電動機培訓-預備知識

1、第一章 預備知識 1.1 概述 1.2 電機發(fā)展簡史 1.3 電機中的基本電磁定律 1.4 鐵磁材料特性 1.5 磁路基本定律及計算方法本章內容1.1 概述一、電機的定義 廣義：實施電能生產、傳輸、使用和電能特性變換的機械和裝置。 狹義： 電機是基于電磁感應定律、電磁力定律（能進行電磁感應），由電路和磁路所構成，能進行機電能量轉換或信號變換的電磁機械裝置。二、電機的主要類型根據速度、電流分類根據速度、電流分類電機電機靜止的電氣設備靜止的電氣設備變壓器變壓器旋轉電機旋轉電機交流電機交流電機直流電機直流電機直流發(fā)電機直流發(fā)電機直流電動機直流電動機同步電機同步電機異步電機異步電機同步發(fā)電機同步發(fā)電機

2、同步電動機同步電動機異步電動機異步電動機異步發(fā)電機異步發(fā)電機根據能量轉換分 發(fā)電機將機械功率轉換為電功率 電動機將電功率轉換為機械功率 變壓（流、頻、相位）器將電功率轉換為另一種形式的電功率 控制電機電氣機械系統(tǒng)中調節(jié)、放大和控制作用 水輪發(fā)電機水輪發(fā)電機電動機電動機汽輪發(fā)電機組汽輪發(fā)電機組三、電機中所用材料n電電路導電材料及絕緣材料 導電材料：紫銅、鋁線絕緣材料：聚脂漆、云母片按耐熱能力高低分六個等級A105 E120 B130 F155H180 C1802、磁磁路導磁材料硅鋼片、鑄鋼等 導磁材料：鐵磁材料 3、結構材料鑄鋼、鑄鐵、鋼板等三、電機中所用材料四、電機作用和地位 電能生產由同步發(fā)

3、電機生產； 高壓輸電由升壓變壓器將發(fā)電機發(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，供給用電設備； 生產機械的拖動由各種電動機實現(xiàn)； 控制系統(tǒng)中的信號轉換由各種控制電機完成。1.2 電機發(fā)展簡史1電機的發(fā)展初期FBli1821年 Faraday電磁感應定律的發(fā)現(xiàn)1831年 Faraday直流發(fā)電機1831年 1876年 單相交流電的應用遠距離傳輸1885年 交流電動機1889年 三相制三相交流電的應用，三相電機1.3 電機中磁路基本定律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系時，向符合右手螺旋關系時，i i取正號，否則取負號。取正號，否則取負號。321iiidlHL2. 電磁感應定律 閉合回路中的磁通量隨時間發(fā)生變化，該線圈中必然有感應電勢產生，稱這種現(xiàn)象為電磁感應。 線圈中的感應電勢將傾向于阻止線圈中磁鏈的變化。dtdNdtdeN其中dtdNe正電動勢產生正電流正電動勢產生正電流電電流正方向流正方向正電流產生正磁通正電流產生正磁通 右右手螺旋定則手螺旋定則圖1-2 電磁感應定律2. 電磁感應定律磁通變化原因 在變壓器和電機的繞組中，磁通的變化可以是磁通隨時間脈動，或磁通不變，而線圈在轉動。 對特種電機還可以是磁通

5、隨時間脈動，而線圈也在轉動。),(txfdxxdttdvTeexNvtNedtdNel磁通本身就是由交流電流所產生，也就是說磁通本身隨時間在變化著，這樣產生的電勢稱為變壓器電勢。（線圈與磁場相對靜止）l磁通本身不隨時間變化，但由于線圈與磁場間有相對運動而引起線圈中磁鏈的變化，這樣產生的電勢稱為運動電勢或速度電勢。 磁通變化原因電磁力定律 載流導體在磁場中要受到力的作用電磁力。 左手定則BliF 電磁轉矩 在旋轉電機中，作用在轉子載流導體上的電磁力將使轉子受到一個力矩（等于力乘轉子半徑）電磁轉矩。BlirFrTs)(21BBNlirTc匝數(shù)為匝數(shù)為N N的線圈的線圈電磁轉矩是電機實現(xiàn)機電能量轉換

6、的重要物理量。 電動機：電磁轉矩驅動性質 電能機械能 發(fā)電機：電磁轉矩制動性質 機械能電能PTemP P ：電磁功率（輸入、輸出）：電磁功率（輸入、輸出）：電機氣隙磁場旋轉角速度：電機氣隙磁場旋轉角速度u功率關系求得電磁轉矩功率關系求得電磁轉矩1.4 鐵磁材料特性一、磁導率一、磁導率=B/H=B/HB B：磁通密度、磁感應強度：磁通密度、磁感應強度H H：磁場強度：磁場強度 電機主要由兩大系統(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、 非鐵磁材料磁導率接近真空磁導率00=410-7 H/m 鐵磁材料的磁導率Fe要比非鐵磁材料磁導率0大得多（Fe）鐵磁物質:鐵、鎳、鋁及其合金電機中常用的鐵磁材料的磁導率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磁性能? 在鐵磁物質未放入磁場之前，磁疇雜亂無章排列，其磁效應互相抵消，對外不呈現(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。形成一個附加磁場，疊加在外磁場上，使合成磁場大為增強。? 鐵磁材料的磁導率要比非鐵磁材料大得多。? 鐵磁材料的磁導率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行磁化，當磁場強度H由零逐漸增大時，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H增大B增大，但B增大速度較慢； 在ab段：當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b稱為膝點；c點為飽和點。 過了飽和點c，鐵磁材料的磁導率趨近0。 鐵磁材料具有的特點它的磁化曲線具有飽和性，磁導率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，必須加上相應的反向外磁場，此反向磁場強度稱為矯頑力。 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： 對同一鐵磁材料，選擇不同的磁場強度進行反復磁化，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剩余磁感應強度 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，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，當磁通交變時，鐵芯中就會感應交變的電勢，在導電的鐵芯中就會產生環(huán)流，這種電流在鐵芯構成的回路與磁通相環(huán)鏈，故稱渦流。 渦流產生的損耗稱為渦流損耗。22mwwBfkpk kw w與材料有關的比例系數(shù)與材料有關的比例系數(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 應用 為減小渦流損耗，電機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 對于一般的電工鋼片，在正常的工作磁通密度范圍內對于一般的電工鋼片，在正常的工作磁通密度范圍內：鐵心質量：鐵心的損耗系數(shù)；G23 . 1FemFeFeCGBfCp 注意 在恒

12、定磁場中的靜止導磁體內是不會引起能量損耗的。 鐵芯損耗均轉化為熱能使鐵芯溫度升高，為防止電機過熱，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算 電電路導電材料（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六個等級） 磁磁路導磁材料硅鋼片、鑄鋼等 力結構材料鑄鋼、鑄鐵、鋼板等 磁路 磁通所通過的路徑。 主磁通：由于鐵心的導磁性能比空氣要好得多，所以絕大部分磁通將在鐵心內通過,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 定律內容: 穿出(或進入)任一閉和