电机学基础理论 PPT

5、电磁感应定律
e d N d
dt
dt
--变压器电动势
e BlV 右手定则:
--运动电动势（发电机）
左手定则: f Bil
--电磁力（电动机）
*e、f同时存在于发电机和电动机机内 -- 电机的可逆性原理
6、磁场储能 wm
磁场的体积能量密度：
wm
1 2
BH
B2
2r 0
磁场的总储能：
B
Wm v ( 0 HdB)dv
电路 E R（G） I=E/R j=I/S
σ=j/E
三﹑磁感应强度(磁通密度) B﹑磁通量Ф
1、磁感应线(磁力线):电流在它周围的空间建立磁场，磁场 的分布我们常用一些闭合线来描述它的大小和方向。
特点：a) 右手螺旋定则、b) 闭合且不相交。
2﹑磁通Ф: 磁场中某一面积的磁感应线(B线)数称为通
过该面积的磁通量,简称磁通Ф。
电机学多媒体课件系列
第一章 基础理论
配套教材：《电机学》，林荣文（福州大学），中国电力出版社，2014.1
目录
第一章 基础理论
§1.1 概述 §1.2 电机磁路及铁磁材料 §1.3 电机主要制造材料 §1.4 三相交流电路的有关概念
§1.1 概述
一.电机的定义
指依据电磁感应定律实现电能转换或传递的一种电
注：旋转电机的能量主要储存在气隙中
6、磁场储能 wm
i
i
储能变压器
思考：哪个结构储能更大？
§1.3 电机主要制造材料
电机用的各种材料主要有：导电、导磁、绝缘、 散热和机械支撑.
一﹑导电材料：铜﹑铝﹑碳 铜的电阻率为17.24×10-9，相对密度为8.9g/cm3 铝的电阻率为28.2×10-9，相对密度为2.7g/cm3
磁装置。
发电机
变换器
机械能
电能
电能
电动机
二、电机的作用
1、电力系统
思考：高压输电的优点？
2、控制领域 各种生产机械和装备的动力装置 自动控制系统的重要元件
3、日常生活 交通工具 日常生活家电
4、其它如农业、国防、文教、医疗等
三.电机分类
➢按功能分:有发电机、电动机、变压器和控制电机四类 ➢按工作原理分:
可见: 电感(电抗)与磁场介质的磁导成正比
八、主要定理、定则、定律
1、全电流定律—安培环路定律
n
LH d l Ik NI F k 1
i1
L1
i2
L2
2、磁路欧姆定律
F Rm
Ni
l / S
F m
3、磁路的基尔霍夫第一定律
0
4、磁路的基尔霍夫第二定律
H • dl Hl Ni F
r 0且远大于0 r :相对磁导率
• 导电体与导磁体区别: 不存在磁绝缘
五﹑铁磁材料的B-H曲线
1﹑ B-H曲线:表征磁性材料的关系曲线 B f (H )
• 不同磁性材料 r 不同, B-H曲线不同. • 铁磁材料的μ很大且不是常数, B f (H) 呈非线性.
• 非铁磁材料的磁化曲线是线性的.
变压器 异步电动机
异步电机 异步电动机
直流发电机 直流电机
直流电动机
§1.2 电机磁路及铁磁材料
• 电和磁是构成电机的两大要素
一、电机磁路
1、磁场: 电 流 永磁体
磁场 磁场
2﹑磁路: 磁通经过的路经
• 主磁路: 在铁芯中绝大部分的
磁通经过的路经,即主磁通.
• 漏磁路: 在空气中少量分散的
磁通经过的路经,即漏磁通
电机中的磁场常简化为磁路来处理
二、磁场的相关物理参量
磁路 1、磁动势：F（或IN） 2、磁阻：Rm（磁导Λ）Rm=1/Λ=1/（μS） 3、磁通：Φ= F/Rm = BS 4、磁通密度：B= Φ/S 5、磁场强度：H=B/ μ 6、磁导率： μ=B/H
• 磁路与电路的类比关系详见表1-1(P3)
2﹑铁磁材料的 B f (H ) 曲线
分析:oa段:起始μ小; ab段:μ迅速 增大,H↑ B↑ , B-H线性; bc段:进 入饱和区, μ变小,H↑ B↑ (但缓 慢)、c为饱和点.
饱和段
线性段 起始段
3﹑磁滞回线
a)磁滞现象：B的变化总是滞后H的变化 b)磁滞回线 c)极限磁滞回线 d)磁性材料的重要参数:剩余磁感应强度Br、矫顽磁力Hc
二﹑导磁材料：硅钢片﹑钢铁﹑铸钢；铁氧体、钕铁錋等 软磁材料—作铁芯 硬磁材料—作磁钢（永磁体）
三﹑绝缘材料： 导体与导体间、导体和机壳或铁芯间 绝缘材料的寿命与它的工作温度有关；为了保证电 机能在足够长的合理的年限内可靠地运行,国家对绝 缘材料都规定了极限允许温度。见下表
绝缘级别 极限允许
温度°c
3﹑磁感应强度B:
B
S
Ｂ 是矢量,单位:wb/m2 ,或 T
Ф 是标量:单位wb
四﹑磁场强度H﹑磁导率μ
1﹑磁场强度H:
H
B
• H是矢量,单位:A/m、μ单位:H/m
2﹑磁导率μ:
磁路的材料不同，其导磁性能也不同。
• 非铁磁材料:空气,铜,铝,绝缘材料等;
0 4 10 7 H / m
• 铁磁材料:铁,镍,钴及其合金等;
绝缘材料的等级
YAEBFHC 90 105 120 130 155 180 180
以上
四﹑机械支撑: 机座、端盖、轴、轴承、螺杆、木块等.
例1： 有一闭合铁心磁路，铁心的截面积S=9×10-4m2， 磁路的平均长度L=0.3m，铁心的磁导率5000，套装在铁 心上的励磁绕组为500匝。试求在铁心中产生1T的磁通 密度时，所需的励磁磁动势和励磁电流。 解： (1) 方法一:用安培环路定律来求解。 磁场强度：
M 21
12
I1
N 2 21
I1
N2 N112
同理:
M 12
21
I2
N112
I2
N1 N221
12 21 M12 M 21
3﹑漏感: 漏磁通相应的电感
L 1
1
I1
同理:
L 2
2
I2
4﹑电抗: 当线圈流过正弦交流电时，线圈电感的作用 常用相应的电抗来表示.
XL
L
U I
X L L 2fL 2fN 2 2f N 2 Rm
整块
叠片
涡流也可加于利用，如电磁炉、高频感应炉、高频塑料热压机等
七﹑电感:
一个线圈通过单位电流所产生的磁链称为该线圈的电感.
L N NF N 2 N 2
II
I
Rm
电感的单位：H (亨)
1﹑自感:与线圈匝链的磁通由流经线圈 本身电流产生的.
L N 2
I
2﹑互感:与线圈匝链的磁通由另一 线圈电流产生的.
软磁材料
硬磁材料
4﹑软磁材料： μ高， Hc小，磁滞回线窄而 长，易被磁化.如：铸钢、硅钢、坡莫合金， 制作电机铁心
5 ﹑硬磁材料：μ不高， Hc大， 磁滞回线宽而胖， 不易被磁化,也不易 去磁.制造永久磁铁
6 ﹑永磁材料：铁氧体、铝镍钴、稀土永磁（钕铁硼） 磁性能用Br﹑Hc和(BHmax)三项指标表征