李发海电机与拖动基础第四版第一章

1、电机与拖动基础 李发海 王 岩 编著普通高等教育“十 五”国家级规划教材,第一章 绪论,1.1 课程性质 电能是使用最广泛的一种能源。 电机是电能与机械能相互转换的设备。把机械能 转换为电能的电机称为发电机。反之, 把电能转换 成机械能的电机称为电动机。 电动机拖动生产机械运转完成既定的工艺要求, 称为电力拖动。 在电力拖动控制系统还大量用到控制电机。,1.2 本课常用的物理概念和定律 1.2.1磁感应强度(磁通密度) B 磁感应强度是描述磁场强弱和方向的物理量。 人们用磁力线(磁感应线)来描绘磁场。图1.1为 直线电流,圆电流及螺线管电流产生的磁力线。,图1.1电流磁场中的磁力线,磁感应强度

2、 B 与产生它的电流之间的关系用毕 尔-萨伐尔定律描述,磁力线的方向与电流的方向满足 右手螺旋关系,如图1.2所示。,图1.2磁力线与电流的右手螺旋关系,1.2.2 磁通量(或磁通) 穿过截面磁力线的根数称为磁通量。 在均匀磁场中,如果S与B垂 直,如图1.3 所示。则： = BS 或 B= 的单位为韦伯(Wb), B 的单位为特斯拉(T)， 1T=1 Wb。 图1.3 均匀磁场中的磁通,1.2.3 磁场强度 H 导磁物质中的磁场用磁场强度H表示，它与磁密的 关系为： B = H 磁场强度的单位为安培/米(A/m)。为导磁物质的磁 导率，真空中的磁导率 =4 x H/m. 铁磁材料 的 1.2

3、.4 安培环路定律 在磁场中，沿任意一个闭合回路的磁场强度线积分 等于该回路所环链的所有电流代数和,即,为该电路所包围的全电流，故该定律称全电流定律。 实际计算中，常把磁路简化成几段，几何形状相同的为一 段，找出平均磁场强度再乘以该段磁路的平均长度，得磁 位差（磁通势）。将各段磁通势相加得总磁通势。即,式中： 为 k 段磁路的场强（A/m） 为 k 段磁路的平均长度（m） IN为整个磁路上的总磁通势（安匝） N为励磁线圈的匝数,1.2.5 铁磁材料的磁化特性 铁磁材料(如铁、镍、钴)的的磁导率 ，且还与磁场强度及物质磁化历史相关，因此铁磁材料的 不是一个常数。用试验方法测得的B-H 曲线如图1

4、.4所示。,图 1.4 铁磁材料的磁化特性 1 磁滞回线上升分支 2 平钧磁化特性 3磁滞回线下降分支,磁化曲线有如下特点: 非线性 饱和性 磁滞回线性 当磁滞回线较窄时,可用其平均值,即基本磁化曲线图1.4(a)中 曲线2来计算。图1.4(b) 是铁磁材料的基本磁化特性。 1.2.6 简单磁路的计算方法 图1.5 为一最简单的磁路。由场强为H、 长度为L的铁芯段和场强为 、长度为 气隙段组成。据安倍环路定律，有： 图1.5 简单磁路,根据各段磁路中的，求出B (B=/S), 再求出H (H=B/), 最后求出IN。 1.2.7 载流导体在磁场中的安培力 磁场对场中载流导体的作用力称为安培力

5、式中：df 为磁场对电流元得作用，B 为磁感应强度， d 为一小段导体 , i 为通电电流。 在均匀磁场中，若载流直导体与B 的方向垂直，则载流直导 体受力为,在电机学中，习惯上用左手定则确定 f 的 方向如图1.6 所示。,图 1.6 左手定则应用,1.2.8 电磁感应定律 1. 切割电动势 在均匀场中，当直导体L、磁感应强度B、 导体相对运动方向V 三者相互垂直时，导 体中的感应电动势为 在电机学中，习惯上用右手定则确定 电动 势 e 的方向。如图1.7 所示。,图 1.7 右手定则的应用,2. 变压器电动势 如图 1.8 所示,当变化时,线圈AX两端的感应电动势 e ,其大小 与线圈匝数及磁通的变化率成正比.方向由楞次定律决定.为了 写成数学表达式,先规定 e 的正方向,有以下两种方法.,图 1.8 磁通及磁感应电动势 （1）按左手螺旋关系规定e 与 的正方向 按