第1章电机学基础知识

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第1章 电机学基础知识
生活中处处有电动机
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第1章 电机学基础知识
电 风 扇 及 其 电 机
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第1章 电机学基础知识
洗衣机及其电机
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第1章 电机学基础知识
电动玩具、录音机的电动机
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第1章 电机学基础知识
• 在工业方面
数控机床的自动控制
工业机器人的关节运动
以及遥测遥控、自动化仪表等。 在其它方面 打印机、复印 机的走纸机构 以及音像、医疗设备等。
k 1
不考虑边缘效应,则气隙中磁通密度与铁心中相等, 故气隙中磁场强度为
1 10-3 5 Hδ A/m=9.947 10 A/m 7 0 0 A 4 π 10 0.8
B
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第1章 电机学基础知识
气隙磁压降为
Hδ 9.947 105 0.006A=5968.2A
k=1 31 n
第1章 电机学基础知识
复习
i

N
磁路的欧姆定律 F = Rm F = Rm
= H l l Rm = (A/Wb) A 空气中的磁导率为常数,所以磁阻为常数;
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磁性材料的磁导率不是常数,所以磁阻是变化的;
第1章 电机学基础知识
3. 磁路的基尔霍夫第一定律 2 = 1+3 任一闭合面: = 0 4. 磁路的基尔霍夫第二定律
我国电机的发展起步晚,但发展迅速,还需 长久的发展。
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第1章 电机学基础知识
0.3 本课程的性质和任务
一、本课程的性质
是重要的专业技术基础课程。
二、本课程的任务和要求
学习各类电机的基本结构、工作原理及分析方法。 理解电机中的能量转换关系和电机稳态运行时 各种参数的物理意义,并能熟练应用等效电路 和相量图分析电机的稳态运行和运行性能。 通过实验,掌握电机的基本实验方法和电机 使用的基本技能。
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第1章 电机学基础知识
边缘效应 增大了气隙的有效面积。
铁心 边缘磁通
气隙 边缘磁通 铁心
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第1章 电机学基础知识
三、电磁感应定律
d d e =- d t =- N d t 磁通链 = N 。
1. 变压器电动势 设 = m sin t 则 e =-N m cos t = Em sin( t -90o)
雅可比发明的世界上第一台电动机模型与实用电动机
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第1章 电机学基础知识
1866 年,德国科学家西门子制成的第一台自激 式发电机,标志着制造大容量发电机技术的突 破,具有划时代的意义。
Siemens 和他的自激式发电机
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第1章 电机学基础知识
1871 年,凡· 麦尔准发明了交流发电机。 1879 年,德国制造出第一列电力驱动列车, 三节车厢,18 人乘座。
第1章 电机学基础知识
l1
A1 H
N i
A2 l2

任课教师:王艳萍
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电机与拖动
电机与拖动
绪 论
0.1 电机在国民经济中的作用 0.2 电机与电力拖动的发展简况 0.3 本课程的性质和任务
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第1章 电机学基础知识
0.1 电机在国民经济中的作用
电能是现代物质文明的基础。 通过发电机可将热能、水能、原子能、风能 以及潮汐能等能量转换为电能。 通过变压器升压,电能可以远距离传输。 通过电动机将电能转换成机械能,为现代工农 业生产提供动力。 电力工业是先导工业。 没有电力工业的高速发展,就没有国民经济的 快速增长,无法保证人们物质生活的需求。
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对各向同性介质 为标量;线性介质 为常数。 真空的磁导率: 0 = 4×10-7 H/m
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4. 磁场储能 磁场能够储存能量。 电机通过磁场储能实现机电能量的转换。 磁场中的能量密度为 1 wm= BH 2 对于线性介质: 1 B2 wm= BH = 2 2 磁场中的总储能为 Wm = V wm dV 磁场能量主要集中储存在气隙中。
l4 A4 H4
第1章 电机学基础知识
铁心部分的磁场强度为
H
B
Fe
5
1.33 A/m=560A/m 7 1900 4 π 10
铁心部分的磁压降为
H l
k 1
5
k k
H lk
560 (0.08 0.1 0.037 0.037 0.1) A 198 A
预祝大家取得优异的成绩!
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电机与拖动
第 1 章 电机学基础知识
1.1 电机的基本功能与主要类型 1.2 电机的基本原理 1.3 电机的制造材料
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第1章 电机学基础知识
1.1 电机的基本功能与主要类型
一、按照能量转换和信号传递所起的作用分类 1. 发电机 将机械能转换为电能。 2. 电动机 将电能转换为机械能。 3. 变压器、变流器、变频机、移相器 变换电压、电流、频率、相位。 4. 控制电机 作为自动控制系统的控制元件,起检测、放大、 执行和校正作用。
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第1章 电机学基础知识
磁力线的分布和方向:
I
B
B
I I
I I
磁力线的特性: ① 磁力线的回转方向和电流方向之间的关系遵 守右手螺旋法则。 ② 磁力线总是闭合的,既无起点,也无终点。 ③ 磁场中的磁力线不会相交。
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第1章 电机学基础知识
2. 磁通量和磁通连续性定律 磁通 (韦伯 Wb) : 穿过某一截面 A 的磁感应强度B 的通量。 = A B dA 在均匀磁场中:
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第1章 电机学基础知识
磁路与电路的不同点 (1)电流通过电阻时有功率损耗,而通过磁阻时 无功率损耗; (2)自然界中不存在绝对绝缘材料,甚至空气也是 导磁的,一次磁路中存在漏磁现象,而电路则不然;
(3)磁路的磁阻随通过的磁通变化而变化,而电路
的电阻不随电流的变化而变化;
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第1章 电机学基础知识
该磁路所需的总磁动势为
F H k lk H δ 198 5968.2A 6166.2 A
k 1
5
励磁电流为
※ 尽管 < 1.5%l , 但 H = 96.8% Hl 。
F 6166.2 i A 3.083A N 2000
磁路中气隙的影响
① 当F 一定时, 气隙 的存在使 大幅减小。 ② 若要保持 一定,则需增大磁动势 F 。
德国制造的第一列电力驱动列车 (1879)
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第1章 电机学基础知识
1885 年,费那里斯发现了两相电流能产生旋转 磁场。 1886 年,特斯拉研制出两相异步电动机。
特斯拉与他发明的两相异步电动机
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第1章 电机学基础知识
19 世纪末,三相制、三相感应电动机、三相同 步发电机、三相变压器、三相输电方式被发明。 我国电机的发展
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第1章 电机学基础知识
主要参考书
(1) 电机及拖动基础 合肥工业大学 顾绳谷 主编 机械工业出版社,2005 (2) 电机学 哈尔滨理工大学 汤蕴璆 主编 机械工业出版社,2006 要求: 课前预习、做笔记、按时完成作业。 课程成绩: 作业成绩 + 实验成绩 + 期末考试成绩。
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第1章 电机学基础知识
= Rk k
沿任何闭合磁路,磁动势的代数和等于磁压降 的代数和。 F = Hklk = Rmkk
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第1章 电机学基础知识
磁路和电路的比较
电 路 电流 I /A 电流密度 J /(A/m2 ) 电动势 E / V 电阻 R / l R= A 电路欧姆定律 E I= R 磁 路 磁通 /Wb 磁通密度 B /(Wb/m2 ) 磁动势 F /A 磁阻 Rm /(A/Wb) l Rm = A 磁路欧姆定律 F = Rm
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第1章 电机学基础知识
二、按照电机的结构特点及电源性质分类
1. 变压器 静止的电机。
直流发电机 直流电机 直流电动机
2. 旋转电机 交流电机
交流发电机 交流电动机 单相交流电机 三相交流电机 同步电机 异步电机
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第1章 电机学基础知识
1.2 电机的基本原理
一、磁场的基本概念
1. 磁感应强度和磁力线 磁场可以由电流产生。 产生磁场的电流 —— 励磁电流。 磁感应强度B 用于表征磁场的强弱和方向。 单位:T 磁场中各点的磁感应强度可以用磁力线的疏密 程度来表示。 磁力线的分布和方向:
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第1章 电机学基础知识
二、磁路及其基本定律
磁路 主磁通

i2
i1
+ u1 -


+ u2 -
N

S
1
2

S
励磁绕组
漏磁通
N

直流电机磁路
变压器磁路
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第1章 电机学基础知识
1. 安培环路定律
∮H dl = ∑i
l
i2 i1 i3
l
如图: ∑i = i1+i2-i3
dl
2. 磁路的欧姆定律 H dl = Hl ∮ l
= BA
B= /A
A B
磁感应强度又称为磁密
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第1章 电机学基础知识
通过任意封闭曲面的磁通量总和必等于零,即 = A B· dA = 0 3. 磁场强度和磁导率 磁场强度 H ( A/m) : 表征磁场的强弱和方向的量。 H 与 B 的关系与区别 (在各向同性介质中) B = H ① 磁导率 ( H/m ):表征磁场中介质的导磁能力。 ② H ∝I, H 与介质的性质无关。 ③ B 与 I 的大小和介质的性质均有关。
法拉第与最早的发电机 —— 法拉第圆盘发电机
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第1章 电机学基础知识
1832年,法国科学家皮克斯发明了第一台实用 的直流发电机。 1833 年,楞次建立楞次 定律。其后他致力于电机 理论的研究并阐明了电机 的可逆性原理。
皮克斯发明的 永磁型直流发电机
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第1章 电机学基础知识
1834 年,雅可比制造出世界上第一台电动机, 从而证明了实际应用电能的可能性。 1838 年,俄国人用一台直流电动机拖动轮船, 以 4 km/h 的速度逆流而上和顺流而下,这是 最早的实用电动机。
B= = Ni
i N lA


= H= A
Ni F = = l/A Rm
30
A B
无分支磁路
第1章 电机学基础知识
F = Rm 磁动势: F = N i ——为作用在磁路上的安匝数 。 磁阻: l Rm = A (A/Wb) 磁路欧姆定律只能用于定性分析磁路 因为 不是常数,故 Rm 非线性。 串联磁路的总磁阻为 Rm = Rmk
计算机的磁盘驱动
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第1章 电机学基础知识
0.2 电机与电力拖动的发展简况
1820年,丹麦物理学家奥斯特发现电流磁效应
1821年,英国物理学家法拉第电磁旋转器(电机 模型)
实现了电磁运动向机械 运动的转换
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第1章 电机学基础知识
1831 年,法拉第发现的电磁感应现象,是研制 各种电机的重要理论基础。
解:铁心的净面积为 Ak = kFeA = 0.94×0.8×10-3 m2 = 0.752×10-3 m2 铁心中的平均磁通密度为 1 103 B T 1.33T 3 Ak 0.752 10
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l2 A2 H2 i N
l3 A3 H3

H

l1 A1 H1
l5 A5 H5
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第1章 电机学基础知识
三、课程百度文库内容
上 篇 电机理论 第1章 电机学基础知识 第2章 直流电机 第 3章 变 压 器 第4章 异步电机 第5章 同步电机 第6章 控制电机 下 篇 电机拖动基础 第7章 电力拖动基础 第8章 直流电动机的电力拖动 第9章 异步电动机的电力拖动 第10章 同步电动机的电力拖动 第11章 电力拖动系统中电动机的选择
【例1-1】 图示的磁路由电工钢片叠压而成,铁心的 叠压系数为 kFe= 0.94,各段铁心的截面积均为 A = 0.8× 10-3 m2,长度分别为 l1 = 0.08 m,l2= 0.1 m,l3= 0.037 m, l4 = 0.037 m,l5 = 0.1 m,气隙长度 = 0.006 m,已知铁心 的磁导率为空气磁导率的 1900 倍,励磁绕组的匝数 N = 2000,如要在铁心中产生 10-3 Wb 的磁通,求需要多大的 励磁电流。
F1 =∮H dl i = Hklk Ni = H1l1+H2 l2 = Rm11+Rm22 或 Ni = H1l1-H3 l3 = Rm11-Rm33
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l1 A1 1Φ1
闭合面
l3 A3 3Φ3
i1
N
l2 A2 2Φ2
第1章 电机学基础知识
第 k 段磁路的磁压降为 k Bk Hklk = l = l k k k Ak k 第 k 段磁路的磁阻为 lk Rmk = k Ak (A/Wb)
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