电机原理与拖动(一)新教材——绪论、第1章资料.ppt

1、电机原理与拖动（一）,东北大学,边春元 2015.03,教材与成绩,教材：电机原理与拖动主编：边春元 满永奎 或电机原理及拖动 主编 彭鸿才 电机原理及拖动习题解答与实验 主编：李爱平 边春元 学时：48 成绩：平时成绩（点名、测验、作业）20分考试成绩70分 实验：10分,内容介绍,绪 论,本课程性质：十分重要的专业基础课，是后续专业课的基础。不能很好的掌握电机的工作原理及电力拖动的静态、动态特性，不能组成一个良好性能的自动控制系统。在工农业生产、国防军事、日常生活中，随处可见的自动化设备、电器，几乎无一例外与电机有着密切关系。自动化控制的最终目标几乎都落到电动机这个具体设备上。因此可得出结

2、论：电机课十分重要。,电机原理及拖动是一门理论性很强的专业基础课，涉及的基础理论和实际知识面广，需要电磁学、动力学、热力学等学科知识的综合运用。与其它基础课不同的是电机是一个具体的工业设备，受各种条件的制约，因此本课又具有专业课的性质，在用理论分析电机及拖动的实际问题时，必须结合电机的具体结构，采用工程观点和分析方法。掌握基本理论的同时，还要注意培养实验操作技能和计算方法。,课程任务：本课程的任务是让大家在了解电机结构和工作原理的基础上，掌握电机的分析计算、电机选择、运行及实验方法，培养在电机及电力拖动方面分析和解决问题的能力，为今后学习和工作打下坚实的基础。,为了学好本门课程，应该注意以下几

3、点： 1.抓主要矛盾，有条件地略去一些次要因素； 2.抓住重点，牢固掌握基本概念、基本原理和主要特性； 3.要有良好的学习方法，运用对比或比较的方法，分析电机的共性和特点，加深对原理和性能的理解； 4.理论联系实际，重视科学实验和工程实践； 5.充分预习和复习。,电机发展简史,1.初期发展时期： 1820年奥斯特发现了电磁力，直流电动机 1831年法拉第发现了电磁感应定律，直流发电机 1871年凡麦尔准发明了交流电动机 2.近代发展时期 1920年用于家用电器的单相交流电机诞生，各种主要电机成型设计，开始了电动机的近代发展时期。,电机的主要作用,电机是能量转换装置，是利用电磁感应原理工作的机械

4、，是实现电能的生产、变换、传输、分配、使用和控制的电磁机械装置。 按照功能对电机进行分类可分为：发电机、电动机、变压器和控制电机四大类； 按电机结构或旋转静止可分为：变压器和旋转电机。,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,同步电机,同步发电机,同步电动机,异步电机,异步发电机,异步电动机,电机分类,自动控制系统中的执行元件、检测元件,旋转电机,动力类,直线电机,电力变压器,特殊变压器,电机拖动系统是用电动机来拖动机械运行的系统。包括：电动机、传动机构、生产机械、控制设备和电源五个部分。,电动机,传动机构,生产负载,控制设备,电源,电机拖动的分类,电机拖动的分类,

5、电机拖动,具有良好的起、制动性能，平滑调速。,国内外电力拖动研究的中心。逐渐取代直流拖动,交流电机拖动,直流电机拖动,电能生产传输过程,电能的生产、传输和分配,直流输电系统,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,电能驱动生产机械和装备,控制系统和智能化装置的重要元件,研究对象,1.电路：电路主要指电枢绕组部分，它的形式和连接方法影响电势的数量和质量。绕组带上负载对磁场的影响是研究电机的核心问题； 2.磁路：此外电机中磁路分析的准确性直接影响电路的计算，在磁路不饱和时电路参数为常数，磁路饱和时与磁路有关的电路参数是非线性的； 3.机械

6、特性：在电机能量转换过程中涉及电磁力矩及相应的转速问题，二者关系nf(T)为电机的机械特性； 4.损耗：在能量转换中存在各种损耗，主要有铜损和铁损。,第一章 电磁理论基础知识,直流和交流电路分析原理 磁路定律 电磁关系 电、磁和力的关系 力学定律 能量转换和守恒定律 材料的特性,1.电路分析和磁路定律,交、直流电路分析,欧姆定律：,基尔霍夫定律,电磁关系,磁路欧姆定律,磁路基尔霍夫定律,从物理学可知：磁场强度 与磁感应强度 及磁导率 的关系为 工程上，常将磁感应强度B表示为单位面积的磁通量，称为磁通密度，简称磁密。 磁力线总是闭合的，这一现象称为磁通连续性。事实上，由于漏磁通的存在，磁路中各截

7、面的磁通量并不相等，而且各段铁芯的饱和程度不同，其相应的磁导率也不相同。,磁路基本概念,真空的磁导率：,相对磁导率：,磁路欧姆定律： 铁磁材料的 不为常数。 磁路的基尔霍夫第一定律： 说明磁通是连续的。 磁路的基尔霍夫第二定律：,（定律公式与前面是一致的）,磁路与电路的类比与区别,磁路 电路 磁动势F 电动势E 物理量 磁压降Um 电压U 磁阻Rm 电阻R 磁导 电导G 基本定律 欧姆定律 F Rm IE R 基尔霍夫第一定律 0 I0 基尔霍夫第二定律 NIRm U0,3.电磁关系,电磁感应定律 全电流定律： 右手螺旋定则,4. 电、磁和力的关系,导体在磁场中运动产生电势.,载流导体在磁场中

8、受到的电磁力。,5.力学定律,直线运动和旋转运动的动力学定律,力和力矩的关系：,旋转运动：,输入能量输出能量损耗,6.能量守恒,铁磁物质包括铁、镍、钴等以及它们的合金。将这些材料放入磁场中，磁场会显著增强。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（图示1-8）。,7.铁磁材料及其特性,铁磁材料的磁化,磁化曲线和磁滞回线 1.起始磁化曲线,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（图示）。,分析：起始磁化曲线基本上可分为四段 磁化曲线开始拐弯的b点，称为膝点或饱和点,2. 磁滞回线,Br称为剩余磁感应

9、强度，简称剩磁（密度）； Hc称为矫顽力，,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，叫做磁滞。 呈现磁滞现象的B-H闭合回线，称为磁滞回线。,3. 基本磁化曲线,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。（图示） 基本磁化曲线与起始磁化曲线的差别很小,三、铁磁材料,磁滞回线窄，剩磁和矫 顽力都小的材料，称为软磁材料，常用的软磁材料有电工硅钢片、铸铁、 铸钢等。软磁材料磁导率较高。如图1-13a示。,碰滞回线宽，剩磁Br和矫顽力Hc都大的铁磁材料称为硬磁材料，如图1-13b所示。由于剩磁大，可用

10、以制成永久磁铁，因而硬磁材料亦称为永磁材料，如铝镍钻、铁氧体、稀土钴、钕铁硼等。,1.软磁材料,2.硬磁材料,四、铁芯损耗 1.磁滞损耗,铁磁材料置于交变磁场中，材料被反复交变磁化，磁畴相互不停地摩擦而消耗能量，并以产生热量的形式表现出来，造成的损耗称为磁滞损耗。,工程上可写为：,为磁滞损耗系数,2.涡流损耗,当通过铁心的磁通随时间变化时，铁心中将产生感应电动势，并引起环流。这 些环流在铁心内部作旋涡状流动，称为涡流，涡流在铁心中引起的损耗，称为涡流损耗。（图示）,分析可得：,为涡流损耗系数,磁路与电路区别,（1）电路中有电流，就有功率损耗； 而直流磁路中，维持一定的磁通量，铁心中没有功率损耗

11、。 （2）在电路中电流全部在导线中流动，导线外没有电流； 在磁路中，没有绝对的磁绝缘体，除了铁心中，总有一部分漏磁通散布在周围空气中。 （3）电阻率在一定温度下是不变的； 磁阻率不是常数，是磁通密度的函数。 （4）对线性电路，计算时可以用叠加定理； 铁心磁路，饱和时磁路是非线性，不能用叠加定理。,交流磁路的特点,1. 交流磁路中，激磁电流是交流，因此磁路中的磁动势及其所激励的磁通均随时间而交变，但每一瞬时仍和直流磁路一样，遵循磁路的基本定律。 2.就瞬时值而言，通常情况下，可以使用相同的基本磁化曲线。 3.磁通量和磁通密度均用交流的幅值表示。,1.磁通量随时间交变，必然会在激磁线圈内产生感应电动势； 2.磁饱和现象会导致电流、磁通和电动势波形的畸变。,特点,交变磁通的两个效应,电磁转矩是怎样产生的？它在机电能量转换过程中起着什么作用？,答：电机中电磁转矩是由载流导体在磁场中受力而产生的，在机电能量转换中是机械能和电能转换的完成者。,一铁环的平均半径为0.3米，铁环的横截面积为一直径等于0.05米的圆形，在铁环上绕有线