第一章课件(电机)教材

第一章

电机的基本原理1-2磁场与磁路1-3铁磁材料的特性1-4电感和磁场储能

临沂大学1-1概述1-5机电能量转换的基本原理一、电机在国民经济中的重要作用问题一：什么是电机？它的作用是什么？电机是一种机电能量转换或信号转换的电磁机械装置。主要有两大类，第一类是发电机，它把机械能转换为电能；第二大类是电动机，它把电能转换为机械能，用来驱动各种机械。电机的作用①机电能量转换；机械能转换为电能（发电机）；电能转换为机械能（电动机）②信号转换；控制电机③电能变换与传递；变压器第一节概述二、电机的基本构成和分类1）按照能量转换方式的不同，电机可分为：电动机；发电机；电能转换装置：变压器、变频机、变流机、移相器；控制电机。2）根据运动方式的不同，可将电机分为：旋转电机；静止电机；直线电机。3）根据供电电源的不同，可将电机分为：直流电机；交流电机：单相电机、三相电机。4）根据同步速的不同，电机可分为：直流电机；同步电机；感应电机；交流换向器电机。电机分类结构图观看图片第二节磁场与磁路一、与磁场有关的基本概念1.磁感应强度、磁场强度和磁导率2.磁通与磁通连续性定理磁通磁通连续性定理磁导率不是常数3.磁动势和安培环路定律磁压降（磁压）：磁场强度沿一路径l的线积分定义为该路径上的磁压降。安培环路定律：沿任何一条闭合回线，磁场强度的线积分值恰好等于该闭合回线所包围的总电流值（代数和）。磁动势:磁场为电流所激发，磁场中闭合路径所包围的电流数称为磁动势，用F表示，单位为安A。图1-24.磁链与电磁感应定律处于磁场中的一个N匝线圈，若其各匝通过的磁通都相同，则经过该线圈的磁链为感应电动势电磁感应定律：变压器电动势运动电动势：5.电磁力与电磁转矩电磁力：电磁转矩：二、磁路及其基本定理

1、磁路

磁路：磁通所流过的路径。见图１－6。

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。

主磁路：主磁通所通过的路径。

漏磁路：漏磁通所通过的路径。励磁线圈：用以激励磁路中磁通的载流线圈。

励磁电流：励磁线圈中的电流。直流：直流磁路例如：直流电机交流：交流磁路例如：变压器

磁阻磁路的欧姆定律定律内容：作用在磁路上的磁动势等于磁路内的磁通量乘以磁阻。

公式:N个磁阻串联：N个磁阻并联：磁导：2、磁路的基本定律（1）磁路的基尔霍夫第一定律

（图1-7）

定律内容：穿出(或进入)任一闭合面的总磁通量恒等于零(或者说，进入任一闭合面的磁通量恒等于穿出该闭合面的磁通量)，这就是磁通连续性定律。又称磁路的并联定律

（2）磁路的基尔霍夫第二定律

定律背景：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，从而磁场强度亦处处相等。

定律内容：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。

公式:

又称磁路的串联定律。附图1-8[例1—2]

若在例l—l的磁路中，开一个长度

的气隙，问铁心中激励1T的磁通密度时，所需的励磁磁动势为多少?已知铁心截面积，。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、宽方向各增加一个δ值。解用磁路的基尔霍夫第二定律来求解。铁心内的磁场强度:气隙磁场强度:铁心磁位降:气隙磁位降:励磁磁动势:返回第三节铁磁材料的特性一、铁磁物质的磁化曲线

铁磁物质包括铁、镍、钴以及它们的合金。

铁磁材料在外磁场中呈现很强的磁性，此现象称为铁磁物质的磁化。

磁畴示意图1-4。

1．初始磁化曲线

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，曲线B=f(H)就称为起始磁化曲线。

曲线附图1-10。

分析：起始磁化曲线基本上可分为四段,如下图。

铁磁材料磁化曲线见示意图1-10.应用：

设计电机和变压器时，为使主磁路内得到较大的磁通量而又不过分增大励磁磁动势，通常把铁心内的工作磁通密度选择在膝点附近。

2．磁滞回线示意图:图1-12。

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：要使从Br值减小到零，必须加上相应的反向外磁场，此反向磁场强度Hc称为矫顽力。

磁滞：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H变化的现象。

磁滞现象是铁磁材料的另一个特性。

3．基本磁化曲线

定义：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。

附示意图1-13。

4、铁磁材料的分类（1）软磁材料

定义:

磁滞回线窄、剩磁和矫顽力都很小的材料。

附图1-15a

常用软磁材料：铸铁、铸钢和硅钢片等。

软磁材料的磁导率较高，故用以制造电机和变压器的铁心。

2．硬磁(永磁)材料

定义：磁滞回线宽、剩磁和矫顽力都很大的铁磁材料称为硬磁材料，又称为永磁材料。

附图1-15b

磁性能指标剩磁矫顽力最大磁能积各种硬磁材料示意图

二、铁耗

1．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。

公式：

应用：由于硅钢片磁滞回线的面积较小，故电机和变压器的铁心常用硅钢片叠成。

2．涡流损耗

涡流：当通过铁心的磁通随时间变化时，根据电磁感应定律，铁心中将产生感应电动势，并引起环流，环流在铁心内部围绕磁通作旋涡状流动称为涡流。示意图1-17。

定义：涡流在铁心中引起的损耗。

公式：

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。3．铁心损耗

定义：铁心中磁滞损耗和涡流损耗之和。

表达式：铁心损耗与频率的1.3次方，磁通密度的平方和铁心重量成正比。返回第四节电感和磁场储能一、电感1、自感和互感：；；2、漏电感：二、磁场储能磁场能量能量输入磁场储能密度：空气隙中的能量密度远高于铁心中的能量密度。磁共能第五节机电能量转换的基本原理一、机电能量转换装置的基本构成与能量关系固定部分、可动部分、能量守恒输入电能=电磁场储能的增加+装置内部能量的损耗+输出机械能二、单边励磁系统中的能量转换三、双边励磁系统中的能量转换四、非线性磁路中的能量和电磁力课外训练：习题1－5、1－9主磁通漏磁通图1-6变压器的磁路返回漏磁通漏磁通漏磁通图1-2安培环路定律HL返回图1-3无分支铁心磁路A)无分支铁心磁路AN

i返回B)模拟电路图F返回图1-7磁路的基尔霍夫第一定律ANi返回图1-8磁路的基尔霍夫第二定律i返回

图1-4磁畴(A)未磁化

(B)磁化返回外加磁场H

BH图1-10铁磁材料的起始磁化曲线abcd返回

图1-12铁磁材料的磁滞回线HBabcdef返回

图1-13基本磁化曲线基本磁化曲线HB返回

图1-15

a）软磁材料的磁滞曲线B返回A)软磁材料H

图１－１5b）硬磁材料的磁滞曲线返回BHB)硬磁材料

图1-17硅钢片中的涡流

B返回

165432图1-13简单串联磁路A)串联磁路i返回

B)模拟电路图返回

LLLA图1-14