完整电机学课件

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,电机学 第一章 导论,*,电机学课程的特点, 综合性, 实际性, 统一性,12/1/2024,1,电机学 第一章 导论, 电机学课程的特点 综合性7/31/20231电机学,电机学的基本分析方法,方程式、相量图和等效电路的分析方法,归算算法 ,标么制,凸极处理法,凸极,隐极,对称分量法,不对称,实验分析法,实验,12/1/2024,2,电机学 第一章 导论, 电机学的基本分析方法方程式、相量图和等效电路的分析方法7,怎样学好电机学,认真听课,精读教材,熟练掌握基本电磁规律,掌握各物理量及其参数之间的关系,物理意义、适用范围、主要因素、公式,习题和实验是学好电机学的重要保证,（重要的30）,实验台,12/1/2024,3,电机学 第一章 导论, 怎样学好电机学认真听课实验台7/31/20233电机学,参考教材,电机学 辜承林 华中科技大学出版社,电机学第三版 许实章 机械工业出版社,电机学 汤蕴璆 机械工业出版社,电机学 胡虔生 中国电力出版社,12/1/2024,4,电机学 第一章 导论, 参考教材电机学 辜承林,课程要求,认真听课,独立完成作业,12/1/2024,5,电机学 第一章 导论, 课程要求认真听课7/31/20235电机学 第一章,第一章 导论,1.1 概述,1.2 电机发展简史,1.3 电机中的基本电磁定律,1.4 铁磁材料特性,1.5 磁路基本定律及计算方法,12/1/2024,6,电机学 第一章 导论,第一章 导论1.1 概述7/31/20236电机学,1.1 概述一、电机的定义,广义：,实施电能生产、传输、使用和电能特性变换的机械和装置。,狭义：,电机是基于电磁感应定律、电磁力定律（能进行电磁感应），由,电路和磁路,所构成，能进行,机电能量转换或信号变换,的电磁机械装置。,12/1/2024,7,电机学 第一章 导论,1.1 概述一、电机的定义广义：7/31/20237电,二、电机的主要类型,据速度、电流分,电机,静止的电气设备变压器,旋转电机,交流电机,直流电机,直流发电机,直流电动机,同步电机,异步电机,同步发电机,同步电动机,异步电动机,异步发电机,12/1/2024,8,电机学 第一章 导论,二、电机的主要类型据速度、电流分电机静止的电气设备变压,据能量转换分,发电机将机械功率转换为电功率,电动机将电功率转换为机械功率,变压（流、频、相位）器将电功率转换为另一种形式的电功率,控制电机电气机械系统中调节、放大和控制作用,12/1/2024,9,电机学 第一章 导论,据能量转换分发电机将机械功率转换为电功率 7/31/20,实物图,使用中的变压器,水轮发电机,电动机,汽轮发电机组,12/1/2024,10,电机学 第一章 导论,实物图使用中的变压器水轮发电机电动机汽轮发电机组7/31/2,三、电机中所用材料,电,电路导电材料及绝缘材料,导电材料：,紫铜、铝线,绝缘材料：,聚脂漆、云母片,按耐热能力高低分,六个等级,A105,E120,B130,F155,H180,C180,12/1/2024,11,电机学 第一章 导论,三、电机中所用材料电电路导电材料及绝缘材料7/31/2,2、磁磁路导磁材料,硅钢片,、铸钢等,导磁材料：铁磁材料,3、力结构材料铸钢、铸铁、钢板等,12/1/2024,12,电机学 第一章 导论,2、磁磁路导磁材料硅钢片、铸钢等7/31/202312,四、电机作用和地位,电能生产由同步发电机生产；,高压输电由升压变压器将发电机发出的电压升高到输电电压再输送；,降压用电由降压变压器将输来的高压电降为所需低电压，供给用电设备；,生产机械的拖动由各种电动机实现；,控制系统中的信号转换由各种控制电机完成。,12/1/2024,13,电机学 第一章 导论,四、电机作用和地位电能生产由同步发电机生产；7/31/2,我国老牌电机厂：,哈尔滨电机厂,上海电机厂,四川：,德阳 东方电机厂,12/1/2024,14,电机学 第一章 导论,我国老牌电机厂：7/31/202314电机学 第一章,12/1/2024,15,电机学 第一章 导论,7/31/202315电机学 第一章 导论,12/1/2024,16,电机学 第一章 导论,7/31/202316电机学 第一章 导论,12/1/2024,17,电机学 第一章 导论,7/31/202317电机学 第一章 导论,请观察电力系统示意图，找到系统中使用的电机？,12/1/2024,18,电机学 第一章 导论, 请观察电力系统示意图，找到系统中使用的电机？7/31/2,1.2 电机发展简史,1电机的发展初期,FBli1821年 Faraday,电磁感应定律的发现1831年 Faraday,直流发电机1831年 Pixii,1876年 单相交流电的应用远距离传输,1885年 交流电动机,1889年 三相制三相交流电的应用 三相电机,12/1/2024,19,1.2 电机发展简史1电机的发展初期7/31/2023,2电机的近代发展及趋势,单机容量不断增加,如汽轮发电机：,中小型电机技术与经济指标不断改进,新的设计方法（CAD）、工艺、材料、测试手段,应用范围扩大,12/1/2024,20,电机学 第一章 导论,2电机的近代发展及趋势单机容量不断增加7/31/20232,1.3 电机中磁路基本定律,1. 全电流定律安培环路定律,L,H,式中，若电流的正方向与闭合回线L的环行方向符合右手螺旋关系时，i取正号，否则取负号。,12/1/2024,21,电机学 第一章 导论,1.3 电机中磁路基本定律1. 全电流定律安培环路定律 L,l和l，两积分路径结果相同：,12/1/2024,22,电机学 第一章 导论,l和l，两积分路径结果相同：7/31/202322电机学,2. 电磁感应定律,闭合回路中的磁通量随时间发生变化，该线圈中必然有感应电势产生，称这种现象为电磁感应。,线圈中的感应电势将倾向于阻止线圈中磁链的变化。,12/1/2024,23,电机学 第一章 导论,2. 电磁感应定律闭合回路中的磁通量随时间发生变化，该线圈中,图1-2 电磁感应定律,正电动势产生正电流电流正方向,正电流产生正磁通 右手螺旋定则,12/1/2024,24,电机学 第一章 导论,图1-2 电磁感应定律正电动势产生正电流电流正方向7/3,磁通变化原因,在变压器和电机的绕组中，磁通的变化可以是磁通随时间脉动,或磁通不变，而线圈在转动。,对特种电机还可以是磁通随时间脉动，而线圈也在转动,12/1/2024,25,电机学 第一章 导论,磁通变化原因在变压器和电机的绕组中，磁通的变化可以是磁通随时,变压器电动势,磁通本身就是由交流电流所产生，也就是说,磁通本身随时间在变化着,，这样产生的电势称为变压器电势。（线圈与磁场相对静止）,磁通本身不随时间变化，但由于线圈与磁场间有,相对运动而引起,线圈中磁链的变化，这样产生的电势称为运动电势或速度电势,运动电动势,12/1/2024,26,电机学 第一章 导论,变压器电动势磁通本身就是由交流电流所产生，也就是说磁通本身,变压器电势,若线圈不动，穿过线圈的磁通随时间变化，则线圈中感应的电动势,变压器电势,感应电动势有效值：,12/1/2024,27,电机学 第一章 导论,变压器电势若线圈不动，穿过线圈的磁通随时间变化，则线圈中感应,电动势和磁通相位关系,12/1/2024,28,电机学 第一章 导论,电动势和磁通相位关系7/31/202328电机学 第一章,若磁场恒定，构成线圈的导体切割磁力线，使线圈交链的磁链随时间变化，导体中的感应电动势运动电动势。,运动电动势,感应电动势的方向_右手定则,12/1/2024,29,电机学 第一章 导论,若磁场恒定，构成线圈的导体切割磁力线，使线圈交链的磁链随时间,电磁力定律,载流导体在磁场中要受到力的作用电磁力。,左手定则,12/1/2024,30,电机学 第一章 导论,电磁力定律载流导体在磁场中要受到力的作用电磁力。7/31,电磁转矩,在旋转电机中，作用在转子载流导体上的电磁力将使转子受到一个力矩（等于力乘转子半径）电磁转矩。,匝数为N的线圈,12/1/2024,31,电机学 第一章 导论,电磁转矩 在旋转电机中，作用在转子载流导体上的电磁力将使转子,最大转矩,线圈两侧边处磁场大小恒相等、极性恒相反,线圈总个数M，转子直径D，B大小处处相等。电机最大可能电磁转矩,电磁转矩,12/1/2024,32,电机学 第一章 导论, 最大转矩线圈两侧边处磁场大小恒相等、极性恒相反线圈总个,电磁转矩是电机实现机电能量转换的重要物理量。,电动机：电磁转矩驱动性质,电能机械能,发电机：电磁转矩制动性质,机械能电能,P ：电磁功率（输入、输出）,：电机气隙磁场旋转角速度,功率关系求得电磁转矩,12/1/2024,33,电机学 第一章 导论,电磁转矩是电机实现机电能量转换的重要物理量。电动机：电磁转,1.4 铁磁材料特性,一、磁导率,=B/H,B：磁通密度、磁感应强度,H：磁场强度,电机主要由两大系统组成：电路系统和磁路系统。铁磁材料是组成磁路的主要部分。,所谓铁磁材料是指导磁性能好的材料，如：铁、镍、钴等以及它们的合金。,1、定义,12/1/2024,34,电机学 第一章 导论,1.4 铁磁材料特性一、磁导率=B/HB：磁通密度、磁感应,在同样大小的电流作用下，铁芯线圈的磁通比空心线圈的磁通大得多,非铁磁材料磁导率接近真空磁导率,0,0,=410,-7,H/m,铁磁材料的磁导率,Fe,要比非铁磁材料磁导率,0,大得多（,Fe,）,铁磁物质:铁、镍、铝及其合金,电机中常用的铁磁材料的磁导率,Fe,=(20006000),0,12/1/2024,35,电机学 第一章 导论,在同样大小的电流作用下，铁芯线圈的磁通比空心线圈的磁通大得多,考虑：为什么铁磁材料具有很高的导磁性能?,在铁磁物质未放入磁场之前，磁畴杂乱无章排列，其磁效应互相抵消，对外不呈现磁性。,将铁磁物放入磁场。在外磁场的作用下，磁畴的轴线趋于一致。形成一个,附加磁场,，叠加在外磁场上，使合成磁场大为增强。,铁磁材料的磁导率要比非铁磁材料大得多。,铁磁材料的磁导率,Fe,不是常数。,图1.5 铁磁材料中的磁畴,12/1/2024,36,电机学 第一章 导论, 考虑：为什么铁磁材料具有很高的导磁性能?在铁磁物质未放,2、磁化曲线,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，得到曲线B=f(H)。,12/1/2024,37,电机学 第一章 导论,2、磁化曲线磁化曲线定义：将一块尚未磁化的铁磁材料进行磁化，,分析磁化曲线，分四段,在oa段,：当H增大B增大，但B增大速度较慢,在ab段,：当H增大B增大，B增大速度快；,在bc段,：B随H增大的速度又较慢；,在cd段,：为磁饱和区（又呈直线段）。其中,拐弯点b称为膝,点,；,c点为饱和点,。,过了饱和点c,，铁磁材料的磁导率趋近,0,。,12/1/2024,38,电机学 第一章 导论,分析磁化曲线，分四段在oa段：当H增大B增大，但B增大速度,铁磁材料具有的特点,它的磁化曲线具有饱和性，磁导率,Fe,不是常数，且随H的变化而变化。,变化,总体非线性,存在饱和特性 H, ,12/1/2024,39,电机学 第一章 导论, 铁磁材料具有的特点它的磁化曲线具有饱和性，磁导率Fe不,B,H,图1-6 铁磁材料的磁化曲线（p16）,a,b,c,12/1/2024,40,电机学 第一章 导论,BH图1-6 铁磁材料的磁化曲线（p16）abc7/31/2, 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。,12/1/2024,41,电机学 第一章 导论, 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,二、磁滞与磁滞损耗1、磁滞回线,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B值从减小到零，必须加上相应的反向外磁场，此反向磁场强度称为矫顽力。,磁滞现象：B的变化总是滞后H的变化,磁滞回线：磁场强度H缓慢地循环变化，BH曲线封闭曲线,磁滞现象是铁磁材料的另一个特性。,12/1/2024,42,电机学 第一章 导论,二、磁滞与磁滞损耗1、磁滞回线剩磁:去掉外磁场之后，铁,图1-7 铁磁材料的磁滞回线,H,B,a,b,c,d,e,f,12/1/2024,43,电机学 第一章 导论,图1-7 铁磁材料的磁滞回线HBabcdef7/31/202,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。,H,B,12/1/2024,44,电机学 第一章 导论,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,2、铁磁材料,H,C,矫顽力,B,r,剩余磁感应强度,铁磁材料：,软磁材料-磁滞回线窄，,H,C,及B,r,小,硬磁材料-磁滞回线宽，,H,C,及B,r,大,H,C,及B,r,大，难退磁-永磁材料,B,r,H,C,B,m,12/1/2024,45,电机学 第一章 导论,2、铁磁材料HC矫顽力BrHCBm7/31/202345,软磁材料的磁滞曲线,H,B,B,H,硬磁材料的磁滞曲线,12/1/2024,46,电机学 第一章 导论,软磁材料的磁滞曲线HBBH硬磁材料的磁滞曲线7/31/202,3、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,。,12/1/2024,47,电机学 第一章 导论,3、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,全电流定律,电源供给线圈的瞬时功率,电磁感应定律,12/1/2024,48,电机学 第一章 导论,全电流定律电源供给线圈的瞬时功率电磁感应定律7/31/202,建立交变磁通、克服磁畴回转所需要的瞬时功率p,K,h,不同材料计算系数,试验确定的指数,经验公式：,12/1/2024,49,电机学 第一章 导论,建立交变磁通、克服磁畴回转所需要的瞬时功率pKh不同材料,4、涡流损耗,铁芯是有阻值的，当磁通交变时，铁芯中就会感应交变的电势，在导电的铁芯中就会产生环流，这种电流在铁芯构成的回路与磁通相环链，故称,涡流。,涡流产生的损耗称为,涡流损耗,。,k,w,与材料有关的比例系数,p,W,=K,2,f,2,d,2,B,m,2,V/12,V：钢片的体积 ：硅钢片的电阻率 d：硅钢片厚度,p,W,f,2,、,d,2,、,B,m,2,、1/,、V 加入,硅硅钢片增大,12/1/2024,50,电机学 第一章 导论,4、涡流损耗 铁芯是有阻值的，当磁通交变时，铁芯中就会感应,图1-10 硅钢片中的涡流,B,12/1/2024,51,电机学 第一章 导论,图1-10 硅钢片中的涡流B7/31/202351电机学, 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,。,12/1/2024,52,电机学 第一章 导论, 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,5、铁心损耗,铁芯中的磁滞损耗和涡流损耗之合称为铁芯损耗,对于一般的电工钢片，在正常的工作磁通密度范围内,12/1/2024,53,电机学 第一章 导论,5、铁心损耗铁芯中的磁滞损耗和涡流损耗之合称为铁芯损耗 对于,B增加,12/1/2024,54,电机学 第一章 导论,B增加7/31/202354电机学 第一章 导论, 注意,在恒定磁场中的静止导磁体内是不会引起能量损耗的。,铁芯损耗均转化为热能使铁芯温度升高，为防止电机过热，,采用硅钢片以减小铁芯损耗,，,采取散热降温措施,。,12/1/2024,55,电机学 第一章 导论, 注意在恒定磁场中的静止导磁体内是不会引起能量损耗的。7,1.5 磁路基本定律和磁路的计算,电,电路,导电材料（及绝缘材料）,紫铜、铝线（绝缘:按耐热能力高低分A、E、B、F、H、C六个等级）,磁磁路导磁材料硅钢片、铸钢等,力结构材料铸钢、铸铁、钢板等,12/1/2024,56,电机学 第一章 导论,1.5 磁路基本定律和磁路的计算电电路导电材料（及绝缘,磁路,磁通所通过的路径。,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。,12/1/2024,57,电机学 第一章 导论, 磁路 磁通所通过的路径。主磁通：由于铁心的导磁性,图 变压器的磁路,主磁通,漏磁通,12/1/2024,58,电机学 第一章 导论,图 变压器的磁路主磁通漏磁通7/31/202358电机学,一、磁路的欧姆定律,图1-12 单框铁心磁路,A,N,i,l,12/1/2024,59,电机学 第一章 导论,一、磁路的欧姆定律 图1-12 单框铁心磁路ANil,磁阻,磁导,12/1/2024,60,电机学 第一章 导论,磁阻磁导7/31/202360电机学 第一章 导论,与电路中的欧姆定律相似,模拟电路图,F,铁磁材料的磁导率不是一个常数，所以由铁磁材料构成的磁路，其,磁阻不是常数,，而是随着磁路中磁通密度的大小而变化，这种情况称为非线性。,12/1/2024,61,电机学 第一章 导论,与电路中的欧姆定律相似模拟电路图F铁磁材料的磁导率不是一个,二、磁路的基尔霍夫第一定律,定律内容: 穿出(或进入)任一闭和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。,12/1/2024,62,电机学 第一章 导论,二、磁路的基尔霍夫第一定律 定律内容: 穿出(或进入)任一闭,图1-13 无分支磁路示意图,A,N,i,中间铁心柱的线圈中通以电流，产生磁通，路径如图,12/1/2024,63,电机学 第一章 导论,图1-13 无分支磁路示意图ANi中间铁心柱的线圈中通以电流,三、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。,12/1/2024,64,电机学 第一章 导论,三、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,12/1/2024,65,电机学 第一章 导论,7/31/202365电机学 第一章 导论,精品课件,！,12/1/2024,66,精品课件！7/31/202366,精品课件,！,12/1/2024,67,精品课件！7/31/202367,磁路和电路的比拟仅是一种数学形式上的类似、而不是物理本质的相似。,12/1/2024,68,电机学 第一章 导论,磁路和电路的比拟仅是一种数学形式上的类似、而不是物理本质的相,