電機與電力拖動基礎(chǔ)教程第1章.ppt

1、寧波工程學(xué)院，電機原理和拖動基礎(chǔ)，下一頁，發(fā)表人：包蕾，第一章，第一章磁路和動力學(xué)基礎(chǔ)知識，下一頁，第一章，本章重點，磁路的基本規(guī)律，強磁性材料的特性，電力拖動系統(tǒng)的運動方程式，電力拖動系統(tǒng)的穩(wěn)定工作條件，下一頁，磁感應(yīng)強度，磁場內(nèi)某一點的磁場強弱和方向的物理b的單位：特斯拉(T) 1T104Gs的單位：韋伯(Wb) S的單位：平方米(m2 )、矢量、數(shù)值上等于通過與磁場方向垂直的單位面積的磁通量，也稱為磁感應(yīng)強度。 在第1章中，將磁通的磁感應(yīng)強度b和與磁場方向垂直的面積s的積稱為通過其面積的磁通。 如果磁場內(nèi)各點的磁感應(yīng)強度大小相等、方向相同，則將這種磁場稱為均勻磁場。 BS，的單位：伏特秒

2、，統(tǒng)稱為韋伯Wb或麥斯威爾Mx 1Wb108Mx、本頁、前頁、返回、第一章、磁導(dǎo)率表示磁場介質(zhì)的磁性，是用于測量物質(zhì)的磁導(dǎo)率的物理量。 物質(zhì)分類、順磁性物質(zhì)：磁導(dǎo)率為真空，例如空氣、鋁，反磁性物質(zhì)：磁導(dǎo)率為真空，例如氫、銅、鐵磁性物質(zhì)：磁導(dǎo)率為真空磁導(dǎo)率的數(shù)百倍至數(shù)千倍，例如鐵元素、鈷、鎳、真空磁導(dǎo)率為常數(shù)第1章，一般材料的磁導(dǎo)率與真空磁導(dǎo)率為0的比，該物質(zhì)的相對磁導(dǎo)率返回，第1章，磁場強度、磁場強度是用于校正磁場的物理量，其大小等于磁場中某一點的磁感應(yīng)強度與該點的導(dǎo)磁率之比。h的單位：南美b的單位：特斯拉的單位：亨米、矢量、下一頁、前頁、返回、討論、磁場內(nèi)某一點的磁場強度h有關(guān)，磁場內(nèi)某一點

3、的h與電流的大小、線圈匝數(shù)及該點的幾何位置無關(guān)磁場內(nèi)某一點的磁感應(yīng)強度b有關(guān)系嗎？第1章，下一頁，上一頁，返回，復(fù)習(xí)1.1.2本課程中經(jīng)常使用的基本電磁法則，電路法則，1 .電路歐姆法則，2 .基爾霍夫法則，基爾霍夫第一法則，基爾霍夫第二定律，電壓互感器，電機變化與線圈匝數(shù)n和線圈交鏈的磁通相對于時間的變化率dF/dt成比例，感生電動勢的正方向和其他磁通產(chǎn)生的正方向與右手的螺旋規(guī)律一致的情況下，下一頁、前頁、返回、第一章、運動電位的方向由右手規(guī)律決定。 當導(dǎo)線切斷磁力線的速度為導(dǎo)線的磁感應(yīng)強度且不隨時間變化時，如果磁力線、導(dǎo)線和導(dǎo)線的運動方向三者垂直，則導(dǎo)線的感應(yīng)電位為運動電位，其大小為下一頁

4、、前頁、返回，第一章，電流方向和磁場強度的方向如果不符合右手定則，則為負。、下一頁、前頁、返回、2 .安培環(huán)路法則(總電流法則): 磁場中的任意閉環(huán)磁場強度的曲線積分，通過該閉環(huán)內(nèi)返回到與電流的代數(shù)和相等的前頁，在沒有分支的均勻磁路(與磁路的材料截面面積相同，各處的磁場強度相等)中，例如環(huán)路安培環(huán)路法則是，第1章，3 .電磁力的法則，通電導(dǎo)體在磁場中受到力的作用，磁場和導(dǎo)體相互垂直作用時，導(dǎo)體注：電磁力的方向由左手法則決定。 下一頁、上一頁、返回、第1章、1.1.3磁路和磁路歐姆定律、單相電壓互感器、1、電機中的典型磁路、下一頁、上一頁、返回、第1章、磁路：旋轉(zhuǎn)電機、下一頁、上一頁、返回、第1

5、章、2 .磁路的歐姆定律、B=H 下一頁、上一頁、返回、Ni F、對應(yīng)的模擬計程儀電路圖、下一頁、上一頁、返回、第一章、法則內(nèi)容：在任意閉合面出現(xiàn)(或進入)的總磁通量總是為零(或進入任意閉合面的磁通量總是等于在其閉合面出現(xiàn)的磁通量) 、1 .磁路的基爾霍夫的第一定律，1.1.4磁路的基爾霍夫法則，下一頁，前頁，返回，第一章，定律內(nèi)容：沿著任意閉合磁路的總磁通勢，等于各級磁路的壓降的代數(shù)和。 公式：也稱為磁路串聯(lián)定律，將Hl定義為磁路的磁壓降，下一頁，前一頁，返回，第一章，例如，激勵電位相同，比較磁路中的磁通量嗎？ (假設(shè)鐵元素中心長度l遠大于空氣隙長度d，則鐵元素中心柱中的磁通被認為與空氣隙中

6、的磁通相等)、下一頁、上一頁、返回、第1章、1 .鐵磁性物質(zhì)的磁化鐵磁性物質(zhì)包含鐵元素鎳鈷及其合金。 強磁性材料進入磁場時顯示強磁性的現(xiàn)象稱為鐵磁性物質(zhì)的磁化。 磁疇形象。1.2強磁性材料及其特性、1.2.1強磁性材料的高磁導(dǎo)率、下一頁、前頁、返回、第一章、b、h、強磁性材料的開始磁化曲線、當a、b磁場強度h從零開始逐漸增大時，磁感應(yīng)強度b隨之增大，曲線B=f(H )稱為開始磁化曲線返回，第1章，下一頁，上一頁，返回，第1章，分析磁化曲線，oa，bc段： b是隨著h增大的速度慢，cd段：磁飽和區(qū)域(又是直線段)。 其中，a點稱為橫向腳丫子點，b點稱為膝點，c點為吸收點。 當超過吸收點c時，鐵磁

7、性材料的磁導(dǎo)率接近0。、ab段： h變大則b變大、b變大的速度變快的強磁性材料，其磁化曲線具有飽和性，磁導(dǎo)率Fe不是常數(shù)，而是隨著b的變化而變化的特征。應(yīng)用下一頁、上一頁、返回、第1章、設(shè)定、修正電動機和電壓互感器時，為了在主磁路內(nèi)獲得較大的磁通，通常將鐵元素心內(nèi)的工作磁感應(yīng)強度選擇在膝蓋附近，以避免勵磁磁通勢過大。 下一頁，前頁，回顧，第一章，遲滯現(xiàn)象是強磁性材料的另一個特性。 3當磁滯回線、強磁性材料被反復(fù)磁化時，B-H曲線不是單一值，而是磁滯回線。 即使在剩馀磁通：消除了外部磁場(H=0)之后，仍保留在鐵磁性材料中的Br磁感應(yīng)強度。 為了減小保持磁場力：的值為零，需要施加相應(yīng)的反向外部磁

8、場，該反向磁場強度Hc被稱為保持磁場力。 遲滯現(xiàn)象：的強磁性材料具有的這種磁感應(yīng)強度b的變化是比磁場強度h的變化慢的現(xiàn)象。 下一頁、上一頁、上一頁、下一頁、第一章、基本磁化曲線、基本磁化曲線、基本、基本、基本、基本、基本、基本、基本、基本、基本、基本、基本、基本、基本、基本、基本、基本、基本、基本根據(jù)下一頁、前一頁、后一頁、第一章、說明2、磁滯回線的形狀，強磁性材料可以分為硬磁性材料和軟磁材料。 硬磁性材料的磁滯回線粗，剩馀磁性、保磁場力大，如鎢鋼，鈷鋼等軟磁材料的磁磁滯回線細，剩馀磁性、保磁場力小，如硅鋼板、鑄鋼等。 電動機鐵芯由軟磁材料構(gòu)成，其磁滯回線很細，在進行磁路訂正運算時，由于不考慮

9、遲滯現(xiàn)象，用基本磁化曲線表示b和h的關(guān)系，因此，一般而言，強磁性材料的磁化曲線指的是基本磁化曲線。下頁、前頁、返回、第一章、軟磁材料的磁滯曲線、b、h、前頁、返回、第一章、硬磁性材料的磁滯曲線、b、h、1.2.2遲滯現(xiàn)象損耗，強磁性材料置于交變磁場中時，磁區(qū)相互間不斷地摩擦，消耗能量磁磁滯損耗與交變磁場的頻率f、鐵元素心的體積v、磁滯回線的面積成比例。 磁遲滯現(xiàn)象損耗功率可由下式表示：式中的Ch磁遲滯現(xiàn)象損耗系數(shù)，其大小取決于材料性質(zhì)，對一般電磁鋼板n=1.62.3；下一頁、上一頁、返回、第1章，應(yīng)用：降低渦流損耗，電動機和電壓互感器的鐵元素心均由硅元素含量高的薄硅鋼片疊置而成。 1.2.3渦

10、流損耗，渦流：鐵元素心具有電阻值，當穿過鐵元素心的磁通隨時間變化時，根據(jù)電磁效應(yīng)規(guī)律，在鐵元素心產(chǎn)生感生電動勢，在導(dǎo)電的鐵元素心產(chǎn)生環(huán)流，在鐵元素心內(nèi)部包圍磁通呈渦流狀流動。 形象圖。 定義了：渦流在鐵元素中心引起的損耗，渦流損耗功率可以表示為： 式中與kw材料有關(guān)的比例系數(shù)。下一頁、上一頁、返回、第1章、鐵元素心損失與頻率的1.3次方、磁感應(yīng)強度的平方和鐵元素心重量成比例。 鐵元素心損耗定義了：鐵元素心遲滯現(xiàn)象損耗和渦流損耗的和。 下一頁，上一頁，返回，第1章，1.3電力拖曳系統(tǒng)的動力學(xué)基礎(chǔ)，電力拖曳系統(tǒng)的基本概念1 .電力拖曳：原動機驅(qū)動生產(chǎn)機械被稱為拖曳。 電力拖動：以電滾子為原動機，以

11、生產(chǎn)機械為負荷，電滾子把生產(chǎn)開動機器拖動方式稱為電力拖動。 2、電力拖動系統(tǒng)：現(xiàn)代化工業(yè)的生產(chǎn)過程中，為了實現(xiàn)各種各樣的生產(chǎn)過程，需要使用各種各樣的生產(chǎn)機械。 各種生產(chǎn)機械的運行，一般是用電滾子拖動，用電滾子把電能轉(zhuǎn)換為機械能，拖動生產(chǎn)機械，完成一定的工藝要求的系統(tǒng)。以這樣的電滾子為原動機，拖動生產(chǎn)機械運轉(zhuǎn)的系統(tǒng)稱為電力拖動系統(tǒng)。下一頁、上一頁、返回、第1章、3 .電力拖動系統(tǒng)構(gòu)成、電滾子、傳動機構(gòu)、生產(chǎn)機械、控制設(shè)備和電源、電滾子、4 .采用電力拖動的主要原因，在現(xiàn)代化生產(chǎn)中，多數(shù)生產(chǎn)機械采用電力拖動的主要原因如下：電滾子的種類和規(guī)格較多，它們具有各種特性電力拖動系統(tǒng)操作和控制簡單，可以實現(xiàn)

12、自動控制和遠程遙控等。下一頁、上一頁、返回、第1章、5 .典型生產(chǎn)機械的運動形式和扭矩、電力拖動系統(tǒng)：單軸(重點介紹)、多軸(可換算為單軸)。 運動形式：旋轉(zhuǎn)、平移、升降。 機械扭矩形式：產(chǎn)生摩擦力，產(chǎn)生重力。 6 .單軸與生產(chǎn)機械電滾子同軸，單軸電力拖動系統(tǒng)，nM=nL=n M=L=，t-電滾子的電磁轉(zhuǎn)矩TL-對于生產(chǎn)機械的扭矩，前頁，前頁，后頁，正在進行旋轉(zhuǎn)運動的物體： j是電機軸上的總慣性矩單位kgm2，第一章，2，實用公式通常角速度用轉(zhuǎn)速n表示，式中m和g的旋轉(zhuǎn)部分的質(zhì)量、重量r和d的慣性半徑、直徑(m) g=9.8m/s2重力加速度、下一頁、上一頁、返回、GD2為一體，用片假名計程儀

13、或機械手冊檢測，在第1章、第3章、系統(tǒng)旋轉(zhuǎn)運動的3個狀態(tài)、1 )或時在(2)或(3)的情況下，系統(tǒng)為加速駕駛狀態(tài)，即動態(tài)。 3 )或時，系統(tǒng)為減速運行狀態(tài)，即動態(tài)。下一頁、前頁、返回、(T-TL )被稱為動態(tài)轉(zhuǎn)矩或加速轉(zhuǎn)矩，第一章，運動方程式中轉(zhuǎn)矩正方向的規(guī)定首先確定電滾子處于電動狀態(tài)時的旋轉(zhuǎn)方向為旋轉(zhuǎn)速度的正方向，接著，(1)電磁轉(zhuǎn)矩與旋轉(zhuǎn)速度的正方向相同時為正(3)慣性扭矩的大小和符號由和的代數(shù)和決定。下一頁、上一頁、返回、第1章、各量表示法、上述各量可以用軸的剖面圖或正交坐標系表示，由于下一頁、上一頁、返回、第1章、1.3.2多軸電力拖動系統(tǒng)扭矩及飛輪力矩換算、省材料，工程上輸出功率一般來說，設(shè)定和修訂電滾子的速度很高，通過提高t來節(jié)約材料。 生產(chǎn)機械要求低速，但是修改電滾子設(shè)定的旋轉(zhuǎn)速度高，兩者之間需要減速裝置，因此一般的電力拖動系統(tǒng)多軸拖動系統(tǒng)較多。下一頁、前頁、返回、第1章、多軸系統(tǒng)換算、分析多軸系統(tǒng)采用了將原來的實際多軸系統(tǒng)替換為等價的單軸系統(tǒng)的方法。 這個方法叫做“換算”。 換算原則：換算前后的系統(tǒng)傳遞功率不變(換算負載扭矩)，系統(tǒng)的動能不變(換算負載飛輪扭矩)。 換算方向：通常由生產(chǎn)機械換算為電滾子軸。 因為研究對象是馬達。 電子氣動機軸一般是高速的。 根據(jù)傳輸功率不變的原則，高速軸上的負載扭矩值較小。下一頁、前頁、返回、第一章、1.3.3