第1章電機學(xué)基礎(chǔ)知識

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

1.發(fā)電機

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

變換電壓、電流、頻率、相位。4.控制電機

作為自動控制系統(tǒng)的控制元件，起檢測、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、按照電機的結(jié)構(gòu)特點及電源性質(zhì)分類

1.變壓器

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

電機的基本原理一、磁場的基本概念

1.磁感應(yīng)強度與磁力線

(1)磁場：由電流或永磁體產(chǎn)生。

(2)磁感應(yīng)強度B（特斯拉，T）：用于表征磁場的強弱和方向，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

在均勻磁場中：

磁通(韋伯，Wb)：穿過某一截面A

的磁感應(yīng)強度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.磁場強度與磁導(dǎo)率

磁場強度H

(A/m)：表征磁場的強弱和方向的量，矢量。

磁導(dǎo)率(H/m)：表征磁場中介質(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.磁場儲能

磁場中能夠儲存能量。電機通過磁場儲能實現(xiàn)機電能量的轉(zhuǎn)換。磁場中的能量密度為磁場中的總儲能為對于線性介質(zhì)，為常數(shù)，則（n個電流回路建立的磁場）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

磁動勢（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：總磁動勢及電流:

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.變壓器電動勢大連理工大學(xué)電氣工程學(xué)院劉鳳春制作16162.運動電動勢e

=Bvl1.電感和電動勢

=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、電機的可逆性原理

運行方式電磁力/電磁轉(zhuǎn)矩電動勢電動機驅(qū)動性質(zhì)，反電動勢，驅(qū)動外部機械負(fù)載由外施電源所克服

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

旋轉(zhuǎn)，驅(qū)動機械負(fù)載。(2)發(fā)電機：施加轉(zhuǎn)矩T，旋轉(zhuǎn)，感應(yīng)電動勢輸出電流，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)強度與磁場強度的關(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