電動(dòng)機(jī)培訓(xùn)-預(yù)備知識(shí)

1、第一章 預(yù)備知識(shí) 1.1 概述 1.2 電機(jī)發(fā)展簡史 1.3 電機(jī)中的基本電磁定律 1.4 鐵磁材料特性 1.5 磁路基本定律及計(jì)算方法本章內(nèi)容1.1 概述一、電機(jī)的定義 廣義：實(shí)施電能生產(chǎn)、傳輸、使用和電能特性變換的機(jī)械和裝置。 狹義： 電機(jī)是基于電磁感應(yīng)定律、電磁力定律（能進(jìn)行電磁感應(yīng)），由電路和磁路所構(gòu)成，能進(jìn)行機(jī)電能量轉(zhuǎn)換或信號(hào)變換的電磁機(jī)械裝置。二、電機(jī)的主要類型根據(jù)速度、電流分類根據(jù)速度、電流分類電機(jī)電機(jī)靜止的電氣設(shè)備靜止的電氣設(shè)備變壓器變壓器旋轉(zhuǎn)電機(jī)旋轉(zhuǎn)電機(jī)交流電機(jī)交流電機(jī)直流電機(jī)直流電機(jī)直流發(fā)電機(jī)直流發(fā)電機(jī)直流電動(dòng)機(jī)直流電動(dòng)機(jī)同步電機(jī)同步電機(jī)異步電機(jī)異步電機(jī)同步發(fā)電機(jī)同步發(fā)電機(jī)

2、同步電動(dòng)機(jī)同步電動(dòng)機(jī)異步電動(dòng)機(jī)異步電動(dòng)機(jī)異步發(fā)電機(jī)異步發(fā)電機(jī)根據(jù)能量轉(zhuǎn)換分 發(fā)電機(jī)將機(jī)械功率轉(zhuǎn)換為電功率 電動(dòng)機(jī)將電功率轉(zhuǎn)換為機(jī)械功率 變壓（流、頻、相位）器將電功率轉(zhuǎn)換為另一種形式的電功率 控制電機(jī)電氣機(jī)械系統(tǒng)中調(diào)節(jié)、放大和控制作用 水輪發(fā)電機(jī)水輪發(fā)電機(jī)電動(dòng)機(jī)電動(dòng)機(jī)汽輪發(fā)電機(jī)組汽輪發(fā)電機(jī)組三、電機(jī)中所用材料n電電路導(dǎo)電材料及絕緣材料 導(dǎo)電材料：紫銅、鋁線絕緣材料：聚脂漆、云母片按耐熱能力高低分六個(gè)等級(jí)A105 E120 B130 F155H180 C1802、磁磁路導(dǎo)磁材料硅鋼片、鑄鋼等 導(dǎo)磁材料：鐵磁材料 3、結(jié)構(gòu)材料鑄鋼、鑄鐵、鋼板等三、電機(jī)中所用材料四、電機(jī)作用和地位 電能生產(chǎn)由同步發(fā)

3、電機(jī)生產(chǎn)； 高壓輸電由升壓變壓器將發(fā)電機(jī)發(fā)出的電壓升高到輸電電壓再輸送； 降壓用電由降壓變壓器將輸來的高壓電降為所需低電壓，供給用電設(shè)備； 生產(chǎn)機(jī)械的拖動(dòng)由各種電動(dòng)機(jī)實(shí)現(xiàn)； 控制系統(tǒng)中的信號(hào)轉(zhuǎn)換由各種控制電機(jī)完成。1.2 電機(jī)發(fā)展簡史1電機(jī)的發(fā)展初期FBli1821年 Faraday電磁感應(yīng)定律的發(fā)現(xiàn)1831年 Faraday直流發(fā)電機(jī)1831年 1876年 單相交流電的應(yīng)用遠(yuǎn)距離傳輸1885年 交流電動(dòng)機(jī)1889年 三相制三相交流電的應(yīng)用，三相電機(jī)1.3 電機(jī)中磁路基本定律1. 全電流定律安培環(huán)路定律 IdlHLL L1i2iH Hdl3i 式中，若電流的正方式中，若電流的正方向與閉合回線向

4、與閉合回線L L的環(huán)行方的環(huán)行方向符合右手螺旋關(guān)系時(shí)，向符合右手螺旋關(guān)系時(shí)，i i取正號(hào)，否則取負(fù)號(hào)。取正號(hào)，否則取負(fù)號(hào)。321iiidlHL2. 電磁感應(yīng)定律 閉合回路中的磁通量隨時(shí)間發(fā)生變化，該線圈中必然有感應(yīng)電勢產(chǎn)生，稱這種現(xiàn)象為電磁感應(yīng)。 線圈中的感應(yīng)電勢將傾向于阻止線圈中磁鏈的變化。dtdNdtdeN其中dtdNe正電動(dòng)勢產(chǎn)生正電流正電動(dòng)勢產(chǎn)生正電流電電流正方向流正方向正電流產(chǎn)生正磁通正電流產(chǎn)生正磁通 右右手螺旋定則手螺旋定則圖1-2 電磁感應(yīng)定律2. 電磁感應(yīng)定律磁通變化原因 在變壓器和電機(jī)的繞組中，磁通的變化可以是磁通隨時(shí)間脈動(dòng)，或磁通不變，而線圈在轉(zhuǎn)動(dòng)。 對(duì)特種電機(jī)還可以是磁通

5、隨時(shí)間脈動(dòng)，而線圈也在轉(zhuǎn)動(dòng)。),(txfdxxdttdvTeexNvtNedtdNel磁通本身就是由交流電流所產(chǎn)生，也就是說磁通本身隨時(shí)間在變化著，這樣產(chǎn)生的電勢稱為變壓器電勢。（線圈與磁場相對(duì)靜止）l磁通本身不隨時(shí)間變化，但由于線圈與磁場間有相對(duì)運(yùn)動(dòng)而引起線圈中磁鏈的變化，這樣產(chǎn)生的電勢稱為運(yùn)動(dòng)電勢或速度電勢。 磁通變化原因電磁力定律 載流導(dǎo)體在磁場中要受到力的作用電磁力。 左手定則BliF 電磁轉(zhuǎn)矩 在旋轉(zhuǎn)電機(jī)中，作用在轉(zhuǎn)子載流導(dǎo)體上的電磁力將使轉(zhuǎn)子受到一個(gè)力矩（等于力乘轉(zhuǎn)子半徑）電磁轉(zhuǎn)矩。BlirFrTs)(21BBNlirTc匝數(shù)為匝數(shù)為N N的線圈的線圈電磁轉(zhuǎn)矩是電機(jī)實(shí)現(xiàn)機(jī)電能量轉(zhuǎn)換

6、的重要物理量。 電動(dòng)機(jī)：電磁轉(zhuǎn)矩驅(qū)動(dòng)性質(zhì) 電能機(jī)械能 發(fā)電機(jī)：電磁轉(zhuǎn)矩制動(dòng)性質(zhì) 機(jī)械能電能PTemP P ：電磁功率（輸入、輸出）：電磁功率（輸入、輸出）：電機(jī)氣隙磁場旋轉(zhuǎn)角速度：電機(jī)氣隙磁場旋轉(zhuǎn)角速度u功率關(guān)系求得電磁轉(zhuǎn)矩功率關(guān)系求得電磁轉(zhuǎn)矩1.4 鐵磁材料特性一、磁導(dǎo)率一、磁導(dǎo)率=B/H=B/HB B：磁通密度、磁感應(yīng)強(qiáng)度：磁通密度、磁感應(yīng)強(qiáng)度H H：磁場強(qiáng)度：磁場強(qiáng)度 電機(jī)主要由兩大系統(tǒng)組成：電路系統(tǒng)和磁路系統(tǒng)。鐵磁材料是組成磁路的主要部分。 所謂鐵磁材料是指導(dǎo)磁性能好的材料，如：鐵、鎳、鈷等以及它們的合金。1 1、定義、定義 在同樣大小的電流作用下，鐵芯線圈的磁通比空心線圈的磁通大得多

7、 非鐵磁材料磁導(dǎo)率接近真空磁導(dǎo)率00=410-7 H/m 鐵磁材料的磁導(dǎo)率Fe要比非鐵磁材料磁導(dǎo)率0大得多（Fe）鐵磁物質(zhì):鐵、鎳、鋁及其合金電機(jī)中常用的鐵磁材料的磁導(dǎo)率Fe=(20006000)01.4 鐵磁材料特性 考慮：為什么鐵磁材料具有很高的導(dǎo)磁性能? 在鐵磁物質(zhì)未放入磁場之前，磁疇雜亂無章排列，其磁效應(yīng)互相抵消，對(duì)外不呈現(xiàn)磁性。 將鐵磁物放入磁場。在外磁場的作用下，磁疇的軸線趨于一致。形成一個(gè)附加磁場，疊加在外磁場上，使合成磁場大為增強(qiáng)。? 鐵磁材料的磁導(dǎo)率要比非鐵磁材料大得多。? 鐵磁材料的磁導(dǎo)率Fe不是常數(shù)。圖圖1.5 1.5 鐵磁材料中的磁疇鐵磁材料中的磁疇2、磁化曲線 磁化曲

8、線定義：將一塊尚未磁化的鐵磁材料進(jìn)行磁化，當(dāng)磁場強(qiáng)度H由零逐漸增大時(shí)，磁通密度B將隨之增大，得到曲線B=f(H)。分析磁化曲線，分四段 在oa段：當(dāng)H增大B增大，但B增大速度較慢； 在ab段：當(dāng)H增大B增大，B增大速度快； 在bc段：B隨H增大的速度又較慢； 在cd段：為磁飽和區(qū)（又呈直線段）。其中拐彎點(diǎn)b稱為膝點(diǎn)；c點(diǎn)為飽和點(diǎn)。 過了飽和點(diǎn)c，鐵磁材料的磁導(dǎo)率趨近0。 鐵磁材料具有的特點(diǎn)它的磁化曲線具有飽和性，磁導(dǎo)率Fe不是常數(shù)，且隨H的變化而變化。u 變化u總體非線性 1.存在飽和特性 H 二、磁滯與磁滯損耗1、磁滯回線 剩磁:去掉外磁場之后，鐵磁材料內(nèi)仍然保留的磁通密度。 矯頑力:要使B

9、值從減小到零，必須加上相應(yīng)的反向外磁場，此反向磁場強(qiáng)度稱為矯頑力。 磁滯現(xiàn)象：B的變化總是滯后H的變化。 磁滯回線：磁場強(qiáng)度H緩慢地循環(huán)變化，BH曲線封閉曲線。 磁滯現(xiàn)象是鐵磁材料的另一個(gè)特性。圖圖1-7 1-7 鐵磁材料的磁滯回線鐵磁材料的磁滯回線H HB Ba ab bc cd de ef fcHmBmBmHmHrBcH基本磁化曲線： 對(duì)同一鐵磁材料，選擇不同的磁場強(qiáng)度進(jìn)行反復(fù)磁化，可得一系列大小不同的磁滯回線，再將各磁滯回線的頂點(diǎn)聯(lián)接起來，所得的曲線。H HB B2、鐵磁材料 HC矯頑力 Br剩余磁感應(yīng)強(qiáng)度 鐵磁材料：軟磁材料-磁滯回線窄，HC及Br小硬磁材料-磁滯回線寬，HC及Br大H

10、C及Br大，難退磁-永磁材料B Br rH HC CB Bm m軟磁材料的磁滯曲線軟磁材料的磁滯曲線H HB BB BH H硬磁材料的磁滯曲線硬磁材料的磁滯曲線3、磁滯損耗 定義: 鐵磁材料置于交變磁場中時(shí)，磁疇相互間不停地摩擦、消耗能量、造成損耗，這種損耗稱為磁滯損耗。 4、渦流損耗 鐵芯是有阻值的，當(dāng)磁通交變時(shí)，鐵芯中就會(huì)感應(yīng)交變的電勢，在導(dǎo)電的鐵芯中就會(huì)產(chǎn)生環(huán)流，這種電流在鐵芯構(gòu)成的回路與磁通相環(huán)鏈，故稱渦流。 渦流產(chǎn)生的損耗稱為渦流損耗。22mwwBfkpk kw w與材料有關(guān)的比例系數(shù)與材料有關(guān)的比例系數(shù)p pW W=K=K2 2f f2 2d d2 2B Bm m2 2V/12V/

11、12 V V：鋼片的體積：鋼片的體積 ：硅鋼片的電阻率：硅鋼片的電阻率 d d：硅鋼片厚度：硅鋼片厚度p pW W f f2 2、d d2 2 、B Bm m2 2、1/1/ 、V V 加入加入硅硅硅鋼片硅鋼片增大增大B Bn圖1-10 硅鋼片中的渦流 應(yīng)用 為減小渦流損耗，電機(jī)和變壓器的鐵心都用含硅量較高的薄硅鋼片疊成。5、鐵心損耗 鐵芯中的磁滯損耗和渦流損耗之合稱為鐵芯損耗whFeppp2501)50(mFeBfppn 對(duì)于一般的電工鋼片，在正常的工作磁通密度范圍內(nèi)對(duì)于一般的電工鋼片，在正常的工作磁通密度范圍內(nèi)：鐵心質(zhì)量：鐵心的損耗系數(shù)；G23 . 1FemFeFeCGBfCp 注意 在恒

12、定磁場中的靜止導(dǎo)磁體內(nèi)是不會(huì)引起能量損耗的。 鐵芯損耗均轉(zhuǎn)化為熱能使鐵芯溫度升高，為防止電機(jī)過熱，采用硅鋼片以減小鐵芯損耗，采取散熱降溫措施 。 1.5 磁路基本定律和磁路的計(jì)算 電電路導(dǎo)電材料（及絕緣材料） 紫銅、鋁線（絕緣:按耐熱能力高低分A、E、B、F、H、C六個(gè)等級(jí)） 磁磁路導(dǎo)磁材料硅鋼片、鑄鋼等 力結(jié)構(gòu)材料鑄鋼、鑄鐵、鋼板等 磁路 磁通所通過的路徑。 主磁通：由于鐵心的導(dǎo)磁性能比空氣要好得多，所以絕大部分磁通將在鐵心內(nèi)通過,這部分磁通稱為主磁通。 漏磁通：圍繞載流線圈、部分鐵心和鐵心周圍的空間，還存在少量分散的磁通，這部分磁通稱為漏磁通。n主磁路：主磁通所通過的路徑。主磁路：主磁通所通過的路徑。n漏磁路：漏磁通所通過的路徑。漏磁路：漏磁通所通過的路徑。磁路磁路主磁通主磁通漏磁通漏磁通一、磁路的歐姆定律 BAAB圖圖1-12 1-12 單框鐵心磁路單框鐵心磁路A AN Ni il l二、磁路的基爾霍夫第一定律 定律內(nèi)容: 穿出(或進(jìn)入)任一閉和