电机与电力拖动基础-磁路

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垂直作用时,作用在载流导
体的电磁力为
电流元 Idl
I
2
B
一个电子受力 N个电子受力
f1
dF
qv B
Nqv B
1
dl
v
N ndV nS dl d F nS d lqv B
I nSqv d F I d l B
B
2
F 1 I d l B
磁路的基本概念(定律)
磁路基尔霍夫第一定律
磁路与电路的比较 (二)
磁路
基本定律
磁阻
磁感应 强度
安培环路 定律
I
N
F Rm
Rm
l
S
Φ
B S
NI HL
0
电路 +I _E R
欧姆定律 电阻
IE R
R l
S
基尔霍夫 电流 电压定律 强度
JI S
E U
基尔霍夫 电流定律
I
0
磁路的基本概念(定律)
磁路分析的特点
(1)在处理电路时不涉及电场问题,在处理磁路时离不 开磁场的概念; (2)在处理电路时一般可以不考虑漏电流,在处理磁路 时一般都要考虑漏磁通; (3)磁路欧姆定律和电路欧姆定律只是在形式上相似。
HL IN
上式中,H——磁场强度,A/m; L——各段磁路的长度,m; N——线积分线路所包围的导体数; I——每根导体所流过的电流,A。
磁路的基本概念(定律)
磁路和电路的比较(一)
磁I

N
磁动势 磁通 磁压降
F IN Φ HL
I

+
电动势 电流 电压降

E UR
_
E
I
U
磁路的基本概念(定律)
共8章
电机与电力拖动基础


电机 能量机械装置 机械能与电能


动 基
电机
电动机拖动生产机械运动

拖动
起动、调速和制动
电机分类
传统电机是利用电磁感应原理工作的机械。
电机常用的分类方式有两种:一是按功能分,有发电机、 电动机、变压器和控制电机四大类;二是按电机结构或转速分, 有变压器、旋转电机和直线电机。
两种方法归纳如下:
电机
变压器 直流电机
交流电机
控制电机 直线电机
直流发电机
直流电动机 同步电机
同步发电机 同步电动机
异步电机
异步发电机 异步电动机
电机与电力拖动基础
电机与电力拖动基础
电机与电力拖动基础
上海磁浮车(德国TR08)
直线伺服电机的工作台
车辆主动悬架
剃须刀
电机拖动
定义 以交流(直流)电动机为动力拖动各种生产机械的系统我们称 之为交流(直流) 电气传动系统,也称交流(直流)电气拖动系统
4. 據考古學家考據,古人發現的磁石是以四氧化三鐵為主要成份 的天然磁體。
磁路的基本概念(定律) 古代磁石的應用
• 「三輔皇圖」:阿房宮…以慈石為門,懷 刃者止之。 •《韓非子‧有度篇》裏就有「先王立司南以 端朝夕」的話。「司南」就是指南的意思, 「端朝夕」就是正四方的意思。 •我國古代的四大發明之一的指南針,就是 利用磁體的指極性製成的。
电机应用场合
上海磁浮车
电机应用场合
电机应用场合
电机应用场合
电机应用场合
Johnson Motor PMDC flat motors camcorder
Car CD/DVD
绪论 磁路
磁路
磁路的基本概念(定律) 铁磁材料 铁心损耗
磁路的基本概念(定律) 磁(Magnetism)
中國慈石
1. 在《管子》等先秦古書中,曾有「上有慈石者下有銅金」的記 載。當時人們已覺察到磁石往往和鐵礦儲存在一塊。
电机与电力拖动基础
电机与电力拖动基础
绪论
教学目的、主要讲授内容 电机分类 电机拖动 电机应用场合 磁路
教学目的
教学目的
本课程是自动化、电气工程以及机电一体化等专 业的主要专业基础课之一,是电机学和电机拖动基础 两门课程的有机结合。主要教学目的如下:
(1) 通过本课程的学习,使学生掌握常用交、直流电 机及变压器的基本结构、工作原理、运行性能和实验方 法;掌握电动机的特性分析的方法。
• 1820年,提出右手螺旋定则:磁是 由運動的電產生的
• 同向直線電流間互相吸引,異向直 線電流間互相排斥——建立作用力 的數學公式
• 定義電流的方向
• 世界第一個電磁鐵 後人為紀念他的貢獻﹐還將 量度電流的單位以他的姓氏 「安培」命名。
電學領域裏的牛頓
磁路的基本概念(定律)
磁路的欧姆律
对于均匀磁路
e N d dt
磁路的基本概念(定律)
法拉第的其它重要成就
Michael Faraday (法拉第, 1791-1867)
• 1832年,將氯氣液化 • 1824年,發現硼玻璃 • 1832年,提出「化學當量」和「法拉
第定律」 • 1835年,研究「極光」,開啟「電漿
物理學」 • 1836年,提出「介電值」、「電容」 • 1840年,提出「場」的觀念 • 1842年,提出「光的偏振」 • 1848年,提出「磁化學」
北宋沈括的《夢溪筆談》中十分明確地記載說,磁針能夠 指南,但「常微偏東,不全南也」。
在歐洲,到了十三世紀才發現磁針指向並非正南北方,但 當時他們多誤解為磁針裝置工藝上的缺點。到了一四九二年, 哥倫布橫渡大西洋,才真正發現了磁偏角,較我國遲了四百多 年!
磁路的基本概念(定律)
i
u1
s
线圈
线圈通入电流后,产
磁路的基本概念(定律)
安培环路定律(全电流律)
磁场中任何闭合回路磁场强度的线积分,等 于通过这个闭合路径内电流的代数和.
Hdl I
I2 I1
电流方向和磁场强度的方向 符合右手定则,电流取正; 否则取负。
I3
H
磁路的基本概念(定律)
在无分支的均匀磁路(磁路的材料和截面积相同, 各处的磁场强度相等)中,安培环路定律可写成:
(2) 为后续专业基础课和专业课的学习准备必要的基 础知识,提高分析问题、解决问题的能力,也为今后从 事自动化工程技术工作和科学研究奠定初步基础。
主要讲授内容
绪论 第一章 第二章 第三章 第四章 第五章 第六章 第七章 第八章
磁路 电力拖动系统力学 直流电机原理 直流电动机的起动、调速和制动 变压器 交流电机的绕组、电动势和磁通势 三相异步电动机原理 三相异步电动机的起动、调速和制动 电动机的选择
电机应用场合
发电
由同步发电机完成,水轮机和汽 轮机;
电压变换
升压: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——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;
电压变换——变压器;
生产机械(负载)的拖动
信号转换 由各种控制电机完成。
电机应用场合
水力发电基于水从 高处流向低处时,将势 能转化动能驱动水轮机, 最后转化为电能。
电机应用场合
由于电能易于转换、传输、分配和控制,现代 能源的主要形式是电能,所以,与电能密切关联的 电机广泛应用于社会生产各个部门和社会生活各个 方面。
普通电机的主要任务是能量转换,主要问题是 如何提高能量转换的效率。
另一类广泛应用于各种自动控制系统中的控制电 机,其主要任务是完成控制信号的传递和转换,而能 量转换是次要的,控制电机应具有高可靠性、高精度 和快速响应等性能。
NI HL
NI:称为磁动势。一般
用 F 表示。 F=NI
HL:称为磁压降。
线圈 匝数N
I
磁路 长度L
磁路的基本概念(定律)
在非均匀磁路(磁路的材料或截面积不同,或磁场
强度不等)中,总磁动势等于各段磁压降之和。
NI HL
总磁动势
I
例:
N
l0
NI HI H0l0
l
磁路的基本概念(定律)
Andre Marie Ampere (安培, 1775 - 1836 )
在磁路(magnetic circuit)中根据磁通的连续性 可得:穿入任一闭合面的磁通必等于穿出该闭合面 的磁通,即磁路中通过任何闭合面上的磁通的代数 和等于零,则有
0
上式中一般将穿出闭合面的磁通取正号,穿入闭合面的磁通取负号。
磁路的基本概念(定律)
B 0
散度定理
V BdV
sB dS 0
生磁通,分主磁通和漏 磁通。
:主磁通
u2
s :漏磁通
铁心
(导磁性能好 的磁性材料)
磁路:主磁通所经过的闭合路径。
磁路的基本概念(定律)
利用铁磁物质制成一定形状的回路(可包括气隙),其周 围绕有线圈,使磁通主要集中在回路中,该回路称为磁路。
变压器
接触器
继电器
永磁式电磁仪表
磁路的基本概念(定律)
一般材料的磁导率 和真空中的磁导率之比,
称为这种材料的相对磁导率 r
r
0
r 1 ,则称为磁性材料
r 1 ,则称为非磁性材料
磁路的基本概念(定律)
磁场强度 H
磁场强度是计算磁场所用的物理量,其大小为磁 感应强度和导磁率之比。
HB
单位:
B :特斯拉
:亨/米
H :安/米
磁路的基本概念(定律)
优点: (1) 清洁 无排放物和温室气体 (2) 效率高 高于90% (3) 成本低 只有火电核电的1/3
缺点: 地点受限、引发生态环境变化
世界20%发电量是 由水电完成
电机应用场合
主要国家水力发电的分布情况
挪威99%发电量是 由水电完成
电机应用场合
风力发电机
优点: (1) 无污染
缺点: (1) 地点受限
风机、泵等
电机拖动
电机拖动
位置控
制单元 +
CN
-
C插
位置控制 调节器
补Leabharlann Baidu
指令
实际
位置
反馈
速度控 制单元
+
-
速度控制 调节与驱动
实际 速度 反馈
检测与反 馈单元
电机
数控机床伺服驱动系统
机械执 行部件
数控机床伺服驱动系统的性能在很大程度上决定了的性能。数 控机床的最高移动速度,跟踪速度,定位精度等重要的指标都取决 于伺服系统的动态和静态特性。它一直是数控机床研究的重要课题 之一。
2. 在春秋戰國的著作中,便屢屢記載到磁體的吸鐵性質了。如西 元前三世紀的《呂氏春秋》上的「磁石召鐵」,時代相隔不遠 的《鬼谷子》上的「磁石之取針」等都是。這個時候大概已經 比較普遍地認識到磁性了,並且把它比作為慈愛的母親對子女 的吸引。
3. 東漢的高誘在註釋《呂氏春秋》時說:石是鐵的母親,但石又 有慈和不慈的,慈愛的石,能吸引它的子女(鐵),不慈的石則 不能吸引。所以漢以前都把磁石寫成「慈石」,就是「慈愛的 石頭的意思。
由于 不是常数,其随励磁电流而变,磁路欧姆定律
不能直接用来计算,只能用于定性分析;
(4)在电路中,当 E=0时,I=0;但在磁路中,由于有
剩磁,当 F=0 时, 不为零;
铁磁材料
铁磁材料
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。
铁磁材料
铁磁材料 软磁材料: μ高, Br小,磁滞回线窄而长,如:铸钢、
NI HL B L L S
I
N
S L
令:
Rm
l
s
Rm 称为磁阻
则: F NI L Rmφ S
磁路中的 欧姆定律
注:由于磁性材料磁导率是非线性的,磁路欧 姆定律多用作定性 分析,不做定量计算。
磁路的基本概念(定律)
电磁力定律
载流导体在磁场中受到力
F BlI 的作用,当磁场与导体相互
这说明磁场通过任意闭合面的磁通量为零, 称之为磁通连续性原理,或称磁场中的高斯定律 (Gauss’s Law for the Magnetic field )。
磁通连续性原理
磁路的基本概念(定律)
磁路基尔霍夫第二定律
根据麦克斯韦方程(式(5))可得出: 在闭合的磁路中,各段磁压降的代数和等于 闭合磁路中磁动势(mmf)的代数和,即有
硅钢、坡莫合金,制作电机铁心; 硬磁材料:μ不高,Br大,磁滞回线宽而胖,制造永久
磁铁;
铁磁材料的磁导率μFe要比非铁磁材料磁导率μ大得 多(μFe>>μ),非铁磁材料磁导率接近真空磁导率μ0 (μ0=4π×10-7H/m)。
电机中常用的铁磁材料的磁导率μFe=(2000~6000)μ0 。
电磁感应定律
一匝数(turn)为N的线圈(winding),在 变化的磁场中产生的感应电动势e (induce electromotive force)的大小与线圈匝数N和 线圈所交链的磁通(the magntic flux)对时间的变 化率dF/dt成正比,当感应电动势正方向与产生他的 磁通正方向符合右手螺旋定则时,则有
永磁式电磁仪表
磁路的基本概念(定律)
磁感应强度
与磁场方向相垂直的单位面积上通过的磁通(磁 力线)
B S
B 的单位:特斯拉(Tesla)
1 Tesla = 104 高斯
单位:韦伯
磁路的基本概念(定律)
磁导率
磁导率 :表征各种材料导磁能力的物理量
真空中的磁导率( 0 )为常数
0 4 107 (亨/米)
电机拖动系统是用电动机来拖动机械运行的系统。包括: 电动机、传动机构、生产机械、控制设备和电源五个部分。
它们之间的关系如下
电源
控制设备
电动机
传动机构
生产负载
电机拖动
交流电源 输入
直流 调速 装置
直流输出 直流 电机
中间传动机构
终端机械
变频 器
交流 调速 装置
交流输出
交流 电机
皮带轮、齿轮箱等
执行机构
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