電機(jī)與拖動(dòng)課件

電機(jī)與拖動(dòng)課件2023/3/281第一頁，共五十一頁，2022年，8月28日緒論第一章直流電機(jī)第二章直流電動(dòng)機(jī)的電力拖動(dòng)第三章變壓器第四章三相異步電動(dòng)機(jī)第五章三相異步電動(dòng)機(jī)的電力拖動(dòng)第六章同步電機(jī)第七章驅(qū)動(dòng)和控制微電機(jī)第八章電力拖動(dòng)系統(tǒng)中電動(dòng)機(jī)的選擇電機(jī)及拖動(dòng)電子教案2023/3/282第二頁，共五十一頁，2022年，8月28日緒論電機(jī)是利用電磁感應(yīng)原理工作的機(jī)械。電機(jī)常用的分類方式有兩種：一是按功能分，有發(fā)電機(jī)、電動(dòng)機(jī)、變壓器和控制電機(jī)四大類；二是按電機(jī)結(jié)構(gòu)或轉(zhuǎn)速分，有變壓器和旋轉(zhuǎn)電機(jī)。注意“機(jī)”與“器”的區(qū)別。0.1電機(jī)及電力拖動(dòng)系統(tǒng)概述兩種方法歸納如下：電機(jī)變壓器直流電機(jī)直流發(fā)電機(jī)直流電動(dòng)機(jī)交流電機(jī)控制電機(jī)同步電機(jī)同步發(fā)電機(jī)同步電動(dòng)機(jī)異步電機(jī)異步發(fā)電機(jī)異步電動(dòng)機(jī)2023/3/283第三頁，共五十一頁，2022年，8月28日緒論電機(jī)拖動(dòng)系統(tǒng)是用電動(dòng)機(jī)來拖動(dòng)機(jī)械運(yùn)行的系統(tǒng)。包括：電動(dòng)機(jī)、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、生產(chǎn)機(jī)械、控制設(shè)備和電源五個(gè)部分。0.1電機(jī)及電力拖動(dòng)系統(tǒng)概述它們之間的關(guān)系如下電動(dòng)機(jī)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)生產(chǎn)負(fù)載控制設(shè)備電源2023/3/284第四頁，共五十一頁，2022年，8月28日電機(jī)技術(shù)發(fā)展簡(jiǎn)介1821年英國科學(xué)家法拉第,

1834年亞哥比研制成功第一臺(tái)實(shí)用直流電動(dòng)機(jī)1871年凡·麥爾準(zhǔn)發(fā)明交流發(fā)電機(jī)20世紀(jì)性能方面改進(jìn)我國解放前直流發(fā)電機(jī)200kw，電動(dòng)機(jī)135kw，變壓器2000kvAJO,JO2,Y系列改進(jìn)，50年代生產(chǎn)5萬千瓦汽輪發(fā)電機(jī)，7.25萬千瓦水輪發(fā)電機(jī)，12萬千瓦變壓器。2023/3/285第五頁，共五十一頁，2022年，8月28日電機(jī)技術(shù)發(fā)展簡(jiǎn)介2002年交流電機(jī)累計(jì)7005萬千瓦，03年8920萬千瓦。03與加拿大合作三峽電站70萬千瓦混流式水輪發(fā)電機(jī)，05制造外徑18.43m、1694.5噸發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子裝于珠海發(fā)電廠。2023/3/286第六頁，共五十一頁，2022年，8月28日電機(jī)技術(shù)發(fā)展簡(jiǎn)介

三峽工程共裝設(shè)32臺(tái)70萬千瓦機(jī)組，為當(dāng)今世界最大的水電機(jī)組。三峽工程目前已有17臺(tái)機(jī)組投產(chǎn)發(fā)電，投產(chǎn)總裝機(jī)容量達(dá)到1,190萬千瓦，發(fā)電能力居中國水電站首位。

2023/3/287第七頁，共五十一頁，2022年，8月28日緒論本課程是工業(yè)電氣與自動(dòng)化、電氣技術(shù)和供用電技術(shù)等專業(yè)的一門專業(yè)基礎(chǔ)課。0.2本課程的性質(zhì)、任務(wù)和內(nèi)容本課程的任務(wù)是讓學(xué)生掌握電機(jī)的基本結(jié)構(gòu)和工作原理，以及拖動(dòng)系統(tǒng)的運(yùn)行性能、分析計(jì)算、電機(jī)選擇及試驗(yàn)方法，培養(yǎng)在電機(jī)及電力拖動(dòng)方面分析和解決問題的能力，為今后學(xué)習(xí)和工作打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。本課程的內(nèi)容有直流電機(jī)、直流電動(dòng)機(jī)的電力拖動(dòng)、變壓器、三相異步電動(dòng)機(jī)、三相異步電動(dòng)機(jī)的電力拖動(dòng)、同步電機(jī)、驅(qū)動(dòng)和微控電機(jī)、電動(dòng)機(jī)的選擇八個(gè)部分。2023/3/288第八頁，共五十一頁，2022年，8月28日緒論電機(jī)及拖動(dòng)是一門理論性很強(qiáng)的技術(shù)基礎(chǔ)課，同時(shí)又具有專業(yè)課的性質(zhì)，涉及的基礎(chǔ)理論和實(shí)際知識(shí)面廣，是電磁學(xué)、動(dòng)力學(xué)、熱力學(xué)等學(xué)科知識(shí)的綜合。用理論分析電機(jī)及拖動(dòng)的實(shí)際問題時(shí)，必須結(jié)合電機(jī)的具體結(jié)構(gòu)，采用工程觀點(diǎn)和分析方法。掌握基本理論的同時(shí)，還要注意培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)操作技能和計(jì)算方法。0.3本課程的特點(diǎn)及學(xué)習(xí)方法為了學(xué)好本門課程，必須做到以下幾點(diǎn)：1、抓主要矛盾，有條件地略去一些次要因素；2、抓住重點(diǎn)，牢固掌握基本概念、基本原理和主要特性；3、要有良好的學(xué)習(xí)方法，運(yùn)用對(duì)比或比較的方法，分析電機(jī)的共性和特點(diǎn)，加深對(duì)原理和性能的理解；提高定量計(jì)算能力。4、理論聯(lián)系實(shí)際，重視科學(xué)實(shí)驗(yàn)和工程實(shí)踐；5、充分預(yù)習(xí)和復(fù)習(xí)。2023/3/289第九頁，共五十一頁，2022年，8月28日緒論磁場(chǎng)可由電流產(chǎn)生，整個(gè)磁場(chǎng)的情況可形象地用磁感線來描述，磁感線是閉合的曲線，且與閉合電路相交鏈，其方向與產(chǎn)生該磁場(chǎng)的電流方向符合右手螺旋定則。0.4磁場(chǎng)的基本物理量（1）磁通磁場(chǎng)中穿過某一截面積A的總磁感應(yīng)線數(shù)稱為通過該面積的磁通量，簡(jiǎn)稱磁通（magneticflux),用表示，單位為韋（Wb)。（2）磁感應(yīng)強(qiáng)度B(fluxdensity)描述磁介質(zhì)中實(shí)際的磁場(chǎng)強(qiáng)弱和方向的物理量，它是一個(gè)矢量。B=/A。單位為特斯拉。2023/3/2810第十頁，共五十一頁，2022年，8月28日緒論0.4磁場(chǎng)的基本物理量（3）磁場(chǎng)強(qiáng)度H（magneticintensity)是進(jìn)行磁場(chǎng)計(jì)算時(shí)引進(jìn)的一個(gè)輔助物理量。方向與磁場(chǎng)方向相同。H與B的區(qū)別是：H代表電流本身產(chǎn)生的磁場(chǎng)強(qiáng)弱，反映了電流的勵(lì)磁能力。其大小只與產(chǎn)生該磁場(chǎng)的電流大小成正比。與介質(zhì)的性質(zhì)無關(guān)；B代表電流所產(chǎn)生的以及介質(zhì)被磁化后產(chǎn)生的總磁場(chǎng)的強(qiáng)弱，其大小不僅與電流的大小有關(guān)，還與介質(zhì)的性質(zhì)有關(guān)。H的單位為安每米（A/m)。（4）磁導(dǎo)率u(Permeability)u=B/H；它是衡量物質(zhì)導(dǎo)磁能力的物理量，單位為亨每米H/m)。真空的磁導(dǎo)率為一常數(shù)，用u0表示，2023/3/2811第十一頁，共五十一頁，2022年，8月28日緒論0.5物質(zhì)的磁性能物質(zhì)按磁導(dǎo)率的不同分為：磁性物質(zhì)（magneticmaterial)和非磁性物質(zhì)（non-magneticmaterial)。非磁性物質(zhì)的磁導(dǎo)率u近似等于真空的磁導(dǎo)率u0。磁性物質(zhì)亦稱為鐵磁物質(zhì)，主要性能有：（1）高磁導(dǎo)性鑄鋼的u約為u0的1000倍，硅鋼片的u約為u0的6000～7000倍。磁性物質(zhì)的特點(diǎn)是有可轉(zhuǎn)動(dòng)的“磁疇”。電機(jī)采用鐵心后，在同樣的電流下，鐵心中的B和將大大增加且比鐵心外的大的多，這樣，一方面可用較小的電流產(chǎn)生較強(qiáng)的磁場(chǎng)，另一方面可使大部分磁通集中在由磁性物質(zhì)限定的空間內(nèi)。（2）磁飽和線起始磁化曲線（initialmagnetizationcurve)（3）磁滯性2023/3/2812第十二頁，共五十一頁，2022年，8月28日緒論0.5物質(zhì)的磁性能剩磁強(qiáng)度Br；矯頑磁力Hc?；敬呕€

（fundamentalmagnetizationcurve):同一鐵磁物質(zhì)，選取不同值的一系列Hm多次交變磁化，可得到一系列磁滯回線，由這些磁滯回線的正頂點(diǎn)與原點(diǎn)連成的曲線。硬磁材料的磁滯回線很寬，Br和Hc都很大，如鈷鋼，鋁鎳鈷合金和釹鐵硼合金等，常用來制造永久磁鐵。軟磁材料

的磁滯回線很窄，Br和Hc都很小，如軟鐵，硅鋼，玻莫合金和鐵氧體等，常用來制造變壓器，電機(jī)和接觸器等的鐵心。矩磁物質(zhì)的磁滯回線接近矩形，Br大，Hc小，如鎂錳鐵氧體（磁性陶瓷）和某些鐵鎳合金等，常用在電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)中。2023/3/2813第十三頁，共五十一頁，2022年，8月28日緒論0.6電機(jī)中所用材料1.導(dǎo)電材料:紫銅線、鋁線，用于制成電機(jī)繞組。2.導(dǎo)磁材料:

0.35或0.5mm厚的硅鋼片疊成,構(gòu)成電機(jī)磁路。3.絕緣材料：把導(dǎo)電體之間、導(dǎo)電體與鐵磁體之間絕緣開來。絕緣等級(jí)

A

E

B

F

H允許溫度OC

105

120

130

155

1804.機(jī)械支撐材料：制造電機(jī)所需要的其它金屬材料。0.52023/3/2814第十四頁，共五十一頁，2022年，8月28日為B級(jí)的絕緣材料，主要是由云母、石棉、玻璃絲經(jīng)有機(jī)膠膠合或浸漬而成的。常用的B級(jí)絕緣材料有PVC玻璃纖維套管(黃臘管),6520復(fù)合紙,DMD絕緣紙等.2023/3/2815第十五頁，共五十一頁，2022年，8月28日緒論0.7磁路的基本定律電流通過線圈時(shí)產(chǎn)生的磁通可以分為兩部分：主磁通（mainmagneticflux),漏磁通（leakagemagneticflux)。主磁路通過的路徑稱為磁路(magneticcircuit)。（1）磁路歐姆定律全電流定律：在磁路中，沿任一閉合路徑，磁場(chǎng)強(qiáng)度的線積分等于與該閉合路徑交鏈的電流的代數(shù)和。即2023/3/2816第十六頁，共五十一頁，2022年，8月28日緒論0.7磁路的基本定律當(dāng)電流的方向與閉合路徑的積分方向符合右手螺旋定則時(shí)，電流前取正號(hào)，反之取負(fù)號(hào)。2023/3/2817第十七頁，共五十一頁，2022年，8月28日緒論0.7磁路的基本定律由于uc>>uo。lo盡管很小，Rmo仍然比Rmc大得多。因此，當(dāng)磁路中由空氣隙存在時(shí)，磁路的磁阻Rm將顯著增加，若磁動(dòng)勢(shì)F一定，則磁路中的磁通將減少。反之，若保持磁路中的磁通一定，則磁動(dòng)勢(shì)就應(yīng)增加?？梢?，磁路中應(yīng)盡量減少不必要的空氣隙。（2）磁路基爾霍夫第一定律：在磁路的任何一個(gè)閉合面上，磁路的代數(shù)和等于零。（3）磁路基爾霍夫第二定律：在磁路中沿任何閉合磁路徑上，磁動(dòng)勢(shì)的代數(shù)和等于磁壓降的代數(shù)和。2023/3/2818第十八頁，共五十一頁，2022年，8月28日緒論0.8電量與磁量、電路定律與磁路定律對(duì)比電路磁路電動(dòng)勢(shì)E產(chǎn)生電流的源。如發(fā)電機(jī)、電池等。磁動(dòng)勢(shì)產(chǎn)生磁通的源：載流線圈。I為電流，N為匝。電流I由電動(dòng)勢(shì)產(chǎn)生，在導(dǎo)體中流通。磁通由磁動(dòng)勢(shì)產(chǎn)生，在磁路中流通。電流密度J=I/S磁通密度

B=/S電場(chǎng)強(qiáng)度E表示電場(chǎng)的強(qiáng)弱。磁感應(yīng)強(qiáng)度B表示磁場(chǎng)的強(qiáng)弱。電阻率ρ反映導(dǎo)體對(duì)電流阻力大小的系數(shù)。磁阻率ρm反映磁體對(duì)磁通阻力大小的系數(shù)。電導(dǎo)率

γ磁導(dǎo)率

2023/3/2819第十九頁，共五十一頁，2022年，8月28日緒論電量與磁量、電路定律與磁路定律對(duì)比（續(xù)表）電路磁路電阻磁阻電導(dǎo)磁導(dǎo)電壓降UU=RI磁壓降F=Hl

電路基爾霍夫第一定律磁路基爾霍夫第一定律電路基爾霍夫第二定律磁路基爾霍夫第二定律

電磁感應(yīng)定律電磁力定律2023/3/2820第二十頁，共五十一頁，2022年，8月28日練習(xí)1、全電流定律用公式表示為

。2、磁路歐姆定律表達(dá)式為

，其中

。

3、磁壓降（磁位降）的表達(dá)式為

。4、鐵心氣隙很小，氣隙磁阻

，氣隙磁壓降比其它各段鐵磁路的磁壓降之和

，即勵(lì)磁磁動(dòng)勢(shì)的絕大部分消耗在

。Hl仍很大還要大得多氣隙上2023/3/2821第二十一頁，共五十一頁，2022年，8月28日5、空心線圈的電感是常數(shù)，而鐵心線圈的電感不是常數(shù)，為什么？如果線圈的尺寸、形狀和匝數(shù)相同，有鐵心和沒有鐵心時(shí)，哪個(gè)電感大？鐵心線圈的鐵心在達(dá)到磁飽和和未達(dá)到磁飽和狀態(tài)時(shí)，哪個(gè)電感大？由上式知：空心線圈的磁導(dǎo)率是常數(shù)，所以它的電感也是常數(shù)；而鐵心線圈的磁導(dǎo)率不是常數(shù)（隨線圈電流的大小而變），所以電感也不是常數(shù)。線圈中有鐵心時(shí)，因?yàn)椋噪姼写?。鐵心達(dá)到磁飽和后，大大降低，因此L也隨著減小。2023/3/2822第二十二頁，共五十一頁，2022年，8月28日練習(xí)6、用D23疊成的有間隙鐵心它的截面積A=9×10－4m2，鐵心平均長(zhǎng)度l1=0.3m，空氣隙長(zhǎng)度0.5×10-3m，線圈的匝數(shù)N=500匝。試求產(chǎn)生磁通9.9×10-4Wb時(shí)所需要的勵(lì)磁磁動(dòng)勢(shì)F和勵(lì)磁電流I。（空氣隙的截面也為A；D23磁化曲線中，B1=1.1T，H1=493A/m)2023/3/2823第二十三頁，共五十一頁，2022年，8月28日練習(xí)2023/3/2824第二十四頁，共五十一頁，2022年，8月28日緒論0.8鐵心線圈電路（1）功率關(guān)系交流鐵心線圈的有功功率為它包括兩部分：銅損耗Pcu

（copperloss);Pcu=RI2鐵損耗PFe(coreloss)2023/3/2825第二十五頁，共五十一頁，2022年，8月28日緒論0.8鐵心線圈電路為了減小磁滯損耗，鐵心應(yīng)選用軟磁物質(zhì)制成，如硅鋼片，因其磁滯回線面積小，磁滯損耗小。（2）渦流損耗Pe（eddycurrentloss)鐵損耗包括兩部分：（1）磁滯損耗（hysteresisloss)2023/3/2826第二十六頁，共五十一頁，2022年，8月28日習(xí)題1、如果線圈的鐵心由彼此絕緣的鋼片在垂直磁場(chǎng)方向疊成，是否可以？2023/3/2827第二十七頁，共五十一頁，2022年，8月28日0.9電磁鐵銜鐵鐵心鐵心線圈線圈銜鐵結(jié)構(gòu)：線圈、鐵心、銜鐵利用電磁力實(shí)現(xiàn)某一機(jī)械發(fā)生動(dòng)作的電磁元件。2023/3/2828第二十八頁，共五十一頁，2022年，8月28日1.直流電磁鐵(1)電磁吸力通入直流，無鐵損，鐵心用整塊的鑄鋼、軟鋼。

→F↑對(duì)直流U=IR

U不變時(shí)，I不變磁動(dòng)勢(shì)

Fm=IN

=Um=Rm也不變Rm=Rm0+Rm1Rm=Rm1吸合后前↑所以在吸合后B0↑S不變結(jié)論：吸力變大！(2)吸合前后的電磁吸力變化情況2023/3/2829第二十九頁，共五十一頁，2022年，8月28日(1)

平均電磁吸力鐵心由硅鋼片疊成；有分磁環(huán)。2.交流電磁鐵(2)

吸合前后的電磁吸力—不變根據(jù)U=

4.44fNm當(dāng)U,

f,

N不變,m不變→Bm不變→吸力F不變。磁動(dòng)勢(shì)

Fm=iN

=Um=RmRm=Rm0+Rm1Rm=Rm1吸合后前所以在吸合過程中，吸力不變，勵(lì)磁電流由大變小。大→iN↑→

有效值

I大小→iN↓→

有效值

I小2023/3/2830第三十頁，共五十一頁，2022年，8月28日2023/3/2831第三十一頁，共五十一頁，2022年，8月28日t、ff1鐵心電磁吸力

由于1與2之間出現(xiàn)了相位差，合成磁通所產(chǎn)生的電磁吸力就不會(huì)為零。磁通為零，吸力也為零2短路銅環(huán)(3)

分磁環(huán)結(jié)構(gòu)2023/3/2832第三十二頁，共五十一頁，2022年，8月28日

[例1]

把一臺(tái)50Hz、380V的交流電磁鐵接在50Hz、220V的交流電源上，會(huì)出現(xiàn)什么問題？怎樣解決？[解]

根據(jù)

U4.44fNmUmF吸力不足減少N2023/3/2833第三十三頁，共五十一頁，2022年，8月28日?qǐng)D1-2安培環(huán)路定律HL開始動(dòng)畫幻燈片11返回2023/3/2834第三十四頁，共五十一頁，2022年，8月28日?qǐng)D1-3無分支鐵心磁路A)無分支鐵心磁路AN

i返回開始動(dòng)畫2023/3/2835第三十五頁，共五十一頁，2022年，8月28日B)模擬電路圖F返回2023/3/2836第三十六頁，共五十一頁，2022年，8月28日?qǐng)D1-4磁路的基爾霍夫第一定律ANi返回開始動(dòng)畫2023/3/2837第三十七頁，共五十一頁，2022年，8月28日?qǐng)D1-5磁路的基爾霍夫第二定律i返回開始動(dòng)畫2023/3/2838第三十八頁，共五十一頁，2022年，8月28日?qǐng)D1-6磁疇A)未磁化B)磁化返回2023/3/2839第三十九頁，共五十一頁，2022年，8月28日BH圖1-7鐵磁材料的起始磁化曲線abcd返回開始動(dòng)畫2023/3/28