第1章電機(jī)學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)

第1章電機(jī)學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)1大連理工大學(xué)電氣工程學(xué)院劉鳳春制作2《電機(jī)與拖動(dòng)》教材系列大連理工大學(xué)電氣工程學(xué)院劉鳳春制作331.1電機(jī)的基本功能與主要類型一、按照能量轉(zhuǎn)換和信號(hào)傳遞所起的作用分類

1.發(fā)電機(jī)

將機(jī)械能轉(zhuǎn)換為電能。2.電動(dòng)機(jī)將電能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能。3.變壓器、變流器、變頻機(jī)、移相器

變換電壓、電流、頻率、相位。4.控制電機(jī)

作為自動(dòng)控制系統(tǒng)的控制元件，起檢測(cè)、放大、執(zhí)行和校正作用。大連理工大學(xué)電氣工程學(xué)院劉鳳春制作44二、按照電機(jī)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及電源性質(zhì)分類

1.變壓器

2.旋轉(zhuǎn)電機(jī)靜止的電機(jī)。大連理工大學(xué)電氣工程學(xué)院劉鳳春制作551.2

電機(jī)的基本原理一、磁場(chǎng)的基本概念

1.磁感應(yīng)強(qiáng)度與磁力線

(1)磁場(chǎng)：由電流或永磁體產(chǎn)生。

(2)磁感應(yīng)強(qiáng)度B（特斯拉，T）：用于表征磁場(chǎng)的強(qiáng)弱和方向，矢量。

(3)磁力線的分布和方向：大連理工大學(xué)電氣工程學(xué)院劉鳳春制作662.磁通量與磁通連續(xù)性原理

在均勻磁場(chǎng)中：

磁通(韋伯，Wb)：穿過某一截面A

的磁感應(yīng)強(qiáng)度B

的通量。=A

B

·

dA

=BA

磁通連續(xù)性：

=A

B·dA=0

※B=/A

—磁通密度。大連理工大學(xué)電氣工程學(xué)院劉鳳春制作773.磁場(chǎng)強(qiáng)度與磁導(dǎo)率

磁場(chǎng)強(qiáng)度H

(A/m)：表征磁場(chǎng)的強(qiáng)弱和方向的量，矢量。

磁導(dǎo)率(H/m)：表征磁場(chǎng)中介質(zhì)的導(dǎo)磁能力。

真空的磁導(dǎo)率：0=4×10－7H/m

H

與B的關(guān)系與區(qū)別(在各向同性介質(zhì)中)

B

=H①

H∝I，與介質(zhì)的性質(zhì)無關(guān)。②

B與I的大小和介質(zhì)的性質(zhì)均有關(guān)。

大連理工大學(xué)電氣工程學(xué)院劉鳳春制作884.磁場(chǎng)儲(chǔ)能

磁場(chǎng)中能夠儲(chǔ)存能量。電機(jī)通過磁場(chǎng)儲(chǔ)能實(shí)現(xiàn)機(jī)電能量的轉(zhuǎn)換。磁場(chǎng)中的能量密度為磁場(chǎng)中的總儲(chǔ)能為對(duì)于線性介質(zhì)，為常數(shù)，則（n個(gè)電流回路建立的磁場(chǎng)）大連理工大學(xué)電氣工程學(xué)院劉鳳春制作99二、磁路及其基本定律

變壓器磁路

直流電機(jī)磁路大連理工大學(xué)電氣工程學(xué)院劉鳳春制作10101.安培環(huán)路定律如圖：∑

i=i1＋i2－i3

2.磁路的歐姆定律大連理工大學(xué)電氣工程學(xué)院劉鳳春制作1111

磁動(dòng)勢(shì)（A）：

F=N

i(作用在磁路上的安匝數(shù))

磁阻：不是常數(shù)Rm非線性3.磁路的基爾霍夫第一定律

任一閉合面：

=0右圖：

2=

1＋3大連理工大學(xué)電氣工程學(xué)院劉鳳春制作1212

i=

Hklk

N

i=H1l1＋H2l2=Rm11＋Rm22或Ni=H1l1－H3l3=Rm11－Rm334.磁路的基爾霍夫第二定律

一般：大連理工大學(xué)電氣工程學(xué)院劉鳳春制作1313

【例1-1】圖示的磁路由電工鋼片疊壓而成，鐵心的疊壓系數(shù)為kFe=0.94，各段鐵心的截面積相同，均為A=0.8×10-3m2，各段磁路的長(zhǎng)度分別為l1=0.08m,l2=0.1m,l3=0.037m,l4=0.037m，l5=0.1m，=0.006m，已知Fe=19000，N=2000，如要求鐵心中

=1×10-3Wb,求需要多大的勵(lì)磁電流。解：鐵心:

Ak

=kFeA=0.94×0.8×10-3m2

=0.752×10-3m2

大連理工大學(xué)電氣工程學(xué)院劉鳳春制作1414氣隙：總磁動(dòng)勢(shì)及電流:

大連理工大學(xué)電氣工程學(xué)院劉鳳春制作1515三、電磁感應(yīng)定律

正方向（參考方向）設(shè)

=m

sin

t則e

=－N

mcos

t=Em

sin(

t－90o)1.變壓器電動(dòng)勢(shì)大連理工大學(xué)電氣工程學(xué)院劉鳳春制作16162.運(yùn)動(dòng)電動(dòng)勢(shì)e

=Bvl1.電感和電動(dòng)勢(shì)

=Li（線性磁介質(zhì)）

四、線圈的電路方程

右手定則大連理工大學(xué)電氣工程學(xué)院劉鳳春制作17172.電路方程u=uR－e※電抗：X=L

=2f

L

※阻抗：Z=R＋jX

鐵心線圈電路：（L

為非線性電感）大連理工大學(xué)電氣工程學(xué)院劉鳳春制作1818五、電磁力定律與電磁轉(zhuǎn)矩

f

=Bl

i

(N)

1.電磁力定律

2.電磁轉(zhuǎn)矩

Te

=2

f

r=2Bl

i

r(Nm)

大連理工大學(xué)電氣工程學(xué)院劉鳳春制作1919六、電機(jī)的可逆性原理

運(yùn)行方式電磁力/電磁轉(zhuǎn)矩電動(dòng)勢(shì)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)性質(zhì)，反電動(dòng)勢(shì)，驅(qū)動(dòng)外部機(jī)械負(fù)載由外施電源所克服

發(fā)電機(jī)阻力性質(zhì)，電源性質(zhì)，為外施機(jī)械力所克服為外接負(fù)載供電(1)電動(dòng)機(jī)：施加i，電磁力，電磁轉(zhuǎn)矩，

旋轉(zhuǎn)，驅(qū)動(dòng)機(jī)械負(fù)載。(2)發(fā)電機(jī)：施加轉(zhuǎn)矩T，旋轉(zhuǎn)，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)輸出電流，輸出電功率。大連理工大學(xué)電氣工程學(xué)院劉鳳春制作20201.3電機(jī)的制造材料一、概述導(dǎo)磁材料導(dǎo)電材料絕緣材料結(jié)構(gòu)材料散熱、冷卻、潤(rùn)滑材料：鑄鐵、鑄鋼、硅鋼：銅、鋁：紙、木材、玻璃、樹脂漆、陶瓷、石英大連理工大學(xué)電氣工程學(xué)院劉鳳春制作21211.高導(dǎo)磁性

>>

0

(r>>1)

二、鐵磁材料的重要特性2.磁飽和性B=

H（≠常數(shù)）3.磁滯性大連理工大學(xué)電氣工程學(xué)院劉鳳春制作2222

常見材料的磁化曲線DR320

H×0.1DR320

H×1DR320

H×10大連理工大學(xué)電氣工程學(xué)院劉鳳春制作23234.鐵心損耗(1)磁滯損耗Ph※

電工鋼片:n=1.6~2.3(2)渦流損耗Pe

(3)減小鐵損耗的方法①使用軟磁材料減小Ph

。②增大鐵心的電阻率，減小渦流及其損耗

。③用很薄的硅鋼片疊成鐵心，減小渦流及其損耗

。大連理工大學(xué)電氣工程學(xué)院劉鳳春制作24241.退磁曲線

三、永磁材料的特性永磁材料的磁滯回線在第二象限的部分稱為退磁曲線，它是永磁材料的基本特性曲線。大連理工大學(xué)電氣工程學(xué)院劉鳳春制作25252.回復(fù)線

回復(fù)磁導(dǎo)率：大連理工大學(xué)電氣工程學(xué)院劉鳳春制作26263.內(nèi)稟退磁曲線

4.穩(wěn)定性內(nèi)稟磁感應(yīng)強(qiáng)度與磁場(chǎng)強(qiáng)度的關(guān)系(1)熱穩(wěn)定性(2)磁穩(wěn)定性(3)化學(xué)穩(wěn)定性(4)時(shí)間穩(wěn)定性大連理工大學(xué)電氣工程學(xué)院劉鳳春制作2727四、電機(jī)中常用的永磁材料鋁鎳鈷永磁體(2)鐵氧體(3)稀土永磁材料大連理工大學(xué)電氣工程學(xué)院劉鳳春制作2828[例1-2]圖示磁路由鐵心、NdFeB永磁和氣隙三段構(gòu)成，鐵心部分由電工鋼片疊壓而成，鐵心的疊壓系數(shù)為kFe=0.94，永磁體和鐵