第01章电机的基本原理PPT讲稿.ppt
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1、第01章电机的基本原理第1页,共39页,编辑于2022年,星期日-2-引引 言言 电电机机虽虽然然种种类类繁繁多多、大大小小不不一一、形形式式各各异异,但但具具有有共共同的基本原理和特征。同的基本原理和特征。第一章第一章 电机的基本原理电机的基本原理第2页,共39页,编辑于2022年,星期日-3-第一章第一章 电机的基本原理电机的基本原理目前,按电机供电电源的不同,大致可以分为目前,按电机供电电源的不同,大致可以分为直流电机和交流电机直流电机和交流电机两大类,其中:交流电机又可根据其工作方式分为两大类,其中:交流电机又可根据其工作方式分为同步电机和异步同步电机和异步电机电机。如果按电机中能量转
2、换的方式,又可将其分为如果按电机中能量转换的方式,又可将其分为发电机和电动机发电机和电动机两两大类:发电机是将输入的机械能转换成电能输出;电动机是将输入的大类:发电机是将输入的机械能转换成电能输出;电动机是将输入的电能转换成机械能输出。电能转换成机械能输出。第3页,共39页,编辑于2022年,星期日电机分类:常规电机常规电机控控制制电电机机(特特种电机种电机)电动机电动机发电机发电机直流电动机直流电动机交流电动机交流电动机电机电机变压器变压器直流发电机直流发电机交流发电机交流发电机异步电动机异步电动机同步电动机同步电动机异步发电机异步发电机同步发电机同步发电机第4页,共39页,编辑于2022年
3、,星期日-5-第一节第一节 电磁感应电磁感应 一、磁场一、磁场 1.磁场强度和方向磁场强度和方向 由载流导体产生的磁场大小可用磁场强度由载流导体产生的磁场大小可用磁场强度H 来表示,来表示,磁力线的方磁力线的方向与电流的方向满足右手螺旋关系。向与电流的方向满足右手螺旋关系。假定在一根导体中通以电流假定在一根导体中通以电流i,则在导体周围空间的某一平面上产生的磁场,则在导体周围空间的某一平面上产生的磁场强度强度H为为 第一章第一章 电机的基本原理电机的基本原理(1-1)第5页,共39页,编辑于2022年,星期日-6-如果载流导体是匝数为如果载流导体是匝数为N的线圈(如图的线圈(如图1-2),则上
4、式可表示为),则上式可表示为第一章第一章 电机的基本原理电机的基本原理(1-2)第6页,共39页,编辑于2022年,星期日-7-2.磁通密度磁通密度 通常把穿过某一截面通常把穿过某一截面S 的磁力线根数被称为磁感应强度,用磁通的磁力线根数被称为磁感应强度,用磁通 来表示。来表示。在均匀磁场中,把单位面积内的磁通量称为磁通密度在均匀磁场中,把单位面积内的磁通量称为磁通密度B,且有,且有 第一章第一章 电机的基本原理电机的基本原理(1-3)3.B-H 曲线曲线 磁场强度磁场强度H与磁通密度与磁通密度B存在一定的关系,在真空中它们成正比关存在一定的关系,在真空中它们成正比关系,即系,即(1-4)其中
5、,其中,0为真空导磁率,且有为真空导磁率,且有 0 410-7 H/m。第7页,共39页,编辑于2022年,星期日-8-非非导导磁磁材材料料,比比如如:铜铜、橡橡胶胶和和空空气气等等,具具有有与与真真空空相相近近的的导导磁率。磁率。第一章第一章 电机的基本原理电机的基本原理第8页,共39页,编辑于2022年,星期日-9-在在导磁材料导磁材料中,磁场强度中,磁场强度H与磁通密度与磁通密度B的关系可表示为的关系可表示为第一章第一章 电机的基本原理电机的基本原理(1-5)其中,其中,r 为导磁材料的相对导磁率。由于为导磁材料的相对导磁率。由于 r的值不是常数,因而的值不是常数,因而B与与H之间的关系
6、不是线性的,通常也是用之间的关系不是线性的,通常也是用B-H曲线来表达他们之间的关系。曲线来表达他们之间的关系。第9页,共39页,编辑于2022年,星期日-10 第一章第一章 电机的基本原理电机的基本原理二、磁路二、磁路 磁路的主要部分是由高导磁材料构成,使得磁通被限制在磁磁路的主要部分是由高导磁材料构成,使得磁通被限制在磁路内部,这就像电流被限制在电路中一样,可以用类似于电路分路内部,这就像电流被限制在电路中一样,可以用类似于电路分析方法来建立磁路分析方法。析方法来建立磁路分析方法。由于变压器和电机的铁心多是由高导磁材料构成的,因此由于变压器和电机的铁心多是由高导磁材料构成的,因此磁路磁路方
7、法可用作分析变压器和电机的重要工具方法可用作分析变压器和电机的重要工具。第10页,共39页,编辑于2022年,星期日-11 1.简单磁路简单磁路一个简单的磁路由采用高导磁材料的铁心和通电线圈组成,若忽略线圈一个简单的磁路由采用高导磁材料的铁心和通电线圈组成,若忽略线圈漏磁通,漏磁通,由通电线圈产生的磁场将主要分布在铁心内部。由通电线圈产生的磁场将主要分布在铁心内部。第一章第一章 电机的基本原理电机的基本原理第11页,共39页,编辑于2022年,星期日-12 现定义一个新的变量磁动势现定义一个新的变量磁动势Fm,则上式可写成,则上式可写成 第一章第一章 电机的基本原理电机的基本原理(1-6)再由
8、式(再由式(1-3)和式()和式(1-5)可得)可得(1-7)令令 为磁阻,可将上式表示为为磁阻,可将上式表示为(1-8)由由上上式式可可见见,磁磁动动势势Fm、磁磁通通 和和磁磁阻阻Rm的的关关系系与与电电路路中中的的电电动动势势E、电电流流i 和和电电阻阻R的的关关系系相相似似。这这样样,可可以以用用类类似似电电路路的的等等效效磁磁路路来来分分析和研究基本电磁关系。析和研究基本电磁关系。第12页,共39页,编辑于2022年,星期日-13 2.气隙磁场气隙磁场 假如在磁路中有一段气隙,如图假如在磁路中有一段气隙,如图1-5所示,只要气隙的长度所示,只要气隙的长度lg与相邻与相邻铁心表面的尺寸
9、相比足够小,那么由通电线圈产生的磁通铁心表面的尺寸相比足够小,那么由通电线圈产生的磁通 仍主要分布仍主要分布在铁心和气隙中,这时磁路的磁动势在铁心和气隙中,这时磁路的磁动势Fm为为第一章第一章 电机的基本原理电机的基本原理(1-9)或写成或写成第13页,共39页,编辑于2022年,星期日-14 由由于于Bc=/Sc,Bg=/Sg,如如果果忽忽略略气气隙隙磁磁场场的的边边缘缘效效应应,即即Sc=Sg,上式变为,上式变为第一章第一章 电机的基本原理电机的基本原理(1-10)上上式式说说明明,磁磁路路的的磁磁动动势势Fm等等于于磁磁通通 与与铁铁心心磁磁阻阻Rmc和和气气隙隙磁磁阻阻Rmg串串联联值
10、值的的乘乘积积,这这与与串串联联电电路路的的分分析析相相似似。由由于于铁铁心心的的导导磁磁率率远远远远大大于于气气隙隙的的导导磁磁率率,即即 0,RmcRmg,因因此此,由由磁磁动动势势Fm产产生生的的磁通磁通 或磁通强度或磁通强度B主要就取决于气隙的性质,即主要就取决于气隙的性质,即(1-11)由由此此可可知知,在在电电机机学学中中气气隙隙磁磁场场将将扮扮演演重重要要的的角角色色。我我们们今今后后分分析析研研究究的重点也主要放在气隙磁场上。的重点也主要放在气隙磁场上。第14页,共39页,编辑于2022年,星期日-15 3.磁动势的合成磁动势的合成 如图如图1-6所示,磁路有两组线圈所示,磁路
11、有两组线圈N1和和N2,分别通以电流,分别通以电流i1和和i2,在磁,在磁路中所产生的总磁动势为路中所产生的总磁动势为 第一章第一章 电机的基本原理电机的基本原理(1-12)根据式(根据式(1-11),磁路的磁通也主要存在于气隙之中,即),磁路的磁通也主要存在于气隙之中,即(1-13)第15页,共39页,编辑于2022年,星期日-16 上述结果可以推广到有多组线圈的磁路中,其总的磁动势上述结果可以推广到有多组线圈的磁路中,其总的磁动势Fm是是每组线圈每组线圈N1,N2,.Nn产生的磁动势产生的磁动势Fm1,Fm2,.Fmn,的合成。但,的合成。但必须注意:磁动势除了大小以外,还应考虑其方向,因
12、此一般来说,必须注意:磁动势除了大小以外,还应考虑其方向,因此一般来说,磁动势的合成是一种矢量计算。磁动势的合成是一种矢量计算。这样,类似于电路的分析方法,可以把工程应用中几何形状复杂的磁这样,类似于电路的分析方法,可以把工程应用中几何形状复杂的磁路分段处理,简化成若干个几何形状规则的简单磁路的组合。路分段处理,简化成若干个几何形状规则的简单磁路的组合。第一章第一章 电机的基本原理电机的基本原理例例1-11-1第16页,共39页,编辑于2022年,星期日-17 第一章第一章 电机的基本原理电机的基本原理(1-14)法拉第电磁感应定律奠定了电机学的理论基础。法拉第电磁感应定律奠定了电机学的理论基
13、础。三、电磁感应定律三、电磁感应定律 1.电磁感应定律电磁感应定律 1831年,法拉第通过实验发现了电磁学中最重要的规律年,法拉第通过实验发现了电磁学中最重要的规律电磁感电磁感应定律,揭示了磁通与电压之间存在如下关系:应定律,揭示了磁通与电压之间存在如下关系:1)如果在闭合磁路中磁通随时间而变化,那么将在线圈中感应出电)如果在闭合磁路中磁通随时间而变化,那么将在线圈中感应出电动势;动势;2)感应电动势的大小与磁通的变化率成正比,即)感应电动势的大小与磁通的变化率成正比,即第17页,共39页,编辑于2022年,星期日-18 2.导体在磁场中的感应电动势导体在磁场中的感应电动势 磁场的变化会产生感
14、应电动势。如果磁场固定不变,而让导体在磁场磁场的变化会产生感应电动势。如果磁场固定不变,而让导体在磁场中运动,这时相对于导体来说,磁场仍是变化的,因此根据法拉第电磁感中运动,这时相对于导体来说,磁场仍是变化的,因此根据法拉第电磁感应定律,同样会在导体中产生感应电动势,其大小为应定律,同样会在导体中产生感应电动势,其大小为第一章第一章 电机的基本原理电机的基本原理而而感感应应电电动动势势的的方方向向由由右右手手定定则则确确定定,图图1-8表表示示了了e、B与与v三三者者之之间间的的方方向关系。向关系。(1-15)第18页,共39页,编辑于2022年,星期日-19 3.载流导体在磁场中的电动力载流
15、导体在磁场中的电动力 如果在固定磁场中放置一个通有电流的导体,则会在载流导体上产如果在固定磁场中放置一个通有电流的导体,则会在载流导体上产生一个电磁力,又称生一个电磁力,又称洛仑慈力洛仑慈力或或安培力安培力。如图如图1-9所示,载流导体受所示,载流导体受力的大小与导体在磁场中的位置有关。当导体与磁力线方向垂直时,力的大小与导体在磁场中的位置有关。当导体与磁力线方向垂直时,所受的力最大,这时电磁力所受的力最大,这时电磁力F与磁通密度与磁通密度B、导体长度、导体长度l以及通电电流强以及通电电流强度度i成正比,即成正比,即 第一章第一章 电机的基本原理电机的基本原理(1-16)第19页,共39页,编
16、辑于2022年,星期日-20 当当导导体体与与磁磁力力线线平平形形时时,F=0,在在其其他他位位置置,导导体体所所受受的的力力介介于于两两者者之之间间。电电磁磁力力的的方方向向可可由由左左手手定定则则确确定定,图图1-10给给出出了了F、B 与与 i 三三者者之间的方向关系。之间的方向关系。载流导体在磁场中产生电磁力的原理是电动机最重要的理论基础。载流导体在磁场中产生电磁力的原理是电动机最重要的理论基础。第一章第一章 电机的基本原理电机的基本原理第20页,共39页,编辑于2022年,星期日-21 第二节第二节 机电能量转换基本原理机电能量转换基本原理 从能量转换的观点,可以把依靠电磁感应原理运
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