1.2電機(jī)的電磁基本理論

1、1.2 電機(jī)的電磁基本理論1.2.1 電感L1.2.2 電磁感應(yīng)定理1.2.3 電磁力F、電磁轉(zhuǎn)矩T1.2.4 發(fā)電機(jī)和電動(dòng)機(jī)的基本作用原理1.2.5 電機(jī)的可逆原理1.2.6 交流鐵心線圈電路1.2.7 電磁鐵1.2.1 電感L 電機(jī)線圈流過電流即產(chǎn)生磁場，設(shè)線圈為N匝，穿過1匝的磁通為，則有=N稱為磁鏈，設(shè)介質(zhì)為空氣則I所以=LI 這里L(fēng)作為比例常數(shù)即單位電流的磁鏈數(shù)，稱為該線圈的電感（H）則：L=/I上式中：比列系數(shù)L稱為電感。一個(gè)線圈通過單位電流所產(chǎn)生的磁鏈稱為該線圈的電感，它是反應(yīng)導(dǎo)體（線圈）電磁特性的參數(shù)，單位是H（SI制）。電感與線圈匝數(shù)的平方成正比，與磁場介質(zhì)的磁導(dǎo)成正比（與磁

2、阻成反比），而和線圈所加的電壓、電流或者頻率無關(guān)。mRNNIFNINIL22N1N22I21I11.2.1 電感L 一個(gè)線圈的部分磁通可能環(huán)鏈多個(gè)線圈，則線圈的電感既有只環(huán)鏈自身的磁通的自感，也有其它線圈磁通的互感。設(shè)電流I1與回路2匝鏈磁通21，電流I2與回路1匝鏈磁通12則：回路1對(duì)回路2的互感為：同理回路2對(duì)回路1互感為：在電機(jī)中根據(jù)磁通的路徑不同，將磁通分為主磁通m和漏磁通。主磁通的主要路徑是鐵磁部分；而漏磁通的主要路徑是空氣，主磁通環(huán)鏈全部繞組，而漏磁通大部環(huán)鏈部分繞組（只有極少環(huán)鏈全部繞組）。與漏磁通對(duì)應(yīng)的電感稱為漏電感 L。L= /I 漏磁通的分布很復(fù)雜，因此漏（電）感的計(jì)算一般

3、是近似的。當(dāng)線圈流過正弦交流電流時(shí)，線圈電感的作用常用相應(yīng)的阻抗表示：XL=L為電流角頻率。電抗與電感成正比，與交變頻率成正比。2112121121221NNIINM 2121212212112NNIINM mi N1N22I21I121121.2.2 電磁感應(yīng)定理（法拉第楞次電磁感應(yīng)定律） 定律描述：當(dāng)該線圈中的磁鏈發(fā)生變化，則該線圈中將有感應(yīng)電動(dòng)勢產(chǎn)生。其感應(yīng)電動(dòng)勢e與穿過此回路的磁鏈隨時(shí)間的變化率d/dt成正比。設(shè)下圖線圈的匝數(shù)為N，密集纏繞，則=N 。上式中為線圈中的磁鏈，N為線圈的匝數(shù)，為磁通量。的單位為Wb，e的單位為V。右方的負(fù)號(hào)，表示感應(yīng)電流的方向遵從楞次定律：感應(yīng)電動(dòng)勢所產(chǎn)生

4、的感應(yīng)電流的方向，總是（力圖）使得它所產(chǎn)生的磁場阻止磁通量的改變。dtdNdtde 1.2.2 電磁感應(yīng)定理（法拉第楞次電磁感應(yīng)定律）當(dāng)線圈的磁鏈變化時(shí)線圈中產(chǎn)生感應(yīng)電勢有兩種。變壓器電動(dòng)勢：磁通本身就是由交流電流所產(chǎn)生，也就是說磁通本身隨時(shí)間在變化著，這樣產(chǎn)生的電動(dòng)勢稱為變壓器電勢。（線圈與磁場相對(duì)靜止）上式中為線圈中的磁鏈，N為線圈的匝數(shù)，為磁通量。的單位為Wb，e的單位為V。運(yùn)動(dòng)電動(dòng)勢（速度電勢）：磁通本身不隨時(shí)間變化，但由于線圈與磁場間有相對(duì)運(yùn)動(dòng)而引起線圈中磁鏈的變化；另一種形象的說法是線圈在磁場中運(yùn)動(dòng)切割磁力線產(chǎn)生的感應(yīng)電勢。上式中：L為導(dǎo)體在磁場中的長度，單位是m；B為導(dǎo)體切割到的

5、磁通密度，單位是T；v為導(dǎo)體運(yùn)動(dòng)的線速度，單位m/s；e的單位為V。上式中L、B、v三個(gè)物理量必須互相垂直，其方向關(guān)系可用右手定則確定。ddeNdtdt Blve 1.2.3 電磁力F、電磁轉(zhuǎn)矩T定律描述：載流導(dǎo)體在磁場中會(huì)受到電磁力的作用。磁場對(duì)電流回路的作用力可寫為：載流導(dǎo)體在磁場中受到電磁力的作用為：上式中：B的單位為T，L的單位為m，i的單位為A，則F的單位為N。位于磁場中的載流導(dǎo)體所受電磁力的方向按左手定則確定。BliF BlirFrT旋轉(zhuǎn)電機(jī)的運(yùn)動(dòng)系旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，設(shè)所研究的導(dǎo)體位于電機(jī)的轉(zhuǎn)子上，如把導(dǎo)體上所受到的電磁力，乘以從導(dǎo)體至旋轉(zhuǎn)軸之間的距離，便得電磁轉(zhuǎn)矩T，即：上式中：T為電磁

6、轉(zhuǎn)矩，單位是N.m；r為轉(zhuǎn)子的半徑，單位是m；B的單位為T，L的單位為m，i的單位為A。1.2.4 發(fā)電機(jī)和電動(dòng)機(jī)的基本作用原理發(fā)電機(jī)的工作原理v e ii F v電動(dòng)機(jī)的工作原理1.2.5 電機(jī)的可逆原理不論是用作發(fā)電機(jī)還是電動(dòng)機(jī)，不論是交流還是直流，在同一電機(jī)中都會(huì)同時(shí)有感應(yīng)電勢和電磁力的存在。所以同一臺(tái)電機(jī)既可作發(fā)電機(jī)也可以作電動(dòng)機(jī)。從能量的角度看電機(jī)端電壓和電流的方向，對(duì)于發(fā)電機(jī)電壓和電流反向表明輸出電功率；而對(duì)于電動(dòng)機(jī)電壓和電流同向消耗電功率。對(duì)于直流電機(jī)，從電磁關(guān)系看，發(fā)電機(jī)的感應(yīng)電勢高于端電壓，電磁轉(zhuǎn)矩的方向與電機(jī)旋轉(zhuǎn)的方向相反，所以稱為反轉(zhuǎn)矩；而電動(dòng)機(jī)電磁轉(zhuǎn)矩的方向與電機(jī)旋轉(zhuǎn)方

7、向相同，而端電壓高于感應(yīng)電勢，所以稱為反電勢。如果在電機(jī)軸上外施機(jī)械功率，通過電機(jī)導(dǎo)體在磁場中作用產(chǎn)生感應(yīng)電勢可輸出電功率；如果在電機(jī)電路中從電源輸入電功率，則載流導(dǎo)體在磁場作用下可使電機(jī)旋轉(zhuǎn)而輸出機(jī)械功率。任何電機(jī)既可以作為發(fā)電機(jī)運(yùn)行，又可以作為電動(dòng)機(jī)運(yùn)行。不論用作發(fā)電機(jī)或電動(dòng)機(jī)，感應(yīng)電勢和電磁力都同時(shí)作用于導(dǎo)體。 1.2.6 交流鐵心線圈電路鐵心分直流和交流兩種。直流鐵心線圈外加直流來勵(lì)磁，產(chǎn)生的磁通是恒定的，在線圈和鐵心中不會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電勢。線圈電流與線圈電阻有關(guān)，I=U/r ，線圈的功率損耗P=I2r。直流磁路直觀簡單，容易理解。交流鐵心線圈的電磁關(guān)系、電壓關(guān)系、功率損耗方面都與直流鐵心

8、線圈不同。不論直流磁路還是交流磁路，都遵守磁路歐姆定律：mFR 1.2.6 交流鐵心線圈電路線圈通入交流電i，產(chǎn)生的磁通分為兩部分，大部分以鐵心為磁路（主磁路），是傳遞能量的主要媒介，屬于工作磁通，稱為主磁通。鉸鏈線圈自身的稱漏磁通，只占很少一部分。電壓方程式：若電壓為正弦電壓時(shí)，由于u-e，則磁通也為正弦磁通，設(shè)：電勢的有效值：()dN deedtdtui N iddieeLdtdt 磁磁 通通 與與 電電 流流 不不 成成 正正 比比磁磁 通通 與與 電電 流流 成成 正正 比比ireeueirdtdiLe()UEI rjXE 或或：mtsin() 02sin(90 ) mfNtmdeNN

9、tdt0sin(90 ) 則則：mUEfN4.441.2.6 交流鐵心線圈電路例1 要繞制一個(gè)鐵心線圈，磁路長為60cm，電源交流U =220 V，f=50Hz，鐵心為硅鋼片，面積S=30.2cm2，疊片系數(shù)k=0.91。問（1）如果要求鐵心的磁感應(yīng)強(qiáng)度Bm=1.2T，問線圈匝數(shù)N=？（2）勵(lì)磁電流應(yīng)為多大？解：（1）鐵心有效面積（2）查磁化曲線，當(dāng)Bm=1.2T ，查出Hm=700A/mm2700 60 10/2122300mmmH lI NIH lIAN -4-42-4-430.2 100.9127.5 10=1.2 27.5 10 =33 10bmmSmB SW有有效效有有效效44.44

10、3004.444.44 50 33 10mmUEfNUUNf （匝匝）有兩個(gè)線圈匝數(shù)相同，一個(gè)繞在閉合鐵芯上，另有兩個(gè)線圈匝數(shù)相同，一個(gè)繞在閉合鐵芯上，另一個(gè)繞在木材上，兩個(gè)線圈通入相同電壓的交變電流。一個(gè)繞在木材上，兩個(gè)線圈通入相同電壓的交變電流。試問兩者的主磁通大小怎樣？哪個(gè)線圈的電流大試問兩者的主磁通大小怎樣？哪個(gè)線圈的電流大?有人做過實(shí)驗(yàn)，交流電磁鐵通電后，在剛剛開始有人做過實(shí)驗(yàn)，交流電磁鐵通電后，在剛剛開始吸和的過程中電流大，一旦吸和后電流就會(huì)變小，為什吸和的過程中電流大，一旦吸和后電流就會(huì)變小，為什么？類似的，解釋為什么電磁鐵銜鐵之間有雜質(zhì)時(shí)，就么？類似的，解釋為什么電磁鐵銜鐵之間

11、有雜質(zhì)時(shí)，就會(huì)發(fā)熱嚴(yán)重，甚至燒毀線圈。會(huì)發(fā)熱嚴(yán)重，甚至燒毀線圈。？思考？思考1.2.6 交流鐵心線圈電路例2：鐵心線圈交流磁路功率損耗例題有一交流鐵心線圈，電源電壓U=220V，電路中電流I=4A，功率表讀數(shù)為P=100W，頻率f=50Hz，漏磁通和線圈電阻壓降忽略不計(jì)，求鐵心線圈的功率因數(shù)；鐵心線圈的等效電阻和等效感抗。解： 鐵心線圈的功率因數(shù)： 鐵心線圈的等效阻抗值：等效電阻：等效感抗：554220IUZ114. 04220100cosUIP221006.254FeFePrrrrI 2222556.2554.6LLXXXZrX 1.2.7 電磁鐵電磁鐵是利用通電的鐵心線圈吸引銜鐵工作的一種電器。電磁鐵的吸力公式：交流電磁鐵吸力的瞬時(shí)值：交流電磁鐵吸力平均值：交流電磁鐵噪音產(chǎn)生的原理：磁力有零點(diǎn)，反力彈簧的作用下，吸合處產(chǎn)生縫隙。消除噪音方法：磁極的部分端面上套上一個(gè)（分磁）短路環(huán)；其原理是：短路環(huán)使得磁通滯后，跟其它磁通不同步為零，磁力沒有零點(diǎn)。TmmNSBFfdtTF00271610211）（NSBF020781077220010101cos2(sin)()882mmtFBtSBSN 1.2.7 電磁鐵例3 有一拍合式鐵心線圈交流磁路，磁路尺寸為c=4cm，L=7cm。鐵心由硅鋼片疊成，橫截面正方形，邊長a=1cm。勵(lì)磁線圈電壓U=220