電機學 第一章導論

1、一、電機的應用電力：電能的生產(chǎn)、傳輸和分配(圖1)發(fā)電廠用發(fā)電機-機械能轉(zhuǎn)換為電能；變壓器-變電壓工業(yè)、交通、農(nóng)業(yè)等領(lǐng)域：驅(qū)動生產(chǎn)機械和裝備（圖2）自動控制系統(tǒng)(圖3) ：控制電機第一章 導論 1.1 概述圖1 電能的生產(chǎn)、傳輸和分配返回圖2 驅(qū)動生產(chǎn)機械和裝備 拖動生產(chǎn)機械如金屬切削、礦山機械、交通運輸機械、起重機械、化工機械、農(nóng)用機械、電動工具、家用電器等。返回圖3 控制系統(tǒng)和智能化裝置的重要元件返回二、電機的定義電機是基于電磁感應定律、電磁力定律（能進行電磁感應），由電路和磁路所構(gòu)成，能進行機電能量轉(zhuǎn)換或信號變換的電磁機械裝置。電機動力類控制電機變壓器直線電機旋轉(zhuǎn)電機電動機發(fā)電機直流電機

2、異步電機同步電機電動機發(fā)電機 自動控制系統(tǒng)中的執(zhí)行元件、檢測元件三、分類圖4 旋轉(zhuǎn)電機四、電機中所用材料：1、電電路導電材料（及絕緣材料）紫銅、鋁線（絕緣:按耐熱能力高低分A、E、B、F、H、C六個等級）導電材料及絕緣材料：導電材料：紫銅、鋁線(圖5)絕緣材料：按耐熱能力高低分六個等級A1050 E1200 B1300 F1550 H1800 C1800 電機的溫升：電機某部分的溫度與周圍介質(zhì)溫度0之差稱為電機該部分的溫升 。=- 0 國標 0max =400 圖5測溫方法：溫度計法、電阻法、埋置測溫法、模糊測溫法等。2、磁磁路導磁材料硅鋼片(圖6)、鑄鋼等導磁材料：鐵磁材料3、力結(jié)構(gòu)材料鑄鋼

3、、鑄鐵、鋼板等圖6圖7 定子鐵心圖8 定子鐵心與機座1.2 鐵磁材料特性1.導磁性 磁導率：=B/H真空的磁導率：相對磁導率：鐵磁材料： 不為常數(shù)，與B有關(guān)，為0的幾百幾千倍。BH圖9 鐵磁材料的起始磁化曲線abcd 2. 鐵磁材料的磁化特性（BH曲線/磁化曲線）磁化曲線特點 ： 變化 總體非線性 存在飽和特性 B 圖10 鐵磁材料的磁滯回線HBabcdef 3.鐵磁材料磁滯回線HC矯頑力Br剩余磁感應強度鐵磁材料：軟磁材料-磁滯回線窄，HC及Br小硬磁材料-磁滯回線寬，HC及Br大HC及Br大，難退磁-永磁材料 磁密落后于磁場強度，亦即磁通落后于激磁電流的現(xiàn)象，稱為磁滯現(xiàn)象。 4.基本磁化曲

4、線或平均磁化曲線選不同Hm,反復磁化，的一系列磁滯回線，把各頂點連接起來即得。(圖11 )圖11 基本磁化曲線基本磁化曲線HB 思考題：什么是軟磁材料？什么是硬磁材料? 鐵磁材料分：軟磁材料和硬磁材料。磁滯回線較寬，即矯頑力大、剩磁也大的鐵磁材料稱為硬磁材料(永磁材料)。一經(jīng)磁化很難退磁。常用硬磁材料有鐵氧體、鋁鎳鈷、釹鐵棚等，可以用來制造永磁電機。磁滯回線較窄，即磁導率大、矯頑力小的鐵磁材料稱為軟磁材料。電機鐵心常用的硅鋼片、鑄鐵等是軟磁材料。 三、磁滯損耗、渦流損耗鐵磁材料的磁滯損耗交變磁場中，鐵磁材料反復磁化，磁疇之間相互摩擦，消耗能量。 -實驗確定 Bm= 0.11.0T時，=1.6

5、Bm= 1.01.6T時，=2Kh取決于不同材料的系數(shù) V體積 f頻率渦流損耗 因為鐵心可以導電，故當通過鐵心的磁通隨時間變化時，也將鐵心中也將產(chǎn)生感應電勢，并因而在其中引起環(huán)流。這些環(huán)流在鐵心內(nèi)部圍繞磁通作渦流狀流動，稱為渦流。渦流在鐵心中引起的損耗，稱為渦流損耗。渦流損耗V 鋼片的體積 -硅鋼片的電阻率 d-硅鋼片厚度加入硅硅鋼片增大交流鐵心損耗=磁滯損耗+渦流損耗單位重量下：W-重量 -鐵耗系數(shù) 為減小電阻損耗繞組常用紫銅線或鋁線。 為增加磁路磁導率降低鐵耗，鐵心采用導磁性能高的硅鋼片制成，磁路其它部分常采用導磁性能較高的鋼板和鑄鐵制成。 常用絕緣材料:云母、石棉、玻璃絲、聚酯薄膜、磁漆

6、、棉紗等。性能、耐熱能力不同。 常用結(jié)構(gòu)材料:鑄鐵、鑄鋼和鋼板，有的小型電機采用鋁合金。 電機制造通常使用哪些材料？硅鋼片簡介:冷軋硅鋼片：軋硅鋼片是我國主要的缺鋼材品種。生產(chǎn)企業(yè)主要是武鋼、寶鋼股份和太鋼，設(shè)計能力85萬噸/年，其中武鋼40萬噸/年、寶鋼股份35萬噸/年、太鋼10萬噸/年。由于冷軋硅鋼片生產(chǎn)不能滿足需求，仍在大量生產(chǎn)和使用熱軋硅鋼片，同時還要大量進口冷軋硅鋼片。2003年，我國生產(chǎn)熱軋硅鋼片90.2萬噸，進口冷軋硅鋼片158.1萬噸，出口9.4萬噸，硅鋼片表觀消費量342萬噸。在中小型電機和家用電器制造業(yè)，熱軋硅鋼片占了相當大的比例；在大中型變壓器制造業(yè)，進口硅鋼片占了較大的

7、比例。 表1 無取向硅鋼片中國國家執(zhí)行標準：GB2521 88中國國家執(zhí)行標準：GB12521 1998相對應的俄羅斯牌號DW470-5050W470-50W5402212一、冷卻介質(zhì)氣冷（氫氣）、液冷（水、油）、水氫氫混合冷二、冷卻方式間接空氣冷卻（冷卻介質(zhì)只與鐵心、繞組、機殼外表面接觸）直接-氫氣、水（進入發(fā)熱體內(nèi)部）三、機殼防護開啟式、防護式1.3 電機的冷卻與防護1.4 電機的額定值于定額一、額定值UN 、 UN 、 PN 等，標于銘牌上。二、定額連續(xù)運行短時運行：10、30、60、90min周期工作：負載持續(xù)率=額定負載時間/(負載時間+停止時間)國標：15%、25%、40%、60%

8、1.5 磁路基本定律、計算方法一、磁路分析1、基爾霍夫第一定律穿入任一封閉面的磁通等于穿出該封閉面的磁通。（穿入任一封閉面的總磁通等于0）。 =02、基爾霍夫第二定律在磁路中沿任何閉合磁路徑上，磁動勢的代數(shù)和等于磁壓降的代數(shù)和。 F= Hl3、磁路歐姆定律 =F/Rm=Fm-磁路磁阻；m -磁路磁導與電路對應二、電路分析交、直流電路分析 歐姆定律： 基爾霍夫定律：圖12 磁路電路圖磁通 磁路電路磁動勢 F磁感應強度B磁阻電動勢 E電流 I電流密度 J電阻 R表2 磁路電路對比電磁感應定律：全電流定律：三、電磁定律例題作業(yè): P42 1.18電磁感應定律有時寫成 ，有時寫成 ，有時又寫成 ，這三

9、種寫法之間有什么差別? 在什么情況下寫成 ？ 思考題四、電、磁和力的關(guān)系右手定則：導體在磁場中運動產(chǎn)生電勢eBvBfi左手定則：載流導體在磁場中受到的電磁力圖13 左、右手定則五、磁路計算方法分鐵心磁路計算、永磁體磁路計算。1、鐵心磁路計算：串聯(lián)磁路：第一類：已知F(電機變壓器設(shè)計中的磁路計算通常屬第一類問題)a、將磁路分段 原則：同一段上、A、相同。圖中分鐵心和氣隙兩段.圖14 鐵心磁路b、求各段B BK = K /AKc、確定HK A、非鐵磁材料 K= 0 HK =BK/ 0 B、鐵磁材料 查磁化曲線，由BK HK d、求代數(shù)和 F = HK lK = FK =iN第二類：已知F 試探法例

10、題作業(yè): P41 1.10 P42 1.21并聯(lián)磁路：與串聯(lián)磁路計算相同，第一類問題順序求解，第二類問題采用迭代法。圖中分四段.圖15 并聯(lián)磁路第一類：已知Fa、將磁路分段 原則：同一段上、A、相同。b、根據(jù)基爾霍夫第一、二定律列寫節(jié)電方程和回路方程并求解c、分段逐一求B BK = K /AKd、確定HK A、非鐵磁材料 K= 0 HK =BK/ 0 B、鐵磁材料 查磁化曲線，由BK HK e 、求代數(shù)和 F = HK lK = FK =iN1.6 學習方法綜合性 各種規(guī)律同時作用、多個物理量互相影響實用性 主次之分， 具體條件作具體分析學習方法: 積極思考，多做練習. 前后關(guān)聯(lián)，掌握體系 聯(lián)系實際，創(chuàng)新設(shè)計 例1 有一閉合鐵心磁路，鐵心的截面積 ，磁路的平均長度L=0.3m，鐵心的磁導率，套裝在鐵心上的勵磁繞組為500匝。試求在鐵心中產(chǎn)生1T的磁通密度時，所需的勵磁磁動勢和勵磁電流。 解 用安培環(huán)路定律來求解。 磁場強度 磁動勢 勵磁電流 返回例2 若在例ll的磁路中