电机与电力拖动基础教程第1章.ppt

1、宁波工程学院，电机原理和拖动基础，下一页，发表人：包蕾，第一章，第一章磁路和动力学基础知识，下一页，第一章，本章重点，磁路的基本规律，强磁性材料的特性，电力拖动系统的运动方程式，电力拖动系统的稳定工作条件，下一页，磁感应强度，磁场内某一点的磁场强弱和方向的物理b的单位：特斯拉(T) 1T104Gs的单位：韦伯(Wb) S的单位：平方米(m2 )、矢量、数值上等于通过与磁场方向垂直的单位面积的磁通量，也称为磁感应强度。 在第1章中，将磁通的磁感应强度b和与磁场方向垂直的面积s的积称为通过其面积的磁通。 如果磁场内各点的磁感应强度大小相等、方向相同，则将这种磁场称为均匀磁场。 BS，的单位：伏特秒

2、，统称为韦伯Wb或麦斯威尔Mx 1Wb108Mx、本页、前页、返回、第一章、磁导率表示磁场介质的磁性，是用于测量物质的磁导率的物理量。 物质分类、顺磁性物质：磁导率为真空，例如空气、铝，反磁性物质：磁导率为真空，例如氢、铜、铁磁性物质：磁导率为真空磁导率的数百倍至数千倍，例如铁元素、钴、镍、真空磁导率为常数第1章，一般材料的磁导率与真空磁导率为0的比，该物质的相对磁导率返回，第1章，磁场强度、磁场强度是用于校正磁场的物理量，其大小等于磁场中某一点的磁感应强度与该点的导磁率之比。h的单位：南美b的单位：特斯拉的单位：亨米、矢量、下一页、前页、返回、讨论、磁场内某一点的磁场强度h有关，磁场内某一点

3、的h与电流的大小、线圈匝数及该点的几何位置无关磁场内某一点的磁感应强度b有关系吗？第1章，下一页，上一页，返回，复习1.1.2本课程中经常使用的基本电磁法则，电路法则，1 .电路欧姆法则，2 .基尔霍夫法则，基尔霍夫第一法则，基尔霍夫第二定律，电压互感器，电机变化与线圈匝数n和线圈交链的磁通相对于时间的变化率dF/dt成比例，感生电动势的正方向和其他磁通产生的正方向与右手的螺旋规律一致的情况下，下一页、前页、返回、第一章、运动电位的方向由右手规律决定。 当导线切断磁力线的速度为导线的磁感应强度且不随时间变化时，如果磁力线、导线和导线的运动方向三者垂直，则导线的感应电位为运动电位，其大小为下一页

4、、前页、返回，第一章，电流方向和磁场强度的方向如果不符合右手定则，则为负。、下一页、前页、返回、2 .安培环路法则(总电流法则): 磁场中的任意闭环磁场强度的曲线积分，通过该闭环内返回到与电流的代数和相等的前页，在没有分支的均匀磁路(与磁路的材料截面面积相同，各处的磁场强度相等)中，例如环路安培环路法则是，第1章，3 .电磁力的法则，通电导体在磁场中受到力的作用，磁场和导体相互垂直作用时，导体注：电磁力的方向由左手法则决定。 下一页、上一页、返回、第1章、1.1.3磁路和磁路欧姆定律、单相电压互感器、1、电机中的典型磁路、下一页、上一页、返回、第1章、磁路：旋转电机、下一页、上一页、返回、第1

5、章、2 .磁路的欧姆定律、B=H 下一页、上一页、返回、Ni F、对应的模拟计程仪电路图、下一页、上一页、返回、第一章、法则内容：在任意闭合面出现(或进入)的总磁通量总是为零(或进入任意闭合面的磁通量总是等于在其闭合面出现的磁通量) 、1 .磁路的基尔霍夫的第一定律，1.1.4磁路的基尔霍夫法则，下一页，前页，返回，第一章，定律内容：沿着任意闭合磁路的总磁通势，等于各级磁路的压降的代数和。 公式：也称为磁路串联定律，将Hl定义为磁路的磁压降，下一页，前一页，返回，第一章，例如，激励电位相同，比较磁路中的磁通量吗？ (假设铁元素中心长度l远大于空气隙长度d，则铁元素中心柱中的磁通被认为与空气隙中

6、的磁通相等)、下一页、上一页、返回、第1章、1 .铁磁性物质的磁化铁磁性物质包含铁元素镍钴及其合金。 强磁性材料进入磁场时显示强磁性的现象称为铁磁性物质的磁化。 磁畴形象。1.2强磁性材料及其特性、1.2.1强磁性材料的高磁导率、下一页、前页、返回、第一章、b、h、强磁性材料的开始磁化曲线、当a、b磁场强度h从零开始逐渐增大时，磁感应强度b随之增大，曲线B=f(H )称为开始磁化曲线返回，第1章，下一页，上一页，返回，第1章，分析磁化曲线，oa，bc段： b是随着h增大的速度慢，cd段：磁饱和区域(又是直线段)。 其中，a点称为横向脚丫子点，b点称为膝点，c点为吸收点。 当超过吸收点c时，铁磁

7、性材料的磁导率接近0。、ab段： h变大则b变大、b变大的速度变快的强磁性材料，其磁化曲线具有饱和性，磁导率Fe不是常数，而是随着b的变化而变化的特征。应用下一页、上一页、返回、第1章、设定、修正电动机和电压互感器时，为了在主磁路内获得较大的磁通，通常将铁元素心内的工作磁感应强度选择在膝盖附近，以避免励磁磁通势过大。 下一页，前页，回顾，第一章，迟滞现象是强磁性材料的另一个特性。 3当磁滞回线、强磁性材料被反复磁化时，B-H曲线不是单一值，而是磁滞回线。 即使在剩馀磁通：消除了外部磁场(H=0)之后，仍保留在铁磁性材料中的Br磁感应强度。 为了减小保持磁场力：的值为零，需要施加相应的反向外部磁

8、场，该反向磁场强度Hc被称为保持磁场力。 迟滞现象：的强磁性材料具有的这种磁感应强度b的变化是比磁场强度h的变化慢的现象。 下一页、上一页、上一页、下一页、第一章、基本磁化曲线、基本磁化曲线、基本、基本、基本、基本、基本、基本、基本、基本、基本、基本、基本、基本、基本、基本、基本、基本、基本、基本根据下一页、前一页、后一页、第一章、说明2、磁滞回线的形状，强磁性材料可以分为硬磁性材料和软磁材料。 硬磁性材料的磁滞回线粗，剩馀磁性、保磁场力大，如钨钢，钴钢等软磁材料的磁磁滞回线细，剩馀磁性、保磁场力小，如硅钢板、铸钢等。 电动机铁芯由软磁材料构成，其磁滞回线很细，在进行磁路订正运算时，由于不考虑

9、迟滞现象，用基本磁化曲线表示b和h的关系，因此，一般而言，强磁性材料的磁化曲线指的是基本磁化曲线。下页、前页、返回、第一章、软磁材料的磁滞曲线、b、h、前页、返回、第一章、硬磁性材料的磁滞曲线、b、h、1.2.2迟滞现象损耗，强磁性材料置于交变磁场中时，磁区相互间不断地摩擦，消耗能量磁磁滞损耗与交变磁场的频率f、铁元素心的体积v、磁滞回线的面积成比例。 磁迟滞现象损耗功率可由下式表示：式中的Ch磁迟滞现象损耗系数，其大小取决于材料性质，对一般电磁钢板n=1.62.3；下一页、上一页、返回、第1章，应用：降低涡流损耗，电动机和电压互感器的铁元素心均由硅元素含量高的薄硅钢片叠置而成。 1.2.3涡

10、流损耗，涡流：铁元素心具有电阻值，当穿过铁元素心的磁通随时间变化时，根据电磁效应规律，在铁元素心产生感生电动势，在导电的铁元素心产生环流，在铁元素心内部包围磁通呈涡流状流动。 形象图。 定义了：涡流在铁元素中心引起的损耗，涡流损耗功率可以表示为： 式中与kw材料有关的比例系数。下一页、上一页、返回、第1章、铁元素心损失与频率的1.3次方、磁感应强度的平方和铁元素心重量成比例。 铁元素心损耗定义了：铁元素心迟滞现象损耗和涡流损耗的和。 下一页，上一页，返回，第1章，1.3电力拖曳系统的动力学基础，电力拖曳系统的基本概念1 .电力拖曳：原动机驱动生产机械被称为拖曳。 电力拖动：以电滚子为原动机，以

11、生产机械为负荷，电滚子把生产开动机器拖动方式称为电力拖动。 2、电力拖动系统：现代化工业的生产过程中，为了实现各种各样的生产过程，需要使用各种各样的生产机械。 各种生产机械的运行，一般是用电滚子拖动，用电滚子把电能转换为机械能，拖动生产机械，完成一定的工艺要求的系统。以这样的电滚子为原动机，拖动生产机械运转的系统称为电力拖动系统。下一页、上一页、返回、第1章、3 .电力拖动系统构成、电滚子、传动机构、生产机械、控制设备和电源、电滚子、4 .采用电力拖动的主要原因，在现代化生产中，多数生产机械采用电力拖动的主要原因如下：电滚子的种类和规格较多，它们具有各种特性电力拖动系统操作和控制简单，可以实现

12、自动控制和远程遥控等。下一页、上一页、返回、第1章、5 .典型生产机械的运动形式和扭矩、电力拖动系统：单轴(重点介绍)、多轴(可换算为单轴)。 运动形式：旋转、平移、升降。 机械扭矩形式：产生摩擦力，产生重力。 6 .单轴与生产机械电滚子同轴，单轴电力拖动系统，nM=nL=n M=L=，t-电滚子的电磁转矩TL-对于生产机械的扭矩，前页，前页，后页，正在进行旋转运动的物体： j是电机轴上的总惯性矩单位kgm2，第一章，2，实用公式通常角速度用转速n表示，式中m和g的旋转部分的质量、重量r和d的惯性半径、直径(m) g=9.8m/s2重力加速度、下一页、上一页、返回、GD2为一体，用片假名计程仪

13、或机械手册检测，在第1章、第3章、系统旋转运动的3个状态、1 )或时在(2)或(3)的情况下，系统为加速驾驶状态，即动态。 3 )或时，系统为减速运行状态，即动态。下一页、前页、返回、(T-TL )被称为动态转矩或加速转矩，第一章，运动方程式中转矩正方向的规定首先确定电滚子处于电动状态时的旋转方向为旋转速度的正方向，接着，(1)电磁转矩与旋转速度的正方向相同时为正(3)惯性扭矩的大小和符号由和的代数和决定。下一页、上一页、返回、第1章、各量表示法、上述各量可以用轴的剖面图或正交坐标系表示，由于下一页、上一页、返回、第1章、1.3.2多轴电力拖动系统扭矩及飞轮力矩换算、省材料，工程上输出功率一般来说，设定和修订电滚子的速度很高，通过提高t来节约材料。 生产机械要求低速，但是修改电滚子设定的旋转速度高，两者之间需要减速装置，因此一般的电力拖动系统多轴拖动系统较多。下一页、前页、返回、第1章、多轴系统换算、分析多轴系统采用了将原来的实际多轴系统替换为等价的单轴系统的方法。 这个方法叫做“换算”。 换算原则：换算前后的系统传递功率不变(换算负载扭矩)，系统的动能不变(换算负载飞轮扭矩)。 换算方向：通常由生产机械换算为电滚子轴。 因为研究对象是马达。 电子气动机轴一般是高速的。 根据传输功率不变的原则，高速轴上的负载扭矩值较小。下一页、前页、返回、第一章、1.3.3