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电机学孙克军主编绪论0.1电机在国民经济中的作用电能在国民经济中占有非常重要的作用,可以说,在现社会没有电能,各行各业就处于瘫痪状态。而电机是生产、传输、分配、和应用电能的主要设备。1)电能的生产:各种发电厂均离不开发电机,如:水力发电,火力发电,核能发电,风力发电等。2)电能的传输、分配:为了将发出的电能输送到用电中心,就必须要用电变压器进行升压,同时完成电脑的分配,到达用电中心后,必须要降压才能使用。3)在应用方面;●在厂矿(机械、冶金、煤炭、化工、石油等)广泛使用电动机作为各种(机床、吊车、运料、风机、水泵、纺织、造纸)动力设备,一个现河北科技大学电气工程学院代化工厂需要上万台电机,若没有这些电机,单靠人力作为动力将是一事无成的。●在农业方面,排灌、脱粒、粉碎、农业机械等都离不开电机。●在军事方面:雷达、战车、航天、军舰、导弹也需要大量的电机和检测元件、执行元件等。●在文教、医疗方面:多媒体、文艺演出、体育、x射线机、各种医疗设备也离不开电机。●在人们生活中:冰箱、风扇、洗衣机、电脑、录音机等也离不开电机。可见没有电机,就没有电能;没有电能,社会就没有发展。河北科技大学电气工程学院02、电机的定义及分类1)定义:是指依据电磁感应定律实现电能的转换或传递的一种电磁装置。2)分类:按运动方式分类静止电机-----------------变压器电机直流电机旋转电机交流电机异步电机同步电机{{{{发电机电动机发电机电动机发电机电动机{{河北科技大学电气工程学院03电机学的性质及学习方法(1)性质:专业基础课(2)本门课学习方法:电机学中既有理论问题,又有实际问题,既有分析又有计算,既有电路问题,又有磁路问题,而且类型较多,因此既要注意他们之间的共性问题,找到他们之间的内在联系,又要注意个性问题。1)分析和研究电机的一般步骤●分析电机在空载和负载时内部的物理变化情况。●列出电动势、磁动势、功率和转矩平衡方程式。●求解基本方程,进而分析各种运行性能。河北科技大学电气工程学院2)分析和研究电机内部磁场和基本方程的一般方法●不计饱和时,采用叠加原理对磁动势、磁场、电动势进行分析;考虑饱和时,对磁动势、磁场、电动势的分析则应分开计算。●用等效电路来表示电机时,需采用归算法(对变压器需进行绕组归算,对电机需进行绕组归算和频率归算)。●对交流电机分析时,常采用等效电路和相量图。●分析交流电机不对称运行时,常采用双旋转磁场理论和对称分量法。●分析凸极电机时,常采用双反应理论。河北科技大学电气工程学院第一章磁路§1.1磁路的基本知识一、磁场1、磁场和磁力线两个互不接触的磁体靠近时,在它们之间会发生吸引或排斥,这种作用力存在的空间称为磁场。磁场可用磁力线来表示,如右图。磁力线特点如下:•在磁体外部总是由N极指向S极,而在内部则相反。•磁力线上任意一点的方向就是小磁针N极的方向。•磁力线疏密的程度反映了磁场的强弱。河北科技大学电气工程学院•磁铁的N极与S极总是成对出现。•磁力线均匀分布且相互平行的区域称为匀强磁场,反之称为非匀强磁场。如右图。2、通电直导线产生的磁场电流与磁场的方向可用右手螺旋定则来判断。如右图。3、通电螺旋管产生的磁场电流与磁场的方向可用右手螺旋定则来判断。如右图。河北科技大学电气工程学院二、磁路常用的物理量1、磁通通过与磁场方向垂直的某一面积的磁力线的总数称为磁通量,简称磁通。用Φ表示,单位Wb。2、磁路磁力线所经过的路径称为磁路。●主磁路-----对我们有用的磁力线所经过的回路称~。●漏磁路-----对我们无用的磁力线所经过的回路称~。3、磁感应强度又称磁通密度,是用来表示磁场中各点强弱和方向的物理量,用B表示,单位:T。在匀强磁场中:AB河北科技大学电气工程学院4、磁导率磁场中磁感应强度B的大小不但与电流的大小与线圈的形状有关,还与磁场中的介质的性质有关,磁导率就是用来描述介质导磁性能的物理量,用μ表示,单位:H/m。真空中的磁导率为一个常数,用μ0表示,μ0=4π×10-7H/m.一般把某一介质的磁导率用相对磁导率μr来表示,即该介质的磁导率μ与真空中的磁导率μ0的比值。5、磁场强度磁感应强度的大小与介质的性质有关,这就是磁场的计算变得复杂,为此引入了磁场强度这一物理量。它只与电流的大小和通电导体的形状有关。0rBH河北科技大学电气工程学院§1.2常用铁磁材料及其特性1.2.1铁磁物质的磁化曲线(1)铁磁物质的磁化在外磁场的作用下,磁畴顺着外磁场方向转向,排列整齐,显示出磁性。河北科技大学电气工程学院(2)初始磁化曲线将一块未磁化的铁磁材料进行磁化,当磁场强度H由零逐渐增加时,磁通密度B将随之增加。用B=f(H)描述的曲线就称为初始磁化曲线。河北科技大学电气工程学院可分为四段:1)起始段:oa段:2)线性段:ab段:3)饱和段:bc段:4)高度饱和段:cd段:磁化曲线的拐点(b点)称为“膝点”(3)磁滞回线剩磁——当H从零增加到Hm时,B相应地从零增加到Bm;然后再逐渐减小H,B值将沿曲线ab下降。当H=0时,B值并不等于零,而是Br。这就是剩磁。磁滞回线——当H在Hm和-Hm之间反复变化时,呈现磁滞现象的B-H闭合曲线,称为磁滞回线。河北科技大学电气工程学院(4)基本磁化曲线对同一铁磁材料,选择不同的Hm反复磁化,得到不同的磁滞回线。将各条回线的顶点连接起来,所得曲线称为基本磁化曲线。河北科技大学电气工程学院1.2.2铁磁材料的损耗主要包括磁滞损耗和涡流损耗(1)磁滞损耗铁磁材料被交流磁场反复磁化,磁畴相互摩擦而消耗的能量。河北科技大学电气工程学院nhhmpCfBV(2)涡流损耗铁心内部由于涡流在铁心电阻上产生的热能损耗。222eempCfBV△(3)铁心损耗——磁滞损耗和涡流损耗之和。1.32FeFempCfBG河北科技大学电气工程学院1.2.3铁磁材料的分类(1)软磁材料适用于制造变压器,电机,电器等。如:铸钢,硅钢片,坡莫合金(2)硬磁材料适用于制造永久磁铁如:镍钴合金,铁氧体,钨钢,钕铁硼等。河北科技大学电气工程学院§1.3磁路的基本定律1.3.1、全电流定律(安培环路定律)沿任何一条闭合回线L,磁场强度H的线积分等于该闭合回线所包围的电流的代数和如果在均匀磁场中,沿着回线L磁场强度H处处相等,则NiHL1.3.2磁路的欧姆定律作用在磁路上的磁动势F等于磁路内的磁通量Φ乘以磁阻RmLilHd河北科技大学电气信息学院FRm证明如下:磁通量Φ等于磁通密度乘以面积,即BAABd磁场强度等于磁通密度除以磁导率/BH于是//()NiHllBlAm/()FRRmlA河北科技大学电气工程学院1.3.3磁路的基尔霍夫第一定律(电流定律)根据磁通的连续性可得:03210或河北科技大学电气工程学院1.3.4磁路的基尔霍夫第二定律(电压定律)3kkk111221m12m2mFNiHlHlHlHRRR河北科技大学电气工程学院1.3.5电磁感应定律(1)电磁感应现象大家知道,导体通电时能产生磁场,这就是电流的磁效应。相反导体在磁场中运动而切割磁力线时,也会产生电动势,这种现象就成为电磁感应。(2)直导体的感应电动势1)感应电动势的大小当直导体在匀强磁场中垂直切割磁力线时:当直导体在匀强磁场中成某一角度切割磁力线时:如右图:BlvesinBlve河北科技大学电气工程学院2)感应电动势的方向可用右手定则判定,如右图。(3)线圈中的感应电动势当一个线圈放在磁场中,无论什么原因,只要二者发生相对变化,在线圈中就会产生感应电动势。1)大小2)方向若电动势的参考方向与磁通的方向符合右手螺旋定则,则上式为:dtdNedtdNe河北科技大学电气工程学院1.3.6电磁力定律(1)电磁力定律将一通电导体放在均匀磁场中,该导体就会产生力。1)大小导体与磁场垂直时:导体与磁场有夹角时:2)方向用左手定则判定BliFsinBliF河北科技大学电气工程学院§1.4磁路的计算1.4.1磁路计算的方法步骤(1)磁路计算正问题——给定磁通量Φ和尺寸,计算所需的励磁磁动势F。(2)磁路计算逆问题——给定励磁磁势F和尺寸,计算磁路内的磁通量Φ。磁路计算正问题的步骤:1)将磁路按材料性质和不同截面尺寸分段;2)计算各段磁路的有效截面积Ak和平均长度lk;3)计算各段磁路的平均磁通密度Bk,Bk=Φk/Ak;4)根据Bk求出对应的Hk;5)计算各段磁位降Hklk,6)求出F=∑Hklk。7)根据F=NI,若N已知,即可求出励磁电流I。磁路计算逆问题——因为磁路为非线性的,用试探法。河北科技大学电气工程学院1.4.2磁路计算实例[例1-4]铁心由硅钢片和空气隙构成,铁芯材料为DR530,铁芯宽度a=0.02m,厚度b=0.03m,磁路平均长度lFe=0.4m,气隙长度δ=0.0005m,线圈匝数N=400匝,试求产生磁通Φ=6.6×10-4Wb时所需的励磁磁动势F和励磁电流I。河北科技大学电气工程学院解:(1)将磁路分成铁芯和气隙两部分(2)计算各段磁路的截面积铁芯部分:AFe=a×b=6×10-4m2气隙部分:Aδ=(a+δ)×(b+δ)=6.2525×10-4m2(3)计算各段的磁密:铁心内磁通密度为气隙的磁密为(4)确定各段的磁场强度HT1.1106106.644FeFeAB查DR530磁化曲线查得:与BFe=1.1T对应的HFe=450A/m58.4045100.0005420.225AHl(5)计算各段的磁压降铁心段的磁位降:气隙段的磁压降A1804.0450FeFelH河北科技大学电气工程学院446.6101.0556T6.252510BA5701.05568.404510A/m410BH气隙部分的磁场强度(6)总磁势为F=HFelFe+Hδlδ=600.225A(7)励磁电流为ANFI5.1400225.600河北科技大学电气工程学院第一章结束
本文标题:绪论及第一章磁路.
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