电机学-华中科大课件.ppt
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Y.Q.Xiong2006-3电机学第1章导论电机学电机学ElectricMachinery华中科技大学华中科技大学电气与电子工程学院电气与电子工程学院熊永前熊永前2006.3(第(第1章导论)章导论)Y.Q.Xiong2006-3电机学第1章导论第第11章导论章导论电机中的基本电磁定律电机中的基本电磁定律电机的基本概念电机的基本概念电机的分类电机的分类电机中使用的材料电机中使用的材料涡流与涡流损耗涡流与涡流损耗铁耗铁耗铁磁材料特性铁磁材料特性铁磁材料的磁导率铁磁材料的磁导率磁滞与磁滞损耗磁滞与磁滞损耗磁化曲线磁化曲线全电流定律全电流定律电磁感应定律电磁感应定律电磁力定律电磁力定律磁路基本定律及其计算方法磁路基本定律及其计算方法磁路基本定律磁路基本定律自感和互感自感和互感磁路计算方法磁路计算方法概述概述Y.Q.Xiong2006-3电机学第1章导论31.1概述概述一、电机的基本概念一、电机的基本概念电机电机是依据是依据电磁感应定律电磁感应定律和和电磁力定律电磁力定律,由,由电路电路和和磁路磁路构成的能实现机电能量转换或信号传递与构成的能实现机电能量转换或信号传递与转换的装置。
转换的装置。
e=Blvf=Bli机械能机械能电电能能电路电路磁路磁路Y.Q.Xiong2006-3电机学第1章导论4二、电机的分类二、电机的分类按运动方式分类按运动方式分类按功能分类按功能分类电机电机电机电机Y.Q.Xiong2006-3电机学第1章导论5三、电机中使用的材料三、电机中使用的材料导电材料:
铜线。
构成电路。
导电材料:
铜线。
构成电路。
导磁材料:
硅钢片。
构成磁路。
导磁材料:
硅钢片。
构成磁路。
结构材料:
铸铁、铸钢和钢板。
承受力。
结构材料:
铸铁、铸钢和钢板。
承受力。
绝缘材料:
聚酯漆、环氧树脂、玻璃丝带等。
绝缘材料:
聚酯漆、环氧树脂、玻璃丝带等。
用于导体之间和各类构件之间的绝缘处理。
电用于导体之间和各类构件之间的绝缘处理。
电机常用绝缘材料按性能划分为机常用绝缘材料按性能划分为A、E、B、F、H、C等等6个等级。
如个等级。
如B级绝缘材料可在级绝缘材料可在130下长期使用,超过下长期使用,超过130则很快老化,但则很快老化,但H级绝缘材料允许在级绝缘材料允许在180下长期使用。
下长期使用。
Y.Q.Xiong2006-3电机学第1章导论61.2铁磁材料特性铁磁材料特性一、铁磁材料的磁导率一、铁磁材料的磁导率磁导率的定义磁导率的定义=B/H非铁磁材料的磁导率非铁磁材料的磁导率0=410-7H/m为常为常数数铁磁材料的磁导率铁磁材料的磁导率FeFe0Fe为非常数,随为非常数,随B的变化而变化的变化而变化存在存在磁饱和现象磁饱和现象:
当铁磁材料中的:
当铁磁材料中的B达到一定的达到一定的程度后,随着程度后,随着H的增加,的增加,B的增加逐渐变慢,的增加逐渐变慢,因此因此Fe随着随着H的增加而减小。
的增加而减小。
Y.Q.Xiong2006-3电机学第1章导论7二、磁化曲线二、磁化曲线在外磁场在外磁场H作用下,磁感应强度作用下,磁感应强度B将发生变化将发生变化,二者之间的关系曲线称为磁化曲线,记为,二者之间的关系曲线称为磁化曲线,记为B=f(H)。
Y.Q.Xiong2006-3电机学第1章导论8三、磁滞与磁滞损耗三、磁滞与磁滞损耗磁滞概念磁滞概念剩磁剩磁矫顽力矫顽力磁滞回线磁滞回线不同铁磁材料有不同铁磁材料有不同的磁滞回线不同的磁滞回线,且同一铁磁材,且同一铁磁材料,料,Bm愈大,愈大,磁滞回线所包围磁滞回线所包围的面积也愈大。
的面积也愈大。
Y.Q.Xiong2006-3电机学第1章导论9软磁材料软磁材料:
磁滞回:
磁滞回线很窄。
硅钢片、线很窄。
硅钢片、铸铁、铸钢等等。
铸铁、铸钢等等。
硬磁材料硬磁材料:
磁滞回:
磁滞回线很宽,或叫线很宽,或叫永磁永磁材料材料。
铁氧体、稀。
铁氧体、稀土钴、钕铁硼等。
土钴、钕铁硼等。
基本磁化曲线基本磁化曲线Y.Q.Xiong2006-3电机学第1章导论10磁滞损耗磁滞损耗:
铁磁材料在交变磁场作用下的反复磁:
铁磁材料在交变磁场作用下的反复磁化过程中,磁畴会不停转动,相互之间会不断摩化过程中,磁畴会不停转动,相互之间会不断摩擦,因而就要消耗一定的能量,产生功率损耗。
擦,因而就要消耗一定的能量,产生功率损耗。
这种损耗称为磁滞损耗。
这种损耗称为磁滞损耗。
磁滞损耗的大小与磁滞回线的面积、电流频率磁滞损耗的大小与磁滞回线的面积、电流频率f和铁心体积和铁心体积V成正比。
成正比。
由于硅钢片的磁滞回线面积很小,而且导磁性能由于硅钢片的磁滞回线面积很小,而且导磁性能好。
因此,大多数电机、变压器或普通电器的铁好。
因此,大多数电机、变压器或普通电器的铁心都采用硅钢片制成。
心都采用硅钢片制成。
Y.Q.Xiong2006-3电机学第1章导论11四、涡流与涡流损耗四、涡流与涡流损耗涡流:
涡流:
铁磁材料在交变磁场将铁磁材料在交变磁场将有围绕磁通呈涡旋状的感应电有围绕磁通呈涡旋状的感应电动势和电流产生,简称涡流。
动势和电流产生,简称涡流。
涡流损耗:
涡流损耗:
涡流在其流通路径涡流在其流通路径上的等效电阻中产生的上的等效电阻中产生的I2R损损耗称为涡流损耗。
耗称为涡流损耗。
涡流损耗与磁场交变频率涡流损耗与磁场交变频率f、厚度厚度d和最大磁感应强度和最大磁感应强度Bm的的平方成正比,与材料的电阻率平方成正比,与材料的电阻率成反比。
成反比。
要减少涡流损耗,首先应减小要减少涡流损耗,首先应减小厚度,其次是增加涡流回路中厚度,其次是增加涡流回路中的电阻。
电工钢片中加入适量的电阻。
电工钢片中加入适量的硅,制成硅钢片,显著提高的硅,制成硅钢片,显著提高电阻率。
电阻率。
Y.Q.Xiong2006-3电机学第1章导论12五、铁耗五、铁耗铁耗:
铁耗:
铁磁材料在交变磁场作用时,磁滞损耗和铁磁材料在交变磁场作用时,磁滞损耗和涡流损耗是同时发生的。
因此,在电机和变压器涡流损耗是同时发生的。
因此,在电机和变压器的计算中,当铁心内的磁场为交变磁场时,常将的计算中,当铁心内的磁场为交变磁场时,常将磁滞损耗和涡流损耗合在一起来计算,并统称为磁滞损耗和涡流损耗合在一起来计算,并统称为铁心损耗,简称铁耗。
铁心损耗,简称铁耗。
铁耗铁耗pFefBm2。
其中。
其中12,与材料性与材料性质有关。
质有关。
Y.Q.Xiong2006-3电机学第1章导论131.3电机中的基本电磁定律电机中的基本电磁定律一、全电流定律一、全电流定律全电流定律(安全电流定律(安培环路定律):
培环路定律):
磁场强度沿任意磁场强度沿任意的闭合路径的线的闭合路径的线积分等于闭合路积分等于闭合路径包围的导体电径包围的导体电流的代数和。
流的代数和。
电流是产生磁场电流是产生磁场的源。
的源。
321IIIldHldllY.Q.Xiong2006-3电机学第1章导论14二、电磁感应定律二、电磁感应定律只要与线圈交链的磁链只要与线圈交链的磁链发生了变化,线圈内发生了变化,线圈内就会感应出电动势。
就会感应出电动势。
感应电动势倾向于在线感应电动势倾向于在线圈内产生电流,以阻止圈内产生电流,以阻止的变化。
的变化。
当电动势的正方向与磁当电动势的正方向与磁通方向符合右手螺旋法通方向符合右手螺旋法则,则则,则dtdNdtdeY.Q.Xiong2006-3电机学第1章导论15三、电磁力定律三、电磁力定律磁场对电流的作用是磁场的基本特征之一。
对于磁场对电流的作用是磁场的基本特征之一。
对于长直载流导体,若磁场与之垂直,则计算电磁力长直载流导体,若磁场与之垂直,则计算电磁力大小的公式为大小的公式为F=Bli。
这就是通常所说的电磁。
这就是通常所说的电磁力定律,也叫毕奥力定律,也叫毕奥-萨伐电磁力定律。
式中电磁萨伐电磁力定律。
式中电磁力力F、磁场、磁场B和载流导体和载流导体l的关系由左手定则的关系由左手定则确定。
普通电机中,确定。
普通电机中,l通常沿轴线方向,而通常沿轴线方向,而B沿沿径向方向。
径向方向。
Y.Q.Xiong2006-3电机学第1章导论161.4磁路基本定律及其计算方法磁路基本定律及其计算方法一、磁路基本定律一、磁路基本定律磁路:
磁路:
与电路相仿,将磁通比拟为电流,则磁路是磁与电路相仿,将磁通比拟为电流,则磁路是磁通行经的路径。
通行经的路径。
磁动势F=Ni磁阻Rm=l/(A)l为磁路的长度A为铁心截面积磁导m=1/Rm磁路欧姆定律:
=F/Rm铁磁材料的磁阻随饱和程度的提高而增加铁磁材料的磁阻随饱和程度的提高而增加Y.Q.Xiong2006-3电机学第1章导论17磁路基尔霍夫第一定律磁路基尔霍夫第一定律=0图示的有分支磁路:
1+2=3进入或穿出任一封闭面的总磁通量的代数和等于零,或穿入任一封闭面的磁通量恒等于穿出该封闭面的磁通量。
Y.Q.Xiong2006-3电机学第1章导论18磁路基氏第二定律磁路基氏第二定律任一闭合磁路上磁动势的代数和恒等于磁压降的代数和。
回路:
H1l1+H3l3=N1i1回路:
-H2l2-H3l3=-N2i2回路:
H1l1-H2l2=N1i1-N2i2F=Ni=Hl=RmY.Q.Xiong2006-3电机学第1章导论19磁路与电路的比较磁路磁路电路电路磁通磁通电流电流i磁动势磁动势F电动势电动势e磁阻磁阻Rm电阻电阻R磁压降磁压降Hl电压降电压降u磁导磁导m电导电导G欧姆定律欧姆定律=F/Rm欧姆定律欧姆定律i=u/R基氏第一定律基氏第一定律=0基氏第一定律基氏第一定律i=0基氏第二定律基氏第二定律F=Hl=R基氏第二定律基氏第二定律e=u=iRY.Q.Xiong2006-3电机学第1章导论20二、磁路计算方法二、磁路计算方法给定磁通给定磁通求磁动势求磁动势F。
给定磁动势给定磁动势F求磁通求磁通。
电机和变压器设计中的磁路计算通常属于第一种电机和变压器设计中的磁路计算通常属于第一种类型的问题。
对于第二种类型的问题,一般要用类型的问题。
对于第二种类型的问题,一般要用迭代法确定,编程由计算机完成。
磁路欧姆定律迭代法确定,编程由计算机完成。
磁路欧姆定律Y.Q.Xiong2006-3电机学第1章导论21三、自感和互感三、自感和互感自感自感自感的大小与匝数的平方和自感的大小与匝数的平方和磁路的磁导成正比;磁路的磁导成正比;铁心线圈的自感要比空心线铁心线圈的自感要比空心线圈的大得多;圈的大得多;铁心线圈的电感不是常数,铁心线圈的电感不是常数,当磁路饱和程度增加时,自当磁路饱和程度增加时,自感下降。
感下降。
m2mm)()(NiNiNiFNiNiLN线圈匝数m自感磁通所经磁路的磁导Y.Q.Xiong2006-3电机学第1章导论22互感互感m211m1121m121212121)()(NNiiNNiFNiNiMN1-线圈1的匝数N2-线圈2的匝数m-互感磁通所经磁路的磁导互感的大小与两线圈匝数互感的大小与两线圈匝数的乘积和互感磁通所经磁的乘积和互感磁通所经磁路的磁导成正比。
路的磁导成正比。
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