第1章電機與拖動緒論

1、教材：教材：電機與電力電子技術，孫冠群主編，北京電機與電力電子技術，孫冠群主編，北京大學出版社，大學出版社，2014。 實驗：實驗：電機與電力電子技術實驗指導書，孫冠群主編，中電機與電力電子技術實驗指導書，孫冠群主編，中國計量大學國計量大學/浙江天煌教學儀器公司。浙江天煌教學儀器公司。參考書目：參考書目：1 電機與拖動基礎(第3版)，李發(fā)海主編，清華大學出版社2 電機學（第6版），A.E.Fitzgerald等編，電子工業(yè)出版社 電機與電力拖動的地位電機與電力拖動的地位第第1章章 緒緒 論論1.1 1.1 電機的發(fā)展歷史電機的發(fā)展歷史1.2 1.2 電機的分類電機的分類1.3 1.3 電機有關

2、的電磁基礎知識電機有關的電磁基礎知識1.1.4 4 課程的性質、任務和內容課程的性質、任務和內容1.1 電機的發(fā)展歷史電機的發(fā)展歷史v1821年，法拉第，證明電能可轉化為運動；年，法拉第，證明電能可轉化為運動；v1831年，法拉第，電磁感應現象；年，法拉第，電磁感應現象；v1834-1838年，德國雅可比、美國達文波特，電池年，德國雅可比、美國達文波特，電池供電直流電動機雛形；供電直流電動機雛形；1.1 電機的發(fā)展歷史電機的發(fā)展歷史v1870年年-，比利時人，比利時人 格拉姆，直流發(fā)電機；格拉姆，直流發(fā)電機； 西門子電機車；西門子電機車； 愛迪生電機車；愛迪生電機車；v19世紀中葉，法拉第、亨

3、利等等，變壓器；世紀中葉，法拉第、亨利等等，變壓器；v1870-1887年，交流電機；年，交流電機；v1888年，特斯拉，三相異步電動機！年，特斯拉，三相異步電動機！v1902年，丹尼爾森，同步電機。年，丹尼爾森，同步電機。1.1 電機的發(fā)展歷史電機的發(fā)展歷史v自自20世紀初以來，電機的日益成熟和應用，徹底開世紀初以來，電機的日益成熟和應用，徹底開啟了人類啟了人類“電氣時代電氣時代”巔峰時刻的到來！至今，電機巔峰時刻的到來！至今，電機的應用領域仍然在持續(xù)擴大！的應用領域仍然在持續(xù)擴大！v控制電機與特種電機仍然在發(fā)展中?？刂齐姍C與特種電機仍然在發(fā)展中。 電能易于轉換、傳輸、分配和控制，是現代能電

4、能易于轉換、傳輸、分配和控制，是現代能源的主要形式。源的主要形式。 電機是實現機械能與電能相互轉換的電磁機器。電機是實現機械能與電能相互轉換的電磁機器。電動機：電動機： 電能電能機械能機械能發(fā)電機：發(fā)電機： 機械能機械能電能電能變壓器：變壓器： U1交流電能交流電能U2交流電能交流電能1.2 電機的分類電機的分類1.2.1 電機的種類：電機的種類：1.2 電機的分類電機的分類變壓器同步電動機電動機感應異步交流電動機同步發(fā)電機發(fā)電機感應異步交流發(fā)電機交流電機直流電動機直流發(fā)電機直流電機電機)()(1.2.2 電機的應用：電機的應用：進行能量轉化、傳輸和分配電能進行能量轉化、傳輸和分配電能一簡單供

5、電系統圖一簡單供電系統圖電廠電廠1升壓升壓Tr降壓降壓Tr用戶用戶電廠電廠2升壓升壓Tr降壓降壓Tr用戶用戶輸電線路輸電線路1.2 電機的分類電機的分類各種變壓器電力變壓器電源變壓器環(huán)形變壓器接觸調壓器控制變壓器三相干式變壓器1.2 電機的分類電機的分類1.2 電機的分類電機的分類1.2 電機的分類電機的分類1.2 電機的分類電機的分類1.2 電機的分類電機的分類1.2 電機的分類電機的分類1.2 電機的分類電機的分類1.2 電機的分類電機的分類1.2 電機的分類電機的分類1.2 電機的分類電機的分類1.2 電機的分類電機的分類1.2 電機的分類電機的分類1.2 電機的分類電機的分類1.2 電

6、機的分類電機的分類1.2.3 電機的發(fā)展狀況電機的發(fā)展狀況大型和超小型方向發(fā)展大型和超小型方向發(fā)展1.2 電機的分類電機的分類1.2.4 各種微電機各種微電機 交、直流伺服電動機交、直流伺服電動機 步進電動機步進電動機 交、直流測速發(fā)電機交、直流測速發(fā)電機 自整角機自整角機 旋轉變壓器旋轉變壓器 感應同步器感應同步器 無刷直流電動機無刷直流電動機 小功率同步電動機小功率同步電動機 直流力矩電動機直流力矩電動機 低慣量直流電動機低慣量直流電動機 低速同步電動機低速同步電動機 直線電機等新型電機直線電機等新型電機控制類控制類 檢測類檢測類 驅動類驅動類 1.2 電機的分類電機的分類本節(jié)要求：本節(jié)要

7、求：掌握鐵磁材料的性質及其磁化曲線掌握鐵磁材料的性質及其磁化曲線熟練掌握電磁感應定律和電磁力定律熟練掌握電磁感應定律和電磁力定律掌握研究磁路的幾個基本定律掌握研究磁路的幾個基本定律掌握描述磁路的基本物理量掌握描述磁路的基本物理量掌握磁路的基本概念及其電機磁路的特點掌握磁路的基本概念及其電機磁路的特點1.3 電機有關的電磁基礎知識電機有關的電磁基礎知識 1.3.1 1.3.1 磁場的基本概念磁場的基本概念磁路：磁通磁路：磁通 經過的路徑。經過的路徑?；疚锢砹浚夯疚锢砹浚簡挝唬簡挝唬篧b/m2;或或T2、磁通、磁通 BS 單位：單位：Wb1、磁感應強度、磁感應強度B（磁密）磁密）4、磁場強度、

8、磁場強度HB= H 單位：單位：A/m 5、磁動勢、磁動勢F F=NI=Hl 單位：單位：A 線圈中有電流線圈中有電流I，線圈周圍就會產生磁場，磁場強線圈周圍就會產生磁場，磁場強弱取決于線圈匝數弱取決于線圈匝數N和電流和電流I的乘積的乘積NI（該乘積就叫該乘積就叫磁動勢磁動勢F）。）。6、磁阻、磁阻Rm Rm=l/( S) 單位：單位：A/Wb3、磁導率、磁導率 單位：亨單位：亨/米米1.3 電機有關的電磁基礎知識電機有關的電磁基礎知識鐵心鐵心磁通磁通線線 圈圈變變 壓壓 器器 磁磁 路路 圖圖1.3 電機有關的電磁基礎知識電機有關的電磁基礎知識氣氣 隙隙電電 樞樞 漏磁通漏磁通 主磁通主磁通

9、NS磁磁 軛軛直直 流流 電電 機機 磁磁 路路 圖圖1.3 電機有關的電磁基礎知識電機有關的電磁基礎知識1.3.2 電磁定律電磁定律1、安培環(huán)路定律（全電流定律）、安培環(huán)路定律（全電流定律）lNIFHdl 磁場強度磁場強度H沿任意閉合回路沿任意閉合回路l的線積分，等于該閉合的線積分，等于該閉合回路所包圍的全部電流，即回路所包圍的全部電流，即若沿著回線若沿著回線l, 磁場強度磁場強度H的方向總在切線方向、其大的方向總在切線方向、其大小處處相等，則小處處相等，則Hl=NI1.3 電機有關的電磁基礎知識電機有關的電磁基礎知識2、磁路歐姆定律、磁路歐姆定律磁路中的磁通與磁勢成正比，與磁阻成反比，即磁

10、路中的磁通與磁勢成正比，與磁阻成反比，即磁通磁通 =F/Rm推導過程：推導過程： F=NI=HL =B/ L (B= H) = L/ ( S) ( =BS) F = Rm (令令Rm=l/( S)1.3 電機有關的電磁基礎知識電機有關的電磁基礎知識3、磁路的基爾霍夫第一定律、磁路的基爾霍夫第一定律 任何磁路中，流進節(jié)點的磁通代數和為零任何磁路中，流進節(jié)點的磁通代數和為零 1 3 2 A 節(jié)點節(jié)點A： 1+ 2+ 3=0 4、磁路的基爾霍夫第二定律、磁路的基爾霍夫第二定律 在閉合磁回路中，磁路各在閉合磁回路中，磁路各段磁壓降代數和等于作用于段磁壓降代數和等于作用于該磁路上的磁動勢之和。該磁路上的

11、磁動勢之和。 NI=mkkkLH11.3 電機有關的電磁基礎知識電機有關的電磁基礎知識1）運動電動勢（切割電動勢）：）運動電動勢（切割電動勢）： 導體在磁場中運動時，導體中會感應出電勢導體在磁場中運動時，導體中會感應出電勢e ，當當如圖磁場均勻，導線、如圖磁場均勻，導線、B、運動方向三者互相垂直時。運動方向三者互相垂直時。其電動勢其電動勢 e=Blvl：導體長度；導體長度；v：導體與磁場的相對速度。導體與磁場的相對速度。正方向：用右手定則判斷。正方向：用右手定則判斷。電勢電勢e正方向表示電位升高的方向，與正方向表示電位升高的方向，與U相反。相反。如果同一元件上如果同一元件上e和和U正方向相同時

12、，正方向相同時，e= -U。ev5、電磁感應定律電磁感應定律 變化的磁場會產生電場，使導體感應電動勢，這就是電磁感應變化的磁場會產生電場，使導體感應電動勢，這就是電磁感應現象。在電機中電磁感應主要表現為兩個方面。現象。在電機中電磁感應主要表現為兩個方面。1.3 電機有關的電磁基礎知識電機有關的電磁基礎知識2）變壓器電勢：）變壓器電勢：線圈中的磁通變化時，線圈中會感應電勢線圈中的磁通變化時，線圈中會感應電勢e：感應電勢感應電勢e=d dt=d dt-N電勢電勢e正方向：正方向：e 的正方向與的正方向與 正方向符合右手螺旋關系正方向符合右手螺旋關系（按左手螺旋關系規(guī)定（按左手螺旋關系規(guī)定e與與 的

13、正方向時結果為正的正方向時結果為正 ）I Ne1.3 電機有關的電磁基礎知識電機有關的電磁基礎知識6、電磁力定律（載流導體在磁場中的安培力）、電磁力定律（載流導體在磁場中的安培力） 一個通電流的導體，在磁場中要受到力的作用，一個通電流的導體，在磁場中要受到力的作用，這個力叫電磁力。這個力叫電磁力。 在如圖均勻磁場中，在如圖均勻磁場中，載流導線與載流導線與B方向垂直，方向垂直，導線長度為導線長度為l，則：則： 電磁力電磁力 f=Bilif電磁力方向：電磁力方向：左左手定則判斷手定則判斷1.3 電機有關的電磁基礎知識電機有關的電磁基礎知識 1.3.1.3.3 3 鐵鐵 磁磁 材材 料料 的的 磁磁

14、 性性 能能一、高導磁性一、高導磁性1、含義：在一個空間（外）磁場中，放入鐵磁材、含義：在一個空間（外）磁場中，放入鐵磁材料，該磁場會被大大加強。料，該磁場會被大大加強。iiB1iiB2B1B21.3 電機有關的電磁基礎知識電機有關的電磁基礎知識2、高導磁性原因、高導磁性原因附加磁場附加磁場外磁場外磁場1.3 電機有關的電磁基礎知識電機有關的電磁基礎知識二、鐵磁材料的磁化過程和磁化曲線二、鐵磁材料的磁化過程和磁化曲線=B/H1.3 電機有關的電磁基礎知識電機有關的電磁基礎知識三、鐵磁材料的磁滯和剩磁現象三、鐵磁材料的磁滯和剩磁現象 鐵磁材料中磁場鐵磁材料中磁場B的變化落后于外磁場的變化落后于外

15、磁場H的變化的變化稱為磁滯現象，從而在鐵磁材料中產生了剩磁。稱為磁滯現象，從而在鐵磁材料中產生了剩磁。BH-Hc剩磁剩磁矯頑力矯頑力0Bsm =B/H0 i =B/H0 HcBr1.3 電機有關的電磁基礎知識電機有關的電磁基礎知識四、鐵磁材料的磁損耗（鐵心損耗）四、鐵磁材料的磁損耗（鐵心損耗） 當鐵磁材料處于當鐵磁材料處于變化磁場變化磁場中，會產生渦流損耗中，會產生渦流損耗和磁滯損耗。和磁滯損耗。1、渦流損耗、渦流損耗 鐵心有導電性，當通過鐵心的磁通隨時間鐵心有導電性，當通過鐵心的磁通隨時間變化時，依據電磁感應定律，鐵心中產生感變化時，依據電磁感應定律，鐵心中產生感應電動勢并引起環(huán)流，在鐵心中

16、作旋渦狀流應電動勢并引起環(huán)流，在鐵心中作旋渦狀流動，稱為渦流，那么這種損耗叫渦流損耗。動，稱為渦流，那么這種損耗叫渦流損耗。2、磁滯損耗、磁滯損耗磁疇來回翻轉，摩擦耗能。磁疇來回翻轉，摩擦耗能。鋼片鋼片硅鋼片硅鋼片1.3 電機有關的電磁基礎知識電機有關的電磁基礎知識 1.4.1 本課程性質及其特點：本課程性質及其特點： （難難!）（2）基本概念多）基本概念多 （3）電磁力關系復雜（電流、電壓、磁場、力矩關系）電磁力關系復雜（電流、電壓、磁場、力矩關系）（4）該課程以大學物理和電路理論為基礎）該課程以大學物理和電路理論為基礎 1.4.2 要求：要求：（1）盡量重點內容作筆記、標記）盡量重點內容作

17、筆記、標記（1）本課程屬于技術基礎課本課程屬于技術基礎課（2）做好作業(yè)）做好作業(yè)1.4 課程的性質、任務和內容課程的性質、任務和內容1.4.3 本課程學習內容：本課程學習內容：直流電機、異步電機、變壓器等直流電機、異步電機、變壓器等掌握內容：掌握內容： 1）結構、工作原理）結構、工作原理2）電磁關系分析）電磁關系分析3）特性）特性1.4 課程的性質、任務和內容課程的性質、任務和內容v1.電機中涉及哪些基本電磁定律？試說明它們在電機中的主要作用。v答：全電流定律：電生磁的定律，實現電磁轉換。電磁感應定律：磁生電的定律，電磁轉換；其中運動電動勢表征發(fā)電機原理，變壓器電動勢表征變壓器原理。電磁力定律

18、：電磁產生運動的定律，表征電動機原理。v2.簡介鐵磁材料磁化特性原理。v答：鐵磁材料作為磁路的介質，在外磁場中呈現很強的磁性，這種現象稱為鐵磁物質的磁化。 鐵磁物質能被磁化并增強總磁場，是因為在它內部存在著許多很小的天然磁化區(qū)，稱為磁疇，磁疇可用一些小磁鐵示意，鐵磁物質未放入磁場之前，磁疇雜亂無章地排列著，磁效應互相抵消，對外部不呈磁性；當將鐵磁物質放入一個磁場中，在這個外磁場的作用下，磁疇的極性將趨于同一方向，由此形成一個附加磁場，疊加在外磁場上。從而，鐵磁材料的加入使得總磁場大為增強。當磁疇全部沿外磁場方向排列后，即使外磁場再增加，鐵磁材料內磁場幾乎不再增加，即進入磁飽和狀態(tài)。v3.鐵耗是如何形成的？電機