第1章國家規(guī)劃課程-電機與拖動-磁路課件

電機及拖動基礎1電機及拖動基礎1主講：金杰E-mail:xtjinjie@課程要求：１、課前必須做好預習！２、課后作業(yè)必須獨立完成！３、課間積極思考問題，積極參與學習交流！紀律要求：１、課間手機必須改成振動。２、嚴格遵守請假制度，不允許無正當理由的請假。３、課間不允許聊天，發(fā)短信等與學習無關的活動。2主講：金杰2參考文獻：[1]劉錦波，張承慧等.電機與拖動.北京：清華大學出版社，2006[2]劉新正，蘇少平，高琳等譯.電機學.北京：電子工業(yè)出版社，2004[3]唐介.電機與拖動.北京：高等教育出版社，2003[4]岡田隆夫，大西和夫，仁田旦三等著.電機學.北京：科學出版社，200333前言１、電機與電機學的發(fā)展概況1820Faraday發(fā)現(xiàn)了電磁感應并提出了電磁感應定律，組裝了第１臺直流電機樣機。1829Henry制造了第１臺實用的直流電機。1837直流電機變?yōu)樯唐坊a品。1887Tesla發(fā)明了三相異步電機。２、電機制造業(yè)發(fā)展的趨勢大型化；單機容量越來越大。微型化：單機體積越來越小，重量越來越輕。新原理、新工藝、新材料的電機不斷涌現(xiàn)。4前言１、電機與電機學的發(fā)展概況4３、電力拖動系統(tǒng)的發(fā)展概況結構上：成組拖動單電機拖動多電機拖動系統(tǒng)上：繼電器－接觸器組成的斷續(xù)控制系統(tǒng)由電力電子交流器供電的連續(xù)控制系統(tǒng)（由相控交流器／斬波器供電的直流電力拖動系統(tǒng)；由變頻器／伺服驅動器供電的交流調速系統(tǒng)）目前，電力拖動系統(tǒng)正朝著網絡化、信息化方向發(fā)展。包括ＤＣＳ，ＦＣＳ，智能控制策略以及Web技術等均在電力拖動領域得到了應用。5３、電力拖動系統(tǒng)的發(fā)展概況5第一章磁路第一節(jié)磁路的基本定律

機電能量轉換的媒介是磁場，磁場的路徑稱為磁路。電機是進行機電能量轉換的裝置

（電動機）電能機械能（發(fā)電機）磁場磁場6第一章磁路第一節(jié)磁路的基本定律機電能量轉換的媒介是磁一.磁場的幾個常用量磁感應強度（又稱磁通密度）B——表征磁場強弱及方向的物理量。單位：特［斯拉］（T）磁通量Φ——垂直穿過某截面積的磁力線總和。Φ＝ＢＳ，單位：韋［伯］（Wb=T×m2）磁場強度H——計算磁場時引用的輔助物理量。B=μH，單位：A/mμ為磁導率，真空中磁導率7一.磁場的幾個常用量磁感應強度（又稱磁通密度）B——表１、磁通所通過的路徑稱為磁路二.磁路的概念8１、磁通所通過的路徑稱為磁路二.磁路的概念8三、磁路的基本定律1、安培環(huán)路定律沿任何一條閉合回線L，磁場強度H的線積分等于該閉合回線所包圍的電流的代數(shù)和如果在均勻磁場中，沿著回線L

磁場強度H處處相等，則2、磁路的歐姆定律作用在磁路上的磁動勢F等于磁路內的磁通量Φ乘以磁阻Rm9三、磁路的基本定律1、安培環(huán)路定律沿任何一條閉合回線磁通量Φ等于磁通密度乘以面積：磁場強度等于磁通密度除以磁導率于是有，再定義所以有：10磁通量Φ等于磁通密度乘以面積：磁場強度等于磁通密度除以磁導[例1-1]有一閉合鐵心磁路，鐵心的截面積A=9×10-4m2,磁路的平均長度

l=0.3m，鐵心的磁導率μFe=5000μ0，套裝在鐵心上的勵磁繞組為500匝。試求在鐵心中產生1T的磁通密度時，需要多少勵磁磁動勢和勵磁電流？解用安培環(huán)路定律求解如下11[例1-1]有一閉合鐵心磁路，鐵心的截面積A=9×103、磁路的基爾霍夫定律（1）磁路的基爾霍夫第一（電流）定律或123、磁路的基爾霍夫定律（1）磁路的基爾霍夫第一（電流）定律或（2）磁路的基爾霍夫第二（電壓）定律13（2）磁路的基爾霍夫第二（電壓）定律13磁路和電路有相似之處，卻要注意有以下幾點差別：1）電路中有電流I時，就有功率損耗；而在直流磁路中，維持一定磁通量，鐵心中沒有功率損耗。2）電路中的電流全部在導線中流動；而在磁路中，總有一部分漏磁通。3）電路中導體的電阻率在一定的溫度下是恒定的；而磁路中鐵心的導磁率隨著飽和程度而有所變化。4）對于線性電路，計算時可以用疊加原理；而在磁路中，B和H之間的關系為非線性，因此計算時不可以用疊加原理。14磁路和電路有相似之處，卻要注意有以下幾點差別：1）電路中有電第二節(jié)常用鐵磁材料及其特性

一、鐵磁物質的磁化在外磁場的作用下，磁疇順著外磁場方向轉向，排列整齊，顯示出磁性。15第二節(jié)常用鐵磁材料及其特性一、鐵磁物質的磁化在外磁場的二、磁化曲線和磁滯回線1、起始磁化曲線將一塊未磁化的鐵磁材料進行磁化，當磁場強度H由零逐漸增加時，磁通密度B將隨之增加。用B=f(H)描述的曲線就稱為起始磁化曲線。16二、磁化曲線和磁滯回線1、起始磁化曲線將一塊未2、磁滯回線剩磁——當H從零增加到Hm時，B相應地從零增加到Bm；然后再逐漸減小H，B值將沿曲線ab下降。當H=0時，B值并不等于零，而是Br。這就是剩磁。Hc為矯頑力磁滯回線——當H在Hm和－

Hm之間反復變化時，呈現(xiàn)磁滯現(xiàn)象的B－H閉合曲線，稱為磁滯回線。172、磁滯回線剩磁——當H從零增加到Hm時，B相應地從零增加到3、基本磁化曲線對同一鐵磁材料，選擇不同的Hm反復磁化，得到不同的磁滯回線。將各條回線的頂點連接起來，所得曲線稱為基本磁化曲線。183、基本磁化曲線對同一鐵磁材料，選擇不同的Hm反三、鐵磁材料1、軟磁材料2、硬磁材料四、鐵心損耗1、磁滯損耗——材料被交流磁場反復磁化，磁疇相互摩擦而消耗的能量。2、渦流損耗——鐵心內部由于渦流在鐵心電阻上產生的熱能損耗。3、鐵心損耗——磁滯損耗和渦流損耗之和。19三、鐵磁材料1、軟磁材料2、硬磁材料四、鐵心損耗1、磁滯損耗第三節(jié)直流磁路的計算

磁路計算正問題——給定磁通量，計算所需的勵磁磁動勢磁路計算逆問題——給定勵磁磁勢，計算磁路內的磁通量磁路計算正問題的步驟：1）將磁路按材料性質和不同截面尺寸分段；2）計算各段磁路的有效截面積Ak和平均長度lk；3）計算各段磁路的平均磁通密度Ak

，Bk=Φk/Ak；4）根據Bk求出對應的Hk；5）計算各段磁位降Hklk，最后求出F=∑Hklk。磁路計算逆問題——因為磁路為非線性的，用試探法。20第三節(jié)直流磁路的計算磁路計算正問題——給定磁通量，計算一、簡單串聯(lián)磁路[例1-2]鐵心由鑄鋼和空氣隙構成，截面積AFe=0.0009m2，磁路平均長度lFe=0.3m，氣隙長度δ=5×10-4m，求該磁路獲得磁通量Φ=0.0009Wb時所需的勵磁磁動勢。21一、簡單串聯(lián)磁路[例1-2]鐵心由鑄鋼和空氣隙構成，截面解：鐵心內磁通密度為從鑄鋼磁化曲線查得：與BFe對應的HFe=9×102A/m空氣隙中：鐵心段的磁位降：所以，勵磁磁勢為F=HFelFe+Hδlδ=655A22解：鐵心內磁通密度為從鑄鋼磁化曲線查得：與BFe對應的HFe二、簡單并聯(lián)磁路[例1-3]鐵心由DR530構成，鐵心柱和鐵軛截面積AFe=0.0004m2，磁路平均長度lFe=0.05m，氣隙長度δ1=δ2=2.5×10-3m，勵磁線圈匝數(shù)N1=N2=1000匝。不計漏磁通，試求在氣隙中產生磁通密度Bδ=1.211T時，所需的勵磁電流。23二、簡單并聯(lián)磁路[例1-3]鐵心由DR530構成，鐵心柱解：中間磁路長度：兩邊磁路長度：氣隙磁位降：中間鐵心磁位降：查磁化曲線：24解：中間磁路長度：兩邊磁路長度：氣隙磁位降：中間鐵心磁位降：總磁動勢和勵磁電流為：兩邊鐵心磁通密度和磁位降：查磁化曲線：25總磁動勢和勵磁電流為：兩邊鐵心磁通密度和磁位降：查磁化曲線：第四節(jié)交流磁路的特點

交流磁路除了會在鐵心中產生損耗外，還有以下兩個效應：1）磁通量隨時間變化，在勵磁線圈中產生感應電動勢。2）磁飽和現(xiàn)象會導致電流、磁通和電動勢波形畸變。26第四節(jié)交流磁路的特點交流磁路除了會在鐵心中產生損耗外，第一章結束27第一章結束27電機及拖動基礎28電機及拖動基礎1主講：金杰E-mail:xtjinjie@課程要求：１、課前必須做好預習！２、課后作業(yè)必須獨立完成?。场⒄n間積極思考問題，積極參與學習交流！紀律要求：１、課間手機必須改成振動。２、嚴格遵守請假制度，不允許無正當理由的請假。３、課間不允許聊天，發(fā)短信等與學習無關的活動。29主講：金杰2參考文獻：[1]劉錦波，張承慧等.電機與拖動.北京：清華大學出版社，2006[2]劉新正，蘇少平，高琳等譯.電機學.北京：電子工業(yè)出版社，2004[3]唐介.電機與拖動.北京：高等教育出版社，2003[4]岡田隆夫，大西和夫，仁田旦三等著.電機學.北京：科學出版社，2003303前言１、電機與電機學的發(fā)展概況1820Faraday發(fā)現(xiàn)了電磁感應并提出了電磁感應定律，組裝了第１臺直流電機樣機。1829Henry制造了第１臺實用的直流電機。1837直流電機變?yōu)樯唐坊a品。1887Tesla發(fā)明了三相異步電機。２、電機制造業(yè)發(fā)展的趨勢大型化；單機容量越來越大。微型化：單機體積越來越小，重量越來越輕。新原理、新工藝、新材料的電機不斷涌現(xiàn)。31前言１、電機與電機學的發(fā)展概況4３、電力拖動系統(tǒng)的發(fā)展概況結構上：成組拖動單電機拖動多電機拖動系統(tǒng)上：繼電器－接觸器組成的斷續(xù)控制系統(tǒng)由電力電子交流器供電的連續(xù)控制系統(tǒng)（由相控交流器／斬波器供電的直流電力拖動系統(tǒng)；由變頻器／伺服驅動器供電的交流調速系統(tǒng)）目前，電力拖動系統(tǒng)正朝著網絡化、信息化方向發(fā)展。包括ＤＣＳ，ＦＣＳ，智能控制策略以及Web技術等均在電力拖動領域得到了應用。32３、電力拖動系統(tǒng)的發(fā)展概況5第一章磁路第一節(jié)磁路的基本定律

機電能量轉換的媒介是磁場，磁場的路徑稱為磁路。電機是進行機電能量轉換的裝置

（電動機）電能機械能（發(fā)電機）磁場磁場33第一章磁路第一節(jié)磁路的基本定律機電能量轉換的媒介是磁一.磁場的幾個常用量磁感應強度（又稱磁通密度）B——表征磁場強弱及方向的物理量。單位：特［斯拉］（T）磁通量Φ——垂直穿過某截面積的磁力線總和。Φ＝ＢＳ，單位：韋［伯］（Wb=T×m2）磁場強度H——計算磁場時引用的輔助物理量。B=μH，單位：A/mμ為磁導率，真空中磁導率34一.磁場的幾個常用量磁感應強度（又稱磁通密度）B——表１、磁通所通過的路徑稱為磁路二.磁路的概念35１、磁通所通過的路徑稱為磁路二.磁路的概念8三、磁路的基本定律1、安培環(huán)路定律沿任何一條閉合回線L，磁場強度H的線積分等于該閉合回線所包圍的電流的代數(shù)和如果在均勻磁場中，沿著回線L

磁場強度H處處相等，則2、磁路的歐姆定律作用在磁路上的磁動勢F等于磁路內的磁通量Φ乘以磁阻Rm36三、磁路的基本定律1、安培環(huán)路定律沿任何一條閉合回線磁通量Φ等于磁通密度乘以面積：磁場強度等于磁通密度除以磁導率于是有，再定義所以有：37磁通量Φ等于磁通密度乘以面積：磁場強度等于磁通密度除以磁導[例1-1]有一閉合鐵心磁路，鐵心的截面積A=9×10-4m2,磁路的平均長度

l=0.3m，鐵心的磁導率μFe=5000μ0，套裝在鐵心上的勵磁繞組為500匝。試求在鐵心中產生1T的磁通密度時，需要多少勵磁磁動勢和勵磁電流？解用安培環(huán)路定律求解如下38[例1-1]有一閉合鐵心磁路，鐵心的截面積A=9×103、磁路的基爾霍夫定律（1）磁路的基爾霍夫第一（電流）定律或393、磁路的基爾霍夫定律（1）磁路的基爾霍夫第一（電流）定律或（2）磁路的基爾霍夫第二（電壓）定律40（2）磁路的基爾霍夫第二（電壓）定律13磁路和電路有相似之處，卻要注意有以下幾點差別：1）電路中有電流I時，就有功率損耗；而在直流磁路中，維持一定磁通量，鐵心中沒有功率損耗。2）電路中的電流全部在導線中流動；而在磁路中，總有一部分漏磁通。3）電路中導體的電阻率在一定的溫度下是恒定的；而磁路中鐵心的導磁率隨著飽和程度而有所變化。4）對于線性電路，計算時可以用疊加原理；而在磁路中，B和H之間的關系為非線性，因此計算時不可以用疊加原理。41磁路和電路有相似之處，卻要注意有以下幾點差別：1）電路中有電第二節(jié)常用鐵磁材料及其特性

一、鐵磁物質的磁化在外磁場的作用下，磁疇順著外磁場方向轉向，排列整齊，顯示出磁性。42第二節(jié)常用鐵磁材料及其特性一、鐵磁物質的磁化在外磁場的二、磁化曲線和磁滯回線1、起始磁化曲線將一塊未磁化的鐵磁材料進行磁化，當磁場強度H由零逐漸增加時，磁通密度B將隨之增加。用B=f(H)描述的曲線就稱為起始磁化曲線。43二、磁化曲線和磁滯回線1、起始磁化曲線將一塊未2、磁滯回線剩磁——當H從零增加到Hm時，B相應地從零增加到Bm；然后再逐漸減小H，B值將沿曲線ab下降。當H=0時，B值并不等于零，而是Br。這就是剩磁。Hc為矯頑力磁滯回線——當H在Hm和－

Hm之間反復變化時，呈現(xiàn)磁滯現(xiàn)象的B－H閉合曲線，稱為磁滯回線。442、磁滯回線剩磁——當H從零增加到Hm時，B相應地從零增加到3、基本磁化曲線對同一鐵磁材料，選擇不同的Hm反復磁化，得到不同的磁滯回線。將各條回線的頂點連接起來，所得曲線稱為基本磁化曲線。453、基本磁化曲線對同一鐵磁材料，選擇不同的Hm反三、鐵磁材料1、軟磁材料2、硬磁材料四、鐵心損耗1、磁滯損耗——材料被交流磁場反復磁化，磁疇相互摩擦而消耗的能量。2、渦流損耗——鐵心內部由于渦流在鐵心電阻上產生的熱能損耗。3、鐵心損耗——磁滯損耗和渦流損耗之和。46三、鐵磁材料1、軟磁材料2、硬磁材料四、鐵心損耗1、磁滯損耗第三節(jié)直流磁路的計算

磁路計算正問題——給定磁通量，計算所需的勵磁磁動勢磁路計算逆問題——給定勵磁磁勢，計算磁路內的磁通量磁路計算正問題的步驟：1）將磁路按材料性質和不同截面尺寸分段；2）計算各段磁路的有效截面積Ak和平均長度lk；3）計算各段磁路的平均磁通密度Ak

，Bk=Φk/Ak；4）根據Bk求出對應的Hk；5）計算各段磁位降Hklk，最后求出F=∑Hklk。磁路計算逆問題——因為磁路為非線性的，用試探法。47第三節(jié)直流磁路的計算磁路計算正問題——給定磁通量，計算一、簡單串聯(lián)磁路[例1-2]鐵心由鑄鋼和空氣隙構成，截面積AFe