电机的基础知识与制造工艺培训课件

电机基本原理和材料
一、 磁场的基本物理量
1.1 磁感应强度 磁感应强度B
表示磁场内某点磁场强弱和方向的物理量。
磁感应强度B的方向
与电流的方向之间符合右手螺旋定则。
磁感应强度B的大小
B
F Il
磁感应强度B的单位: 特斯拉(T)，1T = 1Wb/m2
1.2 磁通
磁通 ：穿过垂直于B方向的面积S中的磁力线总数。 在均匀磁场中 = B S 或 B= /S 磁通 的单位:韦[伯](Wb) 1Wb =1T·m2
F Rm
2.3、磁路的基尔霍夫定律 2.3.1 磁路的基尔霍夫第一定律
Hale Waihona Puke 1 2 3 0或0
Φ1 闭合面 Φ2
i1
i2
Φ3
2.3.2 磁路的基尔霍夫第二定律
3
Wi Hklk H1l1 H2l2 H 1Rm1 2Rm2 Rm k 1
2.4、电磁感应定律
简单的说电磁感应定律就是变化的电场附近会产生变化的磁 场，而变化的磁场附近会产生变化的电场。
3.2 铁磁材料及其特性
3.2.1 高导磁性
磁性材料的磁导率通常都很高，即 r 1 (如坡莫合金， 其 r 可达 2105 ) 。
磁性材料能被强烈的磁化，具有很高的导磁性能。
磁性物质具有高导磁性是由于内部有很多被强烈磁化的 小磁铁。这些小磁铁叫做“磁畴”。
磁畴（磁化前）
磁畴（磁化后）
在外磁场的作用下，磁畴顺着外磁场方向转向，排列整齐，
三、制造电机所用的材料
3.1 概述
制造材料主要包括： 铁磁材料、导电材料、绝缘材料、结构材料、 散热材料、冷却材料、润滑材料等。
导电材料：铜、铝。 铁磁材料：各种成分的铸钢（电工钢片）。 绝缘材料：各种绝缘纸、油性玻璃漆布、
有机硅玻璃粘带、酚醛玻璃纤维压塑料······
绝缘等级
YAEBFH C
容许工作温度/℃ 90 105 120 130 155 180 ＞180
年，弗拉利斯建立双旋转磁场理论；
• 交轴磁场理论和双反应理论先后被提出； • 19世纪末期，各种交、直流电机的基本类型以及理论，设
计方法，大体上建立起来了。
三、电机理论、设计和制造工艺逐步达到完善化时 期；
• 电机的理论分析方法得到了进一步的延伸和巩固。对称分 量法，双反应通用分析方法，相继建立，克朗的张量方法， 统一了整个电机理论；
显示出磁性。
3.2.2 磁饱和性
磁性物质由于磁化所产生的磁化磁场不会随着外磁场的增强
而无限的增强。
当外磁场增大到一定程度时，磁性物质磁畴的磁场方向全部 都转向与外部磁场方向一致，磁化磁场的磁感应强度将趋向 某一定值，如图。
BJ 磁场内磁性物质的磁化磁场 的磁感应强度曲线；
B0 磁场内不存在磁性物质时的 磁感应强度直线；
电机的基础知识与 制造工艺培训
电动机作为原动机，已广泛应用于各行各 业，大至冶金企业使用的上千万瓦的电动 机，小至小功率电动机乃至几瓦的微电动机。 在各类原动机中，电动机的容量已经超过了 总容量的60%。
第一部分
电机的基础理论
电机的定义和作用
• 电机定义：电机是一种机电能量转换或信号转换的电 磁机械装置；
• 电机的作用：
就能量转换功能来看，电机可为发电机和电动机两类。
发电机 (G)
电动机 (M)
电机的发展
迄今为止，电机的发展大体上分为三个时期：
一、直流电机的产生和形成时期；
• 在1821年和1831年，法拉第发现了载流导体在磁场受力 现象和电磁感应定律；
• 在1833年，皮克西利用永久磁铁和线圈之间的相对运动和 一个换向装置，制成了一台旋转磁极式直流发电机；
1.3 磁场强度
磁场强度H ：表示磁场内某点磁场强弱和方向的物理量。 磁场强度H的单位 ：安培/米（A/m)
1.4 磁导率
磁导率 ：表示磁场媒质磁性的物理量，衡量物质的导磁能力。
它与磁场强度的乘积就等于磁感应强度，即：
B μH
磁导率 的单位：亨/米（H/m）
二、磁路及其基本定律
磁路：磁通所通过的路径。
• 1834~1870年间，凸极式的T形绕组被分布绕组替代，且 发电机和电动机合二为一；
• 1880年，爱迪生提出采用叠片铁心； • 1882年，台勃莱兹把米斯巴哈水电站发出的2KW的直流
电，用一根长57KM的输电线送到了慕尼黑；
二、交流电机的形成和发展时期
• 1885年，弗拉利斯制作了一台两相感应电机； • 1889年，多利伏-多勃罗夫斯基设计制作出三相感应电机； • 19世纪80年代的末期出现高速的原动机； • 电机理论方面， • 1893年左右，开始利用复数和相量来分析交流电路； • 1894年，海兰提出“多相感应电机性能图解确定法”，同
主磁通
＋i
Φ
u
Φ
磁路
－
漏磁通
2.1 全电流安培环路定律
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
L Hdl i
如果在均匀磁场中，沿着回线 L 磁场强度H处处相等，则
HL i F F称为磁动势
2.2 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 Rm
在旋转电机中，作用在转子载流导体上的电磁力将使转受 到一个力矩（等于力乘以转子半径），这个力矩称之为电 磁转矩。
2.6 电路定律
(1)欧姆定律：u=iR (2)基尔霍夫第一定律（电流定律） ∑i=0 (3)基尔霍夫第二定律（电压定律）
在电路中，对任一回路，沿回路环绕一周，回路内所有元件的电压代数和等于零， 即 ∑u=0。
• 1920~1940年间，寄生转矩，噪声，震动被提出研究；
• 1954年，柯伐煦提出空间向量法，1965年，计算机开始 被引入电机工程领域；
• 20世纪70年代，“矢量变换控制”理论提出，同时涌现一 大批可控制电机；
• 80年代以后，永磁无刷电机和开关磁阻电机等新型电机得 到了较快发展；
• 90年代以后，一种场路结合的有限元-状态空间耦合时步 法得到应用；
定义：无论何种原因使的与闭合线圈交链的磁链ψ随着时间t
变化时，线圈中将会 产生感应电动势e
e d N d
dt
dt
切割（运动）电动势
当磁场和线圈导体之间有相对运动时，使得穿过线圈的磁通随
着时间的变化而变化。
此时的e叫做运动电动势 方向由右手定则判定。
e=Blv
2.5 电磁力定律
载流导体在磁场中要受到力的作用，方向用左手定则判定。 f=Bil