电气导论第14页软磁材料：磁滞回线窄，矫顽力小，磁滞损耗小，有纯铁、铸铁、硅钢片、坡莫合金及铁淦氧磁体等，主要用于制作各种电机、变压器铁心。

依据磁性能，磁性材料又可分为三种：软磁材料（磁滞回线窄长。惯用做磁头、磁心等）、永磁材料（磁滞回线宽。惯用做永久磁铁）、矩磁材料（滞回线靠近矩形。可用做记忆元件）。磁性材料分类电气导论第15页硬磁材料磁滞回线较宽，矫顽力较大，如碳钢、钴钢、钨钢、镍钴合金等，适合用于制作永久磁铁。矩磁材料，磁滞回线靠近矩形，矫顽力很大，如锰镁铁氧体、锂锰铁氧体等，可用来制作电子计算机内部记忆元件磁心和外部设备中磁盘等。电气导论第16页1.4.5磁滞损耗和涡流损耗

①磁滞损耗：磁畴之间产生摩擦而产生，②涡流损耗：涡流：硅钢片中有围绕磁通呈涡旋状电流P19图1.10涡流损耗：涡流与铁心电阻相作用产生损耗，降低方法：减小硅钢片厚度，增大涡流回路电阻：电工钢片中加硅沿着磁场方向将一块块薄片相互绝缘硅钢片叠合在一起做成铁心，可有效减小涡流

③铁损：磁滞损耗+涡流损耗电气导论第17页磁路欧姆定律

在电气设备中，为了增强磁场，常把线圈绕在铁心上，当线圈通电后产生很强磁场。铁心磁导率比周围空气或其它物质磁导率高多，磁通绝大部分经过铁心形成闭合通路，磁通闭合路径称为磁路。1.磁路+–NIfNSS直流电机磁路交流接触器磁路IN磁通Φ1.5磁路基本定律及计算方法计算1.5.1、磁路基本定律电气导论第18页

要使磁路中建立一定大小磁通Φ，就必须在含有一定匝数N线圈中，通入一定大小电流I。试验证实，增大电流I或增大线圈匝数N，都能够一样到达增大磁通Φ目标。可见，NI乃是建立磁通根源。2.磁动势定义：F=NI称作磁路磁动势，简称磁势。磁势单位：安（A）。

电气导论第19页3.磁路欧姆定律（1）磁阻假如把相同磁动势加到不一样磁路中去，取得磁通也不相同。这说明磁通除了与磁动势相关外，还与组成磁路物质及尺寸相关。这里我们引出一个磁阻概念。磁阻RM

：磁路对磁动势建立磁通所展现阻力。

磁路磁阻大小与组成磁路材料性质及几何尺寸相关，即其中：l——磁路长度（m）；

A——磁路截面积（m2）；

μ——磁路材料磁导率。单位：1／Ｈ（亨-1)电气导论第20页（2）磁路欧姆定律

若某磁路磁通为，磁通势为F

，磁阻为Rm，则

此即磁路欧姆定律。它表明在磁路中，磁通Φ与磁动势F成正比，与磁阻RM成反比。

同时，用μ大材料组成磁路含有较小磁阻,在一样大磁动势作用下，就能产生较大磁通。电气导论第21页（1）.磁路基尔霍夫第一定律对于一条没有分支磁路，取任一截面，从该截面流出磁通等于流入该截面磁通。当处于不一样磁路段截面结合处时亦是如此，即该截面磁通代数和为零。进入或穿出任一封闭面总磁通量代数和等于零。穿入任一封闭面磁通量恒等于穿出该封闭面总磁通量。2.磁路基尔霍夫定律电气导论第22页（2）磁路基尔霍夫第二定律一个磁路能够分成若干段，同一段磁路中磁通处处相同，磁场强度也相等。取中心线为计算长度，定义每一段磁路磁场强度与其中心线长度乘积为磁位差，依据安培环路定律沿中心线围绕总磁路一圈对磁场强度积分循行任一方向，围绕磁路中心线一圈，环路上各段磁路磁位差之和等于环路交链磁动势代数和。电气导论第23页磁路和电路比较（一）磁路电路磁通INR+_EI磁压降磁动势电动势电流电压降U电气导论第24页基本定律

磁阻磁感应强度安培环路定律磁路IN欧姆定律电阻电流强度克氏电压定律克氏电流定律磁路与电路比较(二)电路R+_EI电气导论第25页无分支磁路计算对于没有分支磁路，计算方法详细以下：（1）将磁路划分为若干段，要求划分后每段磁路截面积相等、材料相同。对于气隙要单独划分出来。因为没有分支，磁路中，磁通处处相等。（2）计算每段磁路截面积和长度。对于长度，依据磁路中心线计算。对于截面积，依据磁路结构和给定几何参数计算。假如铁心有绝缘，则磁路有效截面积小于铁心截面积，这种情况下，几何参数算出截面积须乘以填充因数K（也称叠装因数）。填充因数K通常在0.9-0.97之间。电气导论第26页气隙处理当磁路中有气隙时会产生边缘效应，即气隙边缘磁力线有向外扩张趋势。边缘效应使得气隙磁通截面积大于其两边铁