電機(jī)學(xué)1《電機(jī)學(xué)》第一章導(dǎo)論參考教材《電機(jī)學(xué)》辜承林等編華中科技大學(xué)出版社

《電機(jī)學(xué)》第三版許實(shí)章機(jī)械工業(yè)出版社《電機(jī)學(xué)》

湯蘊(yùn)璆等編

機(jī)械工業(yè)出版社《電機(jī)學(xué)》胡虔生中國(guó)電力出版社2《電機(jī)學(xué)》第一章導(dǎo)論第一章導(dǎo)論1.1概述1.2電機(jī)發(fā)展簡(jiǎn)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3《電機(jī)學(xué)》第一章導(dǎo)論二、電機(jī)的主要類型

據(jù)速度、電流分5《電機(jī)學(xué)》第一章導(dǎo)論據(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6《電機(jī)學(xué)》第一章導(dǎo)論實(shí)物圖水輪發(fā)電機(jī)運(yùn)輸使用中的變壓器水輪發(fā)電機(jī)電動(dòng)機(jī)7《電機(jī)學(xué)》第一章導(dǎo)論三、電機(jī)中所用材料電電路導(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)A—105oE—120o

B—130oF—155oH—180oC180o

8《電機(jī)學(xué)》第一章導(dǎo)論四、電機(jī)作用和地位電能生產(chǎn)——由同步發(fā)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(lái)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。10《電機(jī)學(xué)》第一章導(dǎo)論2．電機(jī)的近代發(fā)展及趨勢(shì)單機(jī)容量不斷增加如汽輪發(fā)電機(jī)：中小型電機(jī)技術(shù)與經(jīng)濟(jì)指標(biāo)不斷改進(jìn)新的設(shè)計(jì)方法（CAD）、工藝、材料、測(cè)試手段應(yīng)用范圍擴(kuò)大19005MVA1956水內(nèi)冷208MVA192025MVA1960320MVA1937空氣冷卻100MVA目前>1000MVA氫氣冷卻150MVA12《電機(jī)學(xué)》第一章導(dǎo)論2.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(shì)產(chǎn)生，稱這種現(xiàn)象為電磁感應(yīng)。線圈中的感應(yīng)電勢(shì)將傾向于阻止線圈中磁鏈的變化。14《電機(jī)學(xué)》第一章導(dǎo)論圖1-2電磁感應(yīng)定律15《電機(jī)學(xué)》第一章導(dǎo)論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)還可以是磁通隨時(shí)間脈動(dòng)，而線圈也在轉(zhuǎn)動(dòng)16《電機(jī)學(xué)》第一章導(dǎo)論變壓器電動(dòng)勢(shì)

磁通本身就是由交流電流所產(chǎn)生，也就是說(shuō)磁通本身隨時(shí)間在變化著，這樣產(chǎn)生的電勢(shì)稱為變壓器電勢(shì)。（線圈與磁場(chǎng)相對(duì)靜止）磁通本身不隨時(shí)間變化，但由于線圈與磁場(chǎng)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(shì)稱為運(yùn)動(dòng)電勢(shì)或速度電勢(shì)運(yùn)動(dòng)電動(dòng)勢(shì)17《電機(jī)學(xué)》第一章導(dǎo)論變壓器電勢(shì)若線圈不動(dòng)，穿過(guò)線圈的磁通隨時(shí)間變化，則線圈中感應(yīng)的電動(dòng)勢(shì)——變壓器電勢(shì)18《電機(jī)學(xué)》第一章導(dǎo)論若磁場(chǎng)恒定，構(gòu)成線圈的導(dǎo)體切割磁力線，使線圈交鏈的磁鏈隨時(shí)間變化，導(dǎo)體中的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)——運(yùn)動(dòng)電動(dòng)勢(shì)。運(yùn)動(dòng)電動(dòng)勢(shì)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的方向_右手定則20《電機(jī)學(xué)》第一章導(dǎo)論電磁力定律載流導(dǎo)體在磁場(chǎng)中要受到力的作用——電磁力。左手定則21《電機(jī)學(xué)》第一章導(dǎo)論最大轉(zhuǎn)矩線圈兩側(cè)邊處磁場(chǎng)大小恒相等、極性恒相反線圈總個(gè)數(shù)M，轉(zhuǎn)子直徑D，B大小處處相等。電機(jī)最大可能電磁轉(zhuǎn)矩電磁轉(zhuǎn)矩23《電機(jī)學(xué)》第一章導(dǎo)論電磁轉(zhuǎn)矩是電機(jī)實(shí)現(xiàn)機(jī)電能量轉(zhuǎn)換的重要物理量。

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P：電磁功率（輸入、輸出）Ω：電機(jī)氣隙磁場(chǎng)旋轉(zhuǎn)角速度功率關(guān)系求得電磁轉(zhuǎn)矩24《電機(jī)學(xué)》第一章導(dǎo)論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非鐵磁材料磁導(dǎo)率接近真空磁導(dǎo)率μ0μ0=4π×10-7H/m鐵磁材料的磁導(dǎo)率μFe要比非鐵磁材料磁導(dǎo)率μ0大得多（μFe>>μ）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μFe=(2000~6000)μ026《電機(jī)學(xué)》第一章導(dǎo)論考慮：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(chǎng)之前，磁疇雜亂無(wú)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(chǎng)。在外磁場(chǎng)的作用下，磁疇的軸線趨于一致。形成一個(gè)附加磁場(chǎng)，疊加在外磁場(chǎng)上，使合成磁場(chǎng)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μFe不是常數(shù)。圖1.5鐵磁材料中的磁疇27《電機(jī)學(xué)》第一章導(dǎo)論2、磁化曲線磁化曲線定義:將一塊尚未磁化的鐵磁材料進(jìn)行磁化，當(dāng)磁場(chǎng)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)。28《電機(jī)學(xué)》第一章導(dǎo)論※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μFe不是常數(shù)，且隨B的變化而變化。變化總體非線性存在飽和特性B30《電機(jī)學(xué)》第一章導(dǎo)論BH圖1-6鐵磁材料的磁化曲線（p16）abc31《電機(jī)學(xué)》第一章導(dǎo)論△應(yīng)用設(shè)計(jì)電機(jī)和變壓器時(shí)，為使主磁路內(nèi)得到較大的磁通量而又不過(guò)分增大勵(lì)磁磁動(dòng)勢(shì)．通常把鐵心內(nèi)的工作磁通密度選擇在膝點(diǎn)附近。32《電機(jī)學(xué)》第一章導(dǎo)論二、磁滯與磁滯損耗

1、磁滯回線

剩磁:去掉外磁場(chǎng)之后，鐵磁材料內(nèi)仍然保留的磁通密度。矯頑力:要使B值從減小到零，必須加上相應(yīng)的反向外磁場(chǎng)，此反向磁場(chǎng)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(chǎng)強(qiáng)度H緩慢地循環(huán)變化，B－H曲線封閉曲線磁滯現(xiàn)象是鐵磁材料的另一個(gè)特性。33《電機(jī)學(xué)》第一章導(dǎo)論圖1-7鐵磁材料的磁滯回線HBabcdef34《電機(jī)學(xué)》第一章導(dǎo)論基本磁化曲線：對(duì)同一鐵磁材料，選擇不同的磁場(chǎng)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(lái)，所得的曲線。HB35《電機(jī)學(xué)》第一章導(dǎo)論2、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HC及Br大，難退磁---永磁材料BrHCBm36《電機(jī)學(xué)》第一章導(dǎo)論軟磁材料的磁滯曲線HBBH硬磁材料的磁滯曲線37《電機(jī)學(xué)》第一章導(dǎo)論3、磁滯損耗定義:鐵磁材料置于交變磁場(chǎng)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。38《電機(jī)學(xué)》第一章導(dǎo)論全電流定律電源供給線圈的瞬時(shí)功率電磁感應(yīng)定律39《電機(jī)學(xué)》第一章導(dǎo)論建立交變磁通、克服磁疇回轉(zhuǎn)所需要的瞬時(shí)功率pKh——不同材料計(jì)算系數(shù)α——試驗(yàn)確定的指數(shù)經(jīng)驗(yàn)公式40《電機(jī)學(xué)》第一章導(dǎo)論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(shì)，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。kw——與材料有關(guān)的比例系數(shù)pW=K2f2d2Bm2V/12V：鋼片的體積：硅鋼片的電阻率d：硅鋼片厚度pWf2、d2、Bm2、1/、V加入硅硅鋼片增大41《電機(jī)學(xué)》第一章導(dǎo)論圖1-10硅鋼片中的渦流 B42《電機(jī)學(xué)》第一章導(dǎo)論△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。43《電機(jī)學(xué)》第一章導(dǎo)論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對(duì)于一般的電工鋼片，在正常的工作磁通密度范圍內(nèi)44《電機(jī)學(xué)》第一章導(dǎo)論45《電機(jī)學(xué)》第一章導(dǎo)論※注意在恒定磁場(chǎng)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(guò)熱，采用硅鋼片以減小鐵芯損耗，采取散熱降溫措施。46《電機(jī)學(xué)》第一章導(dǎo)論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47《電機(jī)學(xué)》第一章導(dǎo)論磁路磁通所通過(guò)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(guò),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?chē)目臻g，還存在少量分散的磁通，這部分磁通稱為漏磁通。主磁路：主磁通所通過(guò)的路徑。漏磁路：漏磁通所通過(guò)的路徑。48《電機(jī)學(xué)》第一章導(dǎo)論圖變壓器的磁路主磁通漏磁通49《電機(jī)學(xué)》第一章導(dǎo)論一、磁路的歐姆定律圖1-12單框鐵心磁路AN

i50《電機(jī)學(xué)》第一章導(dǎo)論磁阻鐵磁材料的磁阻不為常數(shù)磁導(dǎo)51《電機(jī)學(xué)》第一章導(dǎo)論與電路中的歐姆定律相似模擬電路圖F鐵磁材料的磁導(dǎo)率μ不是一個(gè)常數(shù)，所以由鐵磁材料構(gòu)成的磁路，其磁阻不是常數(shù)，而是隨著磁路中磁通密度的大小而變化，這種情況稱為非線性。52《電機(jī)學(xué)》第一章導(dǎo)論二、磁路的基爾霍夫第一定律定律內(nèi)容:穿出(或進(jìn)入)任一閉和面的總磁通量恒等于零(或者說(shuō)，進(jìn)入任一閉合面的磁通量恒等于穿出該閉合面的磁通量)，這就是磁通連續(xù)性定律。53《電機(jī)學(xué)》第一章導(dǎo)論圖1-13無(wú)分支磁路示意圖ANi中間鐵心柱的線圈中通以電流，產(chǎn)生磁通，