绪 论（课件）-《电机与拖动》同步教学（电子工业出版社）

绪 论 0.1 电机拖动在自动化中的作用 0.2 本课程的性质、内容和特点 0.3 电机原理所遵循的基本电磁规律 0.4 电机中铁磁材料的特性 * 电机是以电磁感应和电磁力定律为基本工作原理，进行电能的传递或机电能量转换的机械。 电机在国民经济中的作用： 电能的生产、传输和分配中的主要设备 各种生产机械和装备的动力设备 自动控制系统中的重要元件 0.1电机拖动在自动化中的作用 * 电能的生产、传输和分配 0.1电机拖动在自动化中的作用 * 动力设备：拖动生产机械如金属切削、矿山机械、交通运输机械、起重机械、化工机械、农用机械、电动工具、家用电器等。 构成控制系统和智能化装置的重要元件。 0.1电机拖动在自动化中的作用 * 课程性质及其特点： 本课程是自动化类专业的学科基础必修课； 课程内容： 直流电动机及拖动基础 变压器 异步电动机及拖动基础 同步电动机和控制电机等 课程特点： 以《电路理论》等课程为前导基础，以《电力拖动自动控制系统》等课程为后续课程； 基本概念多,电、磁、力相互关系复杂（电流、电压、磁场、力矩关系）需要抓主要矛盾，简化问题分析； 要善于用折算与等效概念通过物理效应，在一定条件下，将不同的物理量化为等价,进行变换，以利于解决复杂的理论与实际问题。 0.2 本课程的性质、内容和特点 电机工作原理的基本知识 “力”+“磁”→“电” 发电原理： 电动原理： “电”+“磁”→“力” 0.3 电机原理所遵循的基本电磁规律 N e v B S N i S f B i e1 e2 N1 N2 u Ф i e 变压器（静止电机）工作原理的基本知识 变压器原理： “电”+“磁”→“电” 0.3 电机原理所遵循的基本电磁规律 磁路的几个基本物理量 1、磁感应强度（磁通密度）Ｂ 描述磁场强弱及方向的物理量。 Ｂ的方向：磁场方向。 Ｂ的大小：与磁场方向垂直的单位面积穿过的磁力线的数目。 单位：1T（特斯拉）＝104Gs（高斯） 磁路中的物理量和基本定律 0.3 电机原理所遵循的基本电磁规律 * 2、磁通量（磁通） 穿过某一截面S的磁感应强度B的通量，即穿过某截面S的磁力线的数目，称为磁感应通量，简称磁通。 磁场均匀且与截面垂直时， =BS。  的单位为Wb(韦伯) B的单位为T , 1T=1 Wb/m2   0.3 电机原理所遵循的基本电磁规律 * 3、磁场强度Ｈ 计算导磁物质的磁场时，引入辅助物理量：磁场强度。定义为磁场中某点的磁感应强度B与同一点的磁导率μ的比值。满足 　　 B= μH H的单位为A/m 。 μ为导磁介质的磁导率，反映介质的导磁性能， μ大则导磁性能好，单位为H/m （亨利/米）。 真空的μ0 = 4π×10-7 H/m 。 通常， μ＝ μr× μ0 ， μr = 2000 ~ 6000（铁磁性材料） 0.3 电机原理所遵循的基本电磁规律 * 安培环路定律 1、电流磁效应 凡是电流均会在其周围产生磁场，叫电流的磁效应，即所谓“电生磁”。为了形象地描绘磁场，人们采用磁感应线或称磁力线。磁力线的方向可根据电流的方向由右手螺旋定则确定。 0.3 电机原理所遵循的基本电磁规律 (a) 长导线 (b) 螺旋线 * 2、安培环路定律 磁场中沿任一闭合回路的磁场强度Ｈ的线积分等于该闭合回路所包围的所有导体电流的代数和。 当导体电流的方向与积分路径的方向符合右螺旋关系时为正，反之为负。即 0.3 电机原理所遵循的基本电磁规律 * 磁路（欧姆）定律 1、电路定律 欧姆定律：U=IR 基尔霍夫第一定律（电流定律）：　 基尔霍夫第二定律（电压定律）： 0.3 电机原理所遵循的基本电磁规律 å = 0 U * 2、磁路定律 (1) 磁路欧姆定律 当每段磁路内的磁场强度H、导磁材料及导磁面积均相同时，则安培环路定律简化为： F=NI为作用在整个磁路上的磁动势。 0.3 电机原理所遵循的基本电磁规律 * 0.3 电机原理所遵循的基本电磁规律 第k段磁路的压降可以写为： 式中 称为第k段磁路的磁阻。因此： 得到： 即为磁路欧姆定律。 * (2) 磁路基尔霍夫第一定律 (3) 磁路基尔霍夫第二定律 如图： 0.3 电机原理所遵循的基本电磁规律 * 磁路与电路对比表 0.3 电机原理所遵循的基本电磁规律 电 路 磁 路 电导率 磁导率 μ 电流 电动势 电阻 I 磁通 磁动势 磁阻 Φ E F R Rm 电压降 电压欧姆定律 U (IR) 磁压降 磁压欧姆定律 HL(Φ Rm) I=U/R Φ=F/ Rm 电压基尔霍夫 第一定律 ΣI =0 磁压基尔霍夫 第一定律 ΣΦ =0 电压基尔霍夫 第二定律 ΣIR=E 磁压基尔霍夫 第二定律 ΣHL=ΣNI 电机中所用的主要材料： 电机是进行机电能量转换或讯号转换的机械电磁装置，由此，电机中所用的材料无外乎： 导电材料：构成电机中的电路系统，为了减少损耗，要求材料的电阻率小，常用的有紫铜和铝。 导磁材料：构成电机中的磁路系统，要求材料具有较高的导磁率和较低的铁耗系数，常用硅钢片、钢板和铸钢。 绝缘材料：作为带电体之间及带电体与铁心间的电气隔离，要求耐热好，介电性能高。 结构材料：使电机各个零件构成一个整体，要求材料的机械强度好，加工方便，重量轻。 0.4电机中铁磁材料的特性 * 电机中铁磁材料的特性 铁磁材料包括铁、镍、钴及其合金（如电机和变压器中常用的硅钢片） 1、铁磁材料在外磁场作用下易被磁化 所谓磁畴，即在铁磁材料内部存在着已强烈磁化的自发磁化单元。磁畴在外磁场作用下，形成与外磁场同方向的附加磁场。因此，在用铁磁材料作铁芯的线圈中，通入较小的电流，就可以获得较强的磁场。 2、铁磁材料具有高导磁性 所有非铁磁材料的导磁率都接近于真空的导磁率μ0 ，而μ>>μ0，所以在同样大小的电流下，带铁芯线圈的磁通比空芯线圈的磁通大得多。磁路中的漏磁现象比电路中的漏电现象要严重。 0.4电机中铁磁材料的特性 * 3、磁化曲线的非线性 磁通密度B与磁场强度H的关系曲线，称为磁化曲线。 非铁磁材料的磁化曲线是线性的， 而铁磁材料的磁化曲线则是非线性的，如下图： oa段，B增加缓慢 ab段，B几乎线性上升。 bc段， B增加减慢 c点以后，B饱和。 铁磁材料当H较大时B之增加变缓甚至几乎不增加的现象，称为磁饱和现象。 0.4电机中铁磁材料的特性 * 4、磁滞现象 当改变外加磁动势大小和方向，使H在-Hm~+Hm间变化所得的B～H曲线称磁滞回线。Br称剩磁。不同Hm值的各磁滞回线的顶点连接起来所得的曲线称为基本磁化曲线。 磁化过程是不可逆的。硅钢、铁等，剩磁小，易被磁化也易退磁，称为软磁性材料,多用作电器铁芯； 碳钢、钴等，剩磁大，不易退磁，称为硬磁性材料， 用作永久磁铁。 0.4电机中铁磁材料的特性 * 5、铁磁材料在被外磁场反复磁化时要损耗一定能量 交流磁路中存在着铁心损耗，铁心损耗又分为磁滞损耗和涡流损耗。 （1）磁滞损耗 铁磁材料在交变的磁场中反复磁化，磁畴间相互摩擦，产生损耗，这种损耗称为磁滞损耗。 磁滞损耗功率可用下式表示： 式中，Ch—磁滞损耗系数，它的大小取决于材料磁性能；对一般硅钢片n=1.6～2.3；f—磁通交变频率；Bm—磁通密度的最大值。 0.4电机中铁磁材料的特性 * （2）涡流损耗 铁芯是有阻值的，当铁芯中的磁通发生变化时，铁芯内将产生感应电动势并形成感应电流。这种电流在铁芯内的流动状况呈旋涡状，称涡流，涡流在铁芯电阻上的损耗称为涡流损耗。涡流损耗功率可用下式表示： 式中，Ce—涡流损耗系数，它的大小取决于材料导电性能；W—材料厚度。 0.4电机中铁磁材料的特性 （3）铁损耗 在变化磁场中，铁磁材料既产生磁滞损耗又产生涡流损耗。两者之和称为铁损耗： * 尽管磁路和电路在物理量和基本定律上有一一对应的关系，但是，磁路和电路仍有本质的区别： 1）电路中可以有电动势无电流，磁路中有磁动势必有磁通； 2）电路中有电流就有功率损耗，而在恒磁通下，磁路中无损耗； 3）电流只在导体中流过，而磁路中除了主磁通外还必须考虑到漏磁通的影响； 4）电路中电阻率在一定温度下恒定不变，而由于铁磁材料构成的磁路中，磁导率是随着外磁场而变化的，所以磁导率不是一个常数。正因如此，磁阻多用于物理解释而非计算。 0.4电机中铁磁材料的特性 * 绪论结束!!! * $$