电机学完整版

2020年5月2日星期六《电机学》第一章导论1※电机学课程的特点①综合性②实际性③统一性2020年5月2日星期六《电机学》第一章导论2※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……2020年5月2日星期六《电机学》第一章导论3※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2020年5月2日星期六《电机学》第一章导论4※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2020年5月2日星期六《电机学》第一章导论5※课程要求1.认真听课2.独立完成作业2020年5月2日星期六《电机学》第一章导论6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2020年5月2日星期六《电机学》第一章导论71.1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。2020年5月2日星期六《电机学》第一章导论8二、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2020年5月2日星期六《电机学》第一章导论9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2020年5月2日星期六《电机学》第一章导论10实物图使用中的变压器水轮发电机电动机汽轮发电机组2020年5月2日星期六《电机学》第一章导论11三、电机中所用材料1.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A—105ºE—120ºB—130ºF—155ºH—180ºC180º2020年5月2日星期六《电机学》第一章导论122、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2020年5月2日星期六《电机学》第一章导论13四、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。2020年5月2日星期六《电机学》第一章导论14•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2020年5月2日星期六《电机学》第一章导论152020年5月2日星期六《电机学》第一章导论162020年5月2日星期六《电机学》第一章导论172020年5月2日星期六《电机学》第一章导论18请观察电力系统示意图，找到系统中使用的电机？2020年5月2日星期六《电机学》第一章导论191.2电机发展简史1．电机的发展初期F＝Bli——1821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2020年5月2日星期六《电机学》第一章导论202．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19005MVA1956水内冷208MVA192025MVA1960320MVA1937空气冷却100MVA目前1000MVA氢气冷却150MVA2020年5月2日星期六《电机学》第一章导论211.3电机中磁路基本定律1.全电流定律—安培环路定律IdlHLL1i2iHdl3i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。321iiidlHL2020年5月2日星期六《电机学》第一章导论22l和l’，两积分路径结果相同：2020年5月2日星期六《电机学》第一章导论232.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。dtdNdtdeN其中2020年5月2日星期六《电机学》第一章导论24图1-2电磁感应定律dtdNe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2020年5月2日星期六《电机学》第一章导论25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),(txfdxxdttdvTeexNvtNedtdNe2020年5月2日星期六《电机学》第一章导论26变压器电动势1.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）2.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vTeexNvtNe2020年5月2日星期六《电机学》第一章导论27①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tmsin)90sin(costEtNeemmTmmNEmmmmfNfNNEE44.4222感应电动势有效值：2020年5月2日星期六《电机学》第一章导论28电动势和磁通相位关系)90sin(costEtNeemmTtmsinmmmmfNfNNEE44.42222020年5月2日星期六《电机学》第一章导论29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。②运动电动势Blve感应电动势的方向_右手定则vTeexNvtNe2020年5月2日星期六《电机学》第一章导论30③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BliF2020年5月2日星期六《电机学》第一章导论31④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。BlirFrTs)(21BBNlirTc——匝数为N的线圈2020年5月2日星期六《电机学》第一章导论32最大转矩线圈两侧边处磁场大小恒相等、极性恒相反)(21BBNlirTc12BB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NBliDMTTMjcjem1电磁转矩2020年5月2日星期六《电机学》第一章导论33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PTemP：电磁功率（输入、输出）Ω：电机气隙磁场旋转角速度功率关系求得电磁转矩2020年5月2日星期六《电机学》第一章导论341.4铁磁材料特性一、磁导率μ=B/HB：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2020年5月2日星期六《电机学》第一章导论35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μ0μ0=4π×10-7H/m铁磁材料的磁导率μFe要比非铁磁材料磁导率μ0大得多（μFeμ）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μFe=(2000～6000)μ02020年5月2日星期六《电机学》第一章导论36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μFe不是常数。图1.5铁磁材料中的磁畴2020年5月2日星期六《电机学》第一章导论372、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)。2020年5月2日星期六《电机学》第一章导论38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μ0。2020年5月2日星期六《电机学》第一章导论39※铁磁材料具有的特点它的磁化曲线具有饱和性，磁导率μFe不是常数，且随H的变化而变化。1.变化2.总体非线性3.存在饱和特性H2020年5月2日星期六《电机学》第一章导论40BH图1-6铁磁材料的磁化曲线（p16）abc)(HfB)(HfFeHB02020年5月2日星期六《电机学》第一章导论41△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。2020年5月2日星期六《电机学》第一章导论42二、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，B－H曲线封闭曲线磁滞现象是铁磁材料的另一个特性。2020年5月2日星期六《电机学》第一章导论43图1-7铁磁材料的磁滞回线HBabcdefcHmBmBmHmHrBcH2020年5月2日星期六《电机学》第一章导论44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。HB2020年5月2日星期六《电机学》第一章导论452、铁磁材料HC—矫顽力Br—剩余磁感应强度铁磁材料：软磁材料--磁滞回线窄，HC及Br小硬磁材料--磁滞回线宽，HC及Br大HC及Br大，难退磁---永磁材料BrHCBm2020年5月2日星期六《电机学》第一章导论46软磁材料的磁滞曲线HBBH硬磁材料的磁滞曲线2020年5月2日星期六《电机学》第一章导论473、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。uiNA,l2020年5月2日星期六《电机学》第一章导论48全电流定律idlHliNlHNlHi电源供给线圈的瞬时功率uipdtdNeu电磁感应定律BA＝dtdBVHNHldtdBNAidtdNuip2020年5月2日星期六《电机学》第一章导论49建立交变磁通、克服磁畴回转所需要的瞬时功率pHdBfVpdtTpTh01Tf/1VfBkpmhhKh——不同材料计算系数α——试验确定的