《航空電機(jī)學(xué)》課件第0章 緒論

1、航空電機(jī)學(xué)緒 論本章知識點電機(jī)的作用和電機(jī)的發(fā)展簡史電機(jī)中的基本電磁定律磁路的基本定律電機(jī)中使用的材料常見的鐵磁材料及其特性磁路的計算電機(jī)的作用和電機(jī)的發(fā)展簡史電機(jī)的作用與國民經(jīng)濟(jì)、生活密不可分電機(jī)發(fā)展歷程及當(dāng)前發(fā)展?fàn)顩r學(xué)習(xí)目的、主要內(nèi)容與學(xué)習(xí)方法電機(jī)的作用什么是電機(jī)一種機(jī)電能量轉(zhuǎn)換或信號轉(zhuǎn)換的電磁機(jī)械裝置電機(jī)的作用能源系統(tǒng)的關(guān)鍵設(shè)備 發(fā)電輸電用電各領(lǐng)域中滿足各種要求的動力與能量變換裝置機(jī)械能電能電動機(jī)發(fā)電機(jī)變壓器電機(jī)的分類按運(yùn)動方式分按功能分以水力發(fā)電為例三峽工程水輪發(fā)電機(jī)組發(fā)電環(huán)節(jié)汽輪發(fā)電機(jī)：最大1300MW輸配電環(huán)節(jié)變壓器連接發(fā)電機(jī)和電網(wǎng)的升壓變壓器連接發(fā)電機(jī)的封閉母線與電網(wǎng)相連的高壓出

2、線端用電環(huán)節(jié)電動機(jī)我們周圍的電機(jī)空調(diào)用電環(huán)節(jié)電動機(jī)各行各業(yè)高新技術(shù)領(lǐng)域的應(yīng)用信息技術(shù)（例：雷達(dá)驅(qū)動）交通領(lǐng)域，航空、航天、航海生物醫(yī)學(xué)工程（例：精密醫(yī)療器械）電 能液壓能氣壓能全電飛機(jī)多電飛機(jī)多電/全電飛機(jī)的電氣系統(tǒng)飛機(jī)二次能源傳統(tǒng)飛機(jī)電 能液壓能氣壓能電 能液壓能氣壓能液壓能電能氣壓能電能氣壓能電能液壓能電能電 能電 能電 能電力電力起動/發(fā)電機(jī)電能功率逐年增大，有的已超過1MW！航空電機(jī)的特點？航空電機(jī)工作的環(huán)境條件 環(huán)境惡劣（溫度、氣壓、濕熱、鹽霧）、沖擊振動航空電機(jī)體積小、重量輕 高電磁負(fù)荷與轉(zhuǎn)速 、縮短使用期限 、采用良好的冷卻方式 、選用優(yōu)質(zhì)材料 航空電機(jī)的基本技術(shù)要求 表0-1大

3、國利器Electro-Magnetic Aircraft Launch36一、多電全電飛機(jī)發(fā)展概述37串聯(lián)式混合動力架構(gòu)一、多電全電飛機(jī)發(fā)展概述38太陽神（Helios）太陽能電動飛機(jī)陽光動力2號一、多電全電飛機(jī)發(fā)展概述39一、多電全電飛機(jī)發(fā)展概述40四、全電飛機(jī)展望及挑戰(zhàn)超導(dǎo)電機(jī)電推動系統(tǒng)機(jī)載可換蓄電池箱電力電子裝置和供電電作動系統(tǒng)41“包豪斯航空”（Bauhaus-Luftfahrt），續(xù)寫跨界傳奇四、全電飛機(jī)展望及挑戰(zhàn)42四、全電飛機(jī)展望及挑戰(zhàn)超導(dǎo)電機(jī)！43四、全電飛機(jī)展望及挑戰(zhàn)電機(jī)發(fā)展歷程及當(dāng)前狀況歷程 1833年 直流電機(jī) 皮克西(Pixii) 1884年 變壓器 霍普金森兄弟 18

4、85年 異步電機(jī) 費(fèi)拉里斯(Ferraris) 特斯拉(Tesla) 1889年 同步電機(jī) 特斯拉(Tesla) 1889年 三相制 多利伏多勃羅夫斯基 (Doliv-Dobrovsky)1891年 直流電樞繞組理論 阿諾爾特1894年 交軸磁場理論 保梯和喬治1899年 雙反應(yīng)理論 布隆代爾1918年 對稱分量法 福蒂斯丘1929年 坐標(biāo)變換和算子法 Park19351938年 張量 Kron 1959年 機(jī)電能量轉(zhuǎn)換理論 懷特/伍德森1970年 矢量控制 勃拉?？?985年 直接轉(zhuǎn)矩控制 德本布魯克 愛迪生發(fā)明的一種直流電動機(jī)（MIT保留）電機(jī)發(fā)展歷程及當(dāng)前狀況我國發(fā)展?fàn)顩r氣輪發(fā)電機(jī) 消化

5、引進(jìn)、設(shè)計1100MW水輪發(fā)電機(jī) 700MW（三峽水電）500kV1100kV輸電線路以及相應(yīng)的變壓器600MW級熱電聯(lián)產(chǎn)機(jī)組1000MW級核電機(jī)組（在研）電機(jī)發(fā)展歷程及當(dāng)前狀況當(dāng)前的研究開發(fā)與創(chuàng)新新能源技術(shù)（風(fēng)力發(fā)電、波能發(fā)電、電力貯存、高速“電、熱、冷”三聯(lián)供機(jī)組等）機(jī)電一體化新型特種電機(jī)風(fēng)力發(fā)電波能發(fā)電波能電站外景 波能電站內(nèi)景電力貯存機(jī)電一體化新能源汽車課程特點和學(xué)習(xí)方法建議本課程既有較強(qiáng)的理論性，又有工程性，研究時以各個機(jī)種(變壓器，直流電機(jī)，感應(yīng)電機(jī)，同步電機(jī)，控制電機(jī))為對象，這與以前的基礎(chǔ)課是不同的。另外，分析各種電機(jī)的原理和運(yùn)行時，不但涉及電壓、電流隨時間的變化，還要涉及磁動

6、勢和磁場在空間的分布和變化；不但涉及定、轉(zhuǎn)子繞組間的電磁耦合關(guān)系和機(jī)電關(guān)系，還要涉及轉(zhuǎn)子與原動機(jī)(或機(jī)械負(fù)載)之間的動力學(xué)關(guān)系；總之涉及面較廣，綜合性較強(qiáng)。課程特點課程特點和學(xué)習(xí)方法建議學(xué)習(xí)方法建議(1)首先要弄清各種電機(jī)的基本結(jié)構(gòu)(包括鐵心、繞組、換向器、集電環(huán)等結(jié)構(gòu))，主要部件的作用和構(gòu)成。為此，需要到電機(jī)實驗室(展覽室)或電機(jī)廠實地參觀，對實物建立初步印象。(2)在分析電機(jī)和變壓器的空載和負(fù)載運(yùn)行時，要注意主磁場、電樞（二次繞組）磁場和漏磁場在電機(jī)內(nèi)是如何分布的，合成磁場是如何形成的，各種磁通的作用是如何表達(dá)的，做到概念清楚；對磁場的分布，頭腦中要有物理圖畫。課程特點和學(xué)習(xí)方法建議(3)

7、注意推導(dǎo)基本公式(電動勢公式，電磁轉(zhuǎn)矩公式，磁動勢公式)和基本方程時有哪些假定，使推導(dǎo)得以合理簡化；推導(dǎo)時應(yīng)用了哪些基本電磁定律和力學(xué)定律，哪些原理、理論和方法。重要的公式和方程要自己獨立地推導(dǎo)一遍，找出其中的關(guān)鍵點?？傊?，在基本理論、基本方法和基本概念上，要花大氣力去鉆研。(4)注意建立等效電路時要經(jīng)過哪幾步，每一步的含義和必要性。課程特點和學(xué)習(xí)方法建議(5)學(xué)習(xí)交流繞組的磁動勢時，一方面要注意其空間分布，另一方面還要注意其隨時間而變化的規(guī)律；要注意單相和三相繞組磁動勢的合成和分解，并在頭腦中形成物理圖畫。適當(dāng)?shù)亩嗝襟w輔助教學(xué)，對理解這部分內(nèi)容有一定幫助。(6)弄清發(fā)電機(jī)和電動機(jī)的各種特性有

8、什么用途，它們是哪些變量之間的函數(shù)關(guān)系，這些特性是在什么條件下導(dǎo)出的，各有什么特點。課程特點和學(xué)習(xí)方法建議(7)科學(xué)實驗是研究電機(jī)的一種重要方法，所以要重視實驗。實驗要23人一組，預(yù)習(xí)實驗內(nèi)容，自己動手，并在理論聯(lián)系實際的基礎(chǔ)上，認(rèn)真寫出實驗報告。(8)要經(jīng)過課前預(yù)習(xí)、聽課、課后復(fù)習(xí)、做習(xí)題、再復(fù)習(xí)，做實驗、寫實驗報告、再復(fù)習(xí)，從理論到實踐、從實踐到理論的多次反復(fù)，才能逐步掌握課程內(nèi)容，使學(xué)到的知識逐步鞏固起來。參考網(wǎng)址本校電機(jī)學(xué)課程網(wǎng)站/djx/index.asp變壓器 中小型電機(jī) 微電機(jī) 中國變壓器行業(yè)信息 / 中國電機(jī)企業(yè)名 /1dianji.php 中國專利局 美國專利局 /參考書籍湯

9、蘊(yùn)璆 史乃 編著電機(jī)學(xué)（第二版）機(jī)械工業(yè)出版社，2005 （索取號：TM3/1086）A.E.Fitzgerald, C.Kingsley, Jr., S.D.Umans等著，劉新正 蘇少平 高琳等譯電機(jī)學(xué)（第六版）電子工業(yè)出版社，2004 （索取號：TM3/1094）李發(fā)海 朱東起 編著電機(jī)學(xué)（第三版）科學(xué)出版社，2001 （索取號： TM3/1015.2）本章知識點電機(jī)的作用和電機(jī)的發(fā)展簡史電機(jī)中的基本電磁定律磁路的基本定律電機(jī)中使用的材料常見的鐵磁材料及其特性磁路的計算電機(jī)中的基本電磁定律電機(jī)運(yùn)行基本原理常用物理概念與定律安培環(huán)路定律（全電流定律）電磁感應(yīng)定律（1831由法拉第發(fā)現(xiàn)）電磁

10、力定律（畢奧薩伐爾定定律）電機(jī)為什么會運(yùn)轉(zhuǎn)？電機(jī)為什么會運(yùn)轉(zhuǎn)？NS電機(jī)為什么會運(yùn)轉(zhuǎn)？產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩T電機(jī)為什么會運(yùn)轉(zhuǎn)？電機(jī)為什么會運(yùn)轉(zhuǎn)？電機(jī)為什么會運(yùn)轉(zhuǎn)？電磁力F=BIl電機(jī)為什么會運(yùn)轉(zhuǎn)？電機(jī)為什么會運(yùn)轉(zhuǎn)？切向力產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩感應(yīng)電勢e=Blve=-d/dt電機(jī)為什么會運(yùn)轉(zhuǎn)？電機(jī)為什么會運(yùn)轉(zhuǎn)？感應(yīng)電勢e=Blvsin+電機(jī)為什么會運(yùn)轉(zhuǎn)？輸入電能機(jī)械能儲能熱能電能磁場機(jī)械能電機(jī)為什么會運(yùn)轉(zhuǎn)？ 一、磁路的基本概念基本物理量：單位：Wb/m2 或 T2、磁通 =BS單位：Wb1、磁感應(yīng)強(qiáng)度B（磁密、磁力線）3、磁場強(qiáng)度H B= H單位：A/m4、磁動勢F=NI 單位：A 線圈中有電流I，線圈周圍就會產(chǎn)生磁場，磁

11、場強(qiáng)弱取決于線圈匝數(shù)N和電流I的乘積IN，該乘積就叫磁動勢F。5、磁勢降V=Hl 單位：A常用的物理概念和定律6、磁導(dǎo)率表示物質(zhì)導(dǎo)磁能力強(qiáng)弱的物理量=B/H單位：亨/米空氣磁導(dǎo)率0=410-7H/m8、磁阻Rm磁阻Rm=l/ ( S)l:磁路長度； ：磁導(dǎo)率；S：磁路截面積單位：1/亨鐵磁材料磁導(dǎo)率 07、磁路：磁通經(jīng)過的路徑。鐵磁材料的磁性能二 .磁路的基本定律1、安培環(huán)路定律（全電流定律） 磁場強(qiáng)度H沿任意閉合回路l的線積分，等于該閉合回路所包圍的全電流，即2、磁路歐姆定律磁路中的磁通與磁勢成正比，與磁阻成反比，即磁通 =F/Rm=FIN=F/Rm=NI/ Rm與電路歐姆定律比較？3、磁路

12、的基爾霍夫第一定律 任何磁路中，流進(jìn)節(jié)點的磁通代數(shù)和為零1 3 2 A 節(jié)點A： 1+ 2+ 3=0 4、磁路的基爾霍夫第二定律 在閉合磁回路中，磁路各段磁壓降代數(shù)和等于作用于該磁路上的磁動勢之和。 確定磁勢F(IN、I)（目的）如圖所示，截面相等的無分支閉合磁路上過程：5、簡單磁路的計算方法SF=NI1、電磁力定律 一個通電流的導(dǎo)體，在磁場中要受到力的作用，這個力叫電磁力。電磁力 f=Bliif電磁力方向：左手定則判斷三 .基本電磁定律1）運(yùn)動電勢：導(dǎo)體在磁場中運(yùn)動時，導(dǎo)體中會感應(yīng)出電勢e 。大?。弘妱?e=Blv。B: 磁密；l：導(dǎo)體長度；v：導(dǎo)體與磁場的相對速度。正方向：用右手定則判斷。

13、電勢e正方向表示電位升高的方向，與U相反。如果同一元件上e和U正方向相同時，e= -U。ev2、電磁感應(yīng)定律2）變壓器電勢：線圈中的磁通變化時，線圈中會感應(yīng)電勢e：感應(yīng)電勢e=ddt=ddt-N電勢e正方向：e 的正方向與正方向符合右手螺旋關(guān)系INe 希望大家學(xué)好電機(jī)、 用好電機(jī)！鐵心磁通線 圈變 壓 器 磁 路 圖直 流 電 機(jī) 磁 路圖 （一）、高導(dǎo)磁性1、含義：在一個空間（外）磁場中，放入鐵磁材料，該磁場會被大大加強(qiáng)。2、高導(dǎo)磁性原因附加磁場外磁場鐵磁材料的磁性能3、材料導(dǎo)磁率=B/HHiiB1iiB2B1B2磁化曲線的磁滯現(xiàn)象 a可逆位移 b不可逆磁化c磁疇磁矩轉(zhuǎn)動 d趨近飽和HBO（二）、鐵磁材料的磁化過程和磁化曲線（飽和性）磁場強(qiáng)度H與鐵磁材料中B的關(guān)系曲線 B=f(H)鐵磁材料的磁化過程可分為四階段：（三）、鐵磁材料的磁滯和剩磁現(xiàn)象 鐵磁材料中磁場B的變化落后于外磁場H的變化稱為磁滯現(xiàn)象，從而在鐵磁材料中產(chǎn)生了剩磁。BH-Hc剩