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電機與拖動基礎(chǔ)2025/6/262電機基礎(chǔ)知識★1.1電機的分類和應(yīng)用★1.2常用的基本電磁定律★1.3磁路計算仿真1.1電機的分類和應(yīng)用2025/6/262025/6/2641.1.1什么是電機

在電能的生產(chǎn)、轉(zhuǎn)換、傳輸、分配、使用與控制等方面，都必須通過能夠進行能量(或信號)傳遞與變換的電磁機械裝置，這些電磁機械裝置被廣義地稱為電機。通常所說的電機，是指那些利用電磁感應(yīng)原理設(shè)計制造而成的、用于實現(xiàn)能量(或信號)傳遞與變換的電磁機械的統(tǒng)稱。

2025/6/265按電機的功能來分類，電機可分為：

(1)發(fā)電機--把機械能轉(zhuǎn)變成電能；(2)電動機--把電能轉(zhuǎn)變成機械能；(3)變壓器、變頻器、變流機、移相器等，是分別用于改變電壓、頻率、電流及相位的，即把一種類型的電能轉(zhuǎn)變成另一種類型的電能；(4)控制電機--應(yīng)用于各類自動控制系統(tǒng)中的控制元件。

1.1.1什么是電機

2025/6/266始于19世紀(jì)60～70年代的第二次工業(yè)技術(shù)革命是以電力的廣泛應(yīng)用為顯著特點的。從此人類社會由蒸汽機時代步入了電氣化時代。1866年，德國工程師西門子制成發(fā)電機；1870年比利時人格拉姆發(fā)明了電動機;1882年法國學(xué)者德普勒發(fā)明了遠(yuǎn)距離送電的方法。同年，美國著名發(fā)明家愛迪生創(chuàng)建了美國第一個火力發(fā)電站，把輸電線結(jié)成網(wǎng)絡(luò)。1.1.2電機及電力拖動的發(fā)展概況

2025/6/267根據(jù)不同的應(yīng)用，按照不同的設(shè)計和驅(qū)動方式電機可做如下基本分類：1.1.3電機的種類與應(yīng)用

圖1-1電機種類示意圖2025/6/262025/6/268

電氣化、信息化時代，在性能、可靠性及容量等方面，對電機提出了更高的要求。交流變頻調(diào)速系統(tǒng)及變頻電機、大功率無刷直流電機、永磁同步無刷電機等得到了很大發(fā)展。電力拖動技術(shù)發(fā)展至今，它具有許多其他拖動方式無法比擬的優(yōu)點。它啟動、制動、反轉(zhuǎn)和調(diào)速的控制簡單、方便、快速且效率高；電動機的類型多，且具有各種不同的運行特性來滿足各種類型生產(chǎn)機械的要求；整個系統(tǒng)各參數(shù)的檢測和信號的變換與傳送方便，易于實現(xiàn)最優(yōu)控制。因此，電力拖動已成為國民經(jīng)濟電氣自動化的基礎(chǔ)。

1.1.3電機的種類與應(yīng)用

2025/6/262025/6/2691.2常用的基本電磁定律2025/6/26101.2.1電路定律

1）歐姆定律

流過電阻R的電流I的大小與加于電阻兩端的電壓U成正比，與電阻R的大小成反比。對直流電路的公式為

對于正弦交流電路，電阻R改為阻抗Z，電壓與電流以復(fù)數(shù)有效值表示，公式為2025/6/26111.2.1電路定律

如設(shè)流進節(jié)點的電流為正，則流出節(jié)點的電流為負(fù)。

或?qū)τ谡医涣麟娐?，公式?）基爾霍夫第一定律（電流定律）

對電路中任意一個節(jié)點，電流的代數(shù)和等于零。對于直流電路的公式為2025/6/26121.2.1電路定律

式中各個電壓和電動勢，凡是正方向與所取回路巡行方向相同者為正，相反者為負(fù)。或?qū)τ谡医涣麟娐?，公式?）基爾霍夫第二定律（電壓定律）

對于電路中的任一閉合回路，所有電壓降的代數(shù)和等于所有電動勢的代數(shù)和，對于直流電路，公式為2025/6/26131．電流磁效應(yīng)

凡是電流均會在其周圍產(chǎn)生磁場，叫電流的磁效應(yīng)，即所謂“電生磁”。1.2.2全電流定律

2025/6/26142．磁路的幾個基本物理量（1）磁感應(yīng)強度Ｂ

磁場中任意一點的磁感應(yīng)強度B的方向，即過該點磁力線的切線方向，磁感應(yīng)前度B的大小為通過該點與B垂直的單位面積上的磁力線的數(shù)目。磁感應(yīng)強度B的單位為T，工程上常沿用Gs為單位，其換算關(guān)系為

1T=104Gs

1.2.2全電流定律

2025/6/26151.2.2全電流定律

磁通的單位為Wb，有時沿用Mx為單位，其換算關(guān)系為

1Wb=108Mx磁場均勻且與截面垂直時，上式可簡化為（2）磁感應(yīng)通量

穿過某一截面Ｓ的磁感應(yīng)強度Ｂ的通量，即穿過某截面Ｓ的磁力線的數(shù)目，故稱為磁感應(yīng)通量，簡稱磁通。2025/6/26161.2.2全電流定律

為此，磁感應(yīng)強度B又稱為磁通密度。其單位與磁通和面積的單位相對應(yīng)，即1T=1Wb/m21Gs=1Wb/cm2

由上式可知，磁場均勻，且磁場與截面垂直時，磁感應(yīng)強度的大小可用下式表示2025/6/262025/6/26171.2.2全電流定律

其他導(dǎo)磁介質(zhì)的磁導(dǎo)率通常用

的倍數(shù)來表示，即μ為導(dǎo)磁介質(zhì)的磁導(dǎo)率，反映導(dǎo)磁介質(zhì)性能的物理量，磁導(dǎo)率μ大則導(dǎo)磁性能好。磁導(dǎo)率μ的單位Ｈ/ｍ，真空中的磁導(dǎo)率（3）磁場強度Ｈ

磁場強度H是為建立電流與由其產(chǎn)生的磁場之間的數(shù)量關(guān)系而引入的物理量，其方向與B相同，其大小與B之間相差一個導(dǎo)磁介質(zhì)的磁導(dǎo)率μ即2025/6/26181.2.2全電流定律

3．全電流定律

磁場中沿任一閉回路的磁場強度Ｈ的線積分等于該閉回路所包圍的所有導(dǎo)體電流的代數(shù)和。

這就是全電流定律。當(dāng)導(dǎo)體電流的方向與積分路徑的方向符合右螺旋關(guān)系時為正，反之為負(fù)。2025/6/2619所謂磁路，即磁通流經(jīng)的路徑。1.2.3磁路及磁路定律

1.磁路的歐姆定律將全電流定律用于圖1-2所示的無分支磁路，可得圖1-2無分支磁路2025/6/26201.2.3磁路及磁路定律

磁路中的磁通

與作用在該磁路的上的磁動勢成正比，與磁路的磁阻成反比，稱為磁路的歐姆定律。磁阻磁導(dǎo)2025/6/26211.2.3磁路及磁路定律

圖1-3中，圖1-3磁路的基爾霍夫律第一定律2．磁路的基爾霍夫第一定律

對任一封閉面而言，穿入的磁通等于穿出的磁通，這是磁通連續(xù)原理。對有分支的磁路在磁通匯合處的封閉面上磁通的代數(shù)和等于零，即2025/6/26221.2.3磁路及磁路定律

磁壓降的代數(shù)和等于磁動勢的代數(shù)和。3．磁路的基爾霍夫第二定律

將全電流定律應(yīng)用到任一閉合磁路上，有2025/6/26231.2.3磁路及磁路定律

磁路和電路的差別：（1）電路可以有電勢無電流，磁路中有磁動勢必然有磁通；（2）電路中有電流就有損耗（），恒定磁通下，磁路中無損耗；（3），而磁路中必須考慮漏磁通；（4）電阻率

在一定溫度下恒定不變，而鐵磁材料構(gòu)成的磁路中，

隨

變化，即

隨飽和度增加而增加。

2025/6/2624

磁場變化會在線圈中產(chǎn)生感應(yīng)電動勢，感應(yīng)電動勢的大小與線圈的匝數(shù)N和線圈所交鏈的磁通對時間的變化率

成正比，這是電磁感應(yīng)定律。當(dāng)按慣例規(guī)定電動勢的正方向與產(chǎn)生它的磁通的正方向之間符合右手螺旋關(guān)系時，感應(yīng)電動勢的公式為因磁通量變化產(chǎn)生感應(yīng)電動勢的現(xiàn)象，閉合電路的一部分導(dǎo)體在磁場里做切割磁感線的運動時，導(dǎo)體中就會產(chǎn)生電流，這種現(xiàn)象叫電磁感應(yīng)，產(chǎn)生的電流稱為感應(yīng)電流。1.2.4電磁感應(yīng)定律

2025/6/2625

電動勢的方向（公式中的負(fù)號）由楞次定律提供。楞次定律指出：感應(yīng)電流的磁場要阻礙原磁通的變化。對于動生電動勢也可用右手定則判斷感應(yīng)電流的方向，進而判斷感應(yīng)電動勢的方向。傳統(tǒng)上有兩種改變通過電路的磁通量的方式。至于感應(yīng)電動勢時，改變的是自身的磁場。而至于動生電動勢時，改變的是磁場中的整個或部份電路的運動。1.2.4電磁感應(yīng)定律

感應(yīng)電動勢的大小由法拉第電磁感應(yīng)定律確定：2025/6/26261．變壓器電動勢

線圈與磁通之間沒有相對切割關(guān)系，僅由線圈交鏈的磁通發(fā)生變化而引起的感應(yīng)電動勢稱為變壓器電勢。這類電動勢又分自感電動勢和互感電動勢兩種。1.2.4電磁感應(yīng)定律

（1）自感電動勢eL

線圈中流過交變電流i時，由i產(chǎn)生的與線圈自身交鏈的磁鏈亦隨時間發(fā)生變化，由此在線圈中產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢稱為自感電動勢，用eL表示，則公式為2025/6/26271.2.4電磁感應(yīng)定律

式中--自感磁通；--自感磁鏈。

線圈中流過單位電流所產(chǎn)生的自感磁鏈稱為線圈的自感系數(shù)L,即自感系數(shù)L為常數(shù)時，自感電動勢的公式可改為2025/6/26281.2.4電磁感應(yīng)定律

--由線圈1產(chǎn)生而與線圈2交鏈的互感磁鏈。式中

eM2--線圈2中產(chǎn)生的互感電動勢；（2）互感電動勢eM

在相鄰的兩個線圈中，當(dāng)線圈1中的電流

交變時，由它產(chǎn)生并與線圈2相交鏈的磁通

亦發(fā)生變化，由此在線圈2產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢稱為互感電動勢，用eM表示，則其公式為2025/6/26291.2.4電磁感應(yīng)定律

式中--磁場的磁感應(yīng)強度；--導(dǎo)體切割磁力線部分的有效長度；--導(dǎo)體切割磁力線的線速度。2.運動電動勢（速率電動勢）

若磁場恒定，構(gòu)成線圈的導(dǎo)體切割磁力線，使線圈交鏈的磁通發(fā)生變化，導(dǎo)體中感應(yīng)的電動勢稱為運動電動勢，三方向互相垂直時，其大小為：2025/6/26301.2.5電磁力定律

就是通常所說的電磁力定律，也叫畢奧薩伐電磁力定律.

載流導(dǎo)體在磁場中要受到電磁力的作用，三方向互相垂直時，其大小為方向的確定:

2025/6/2631能量守恒定律（energyconservationlaw）即熱力學(xué)第一定律是指在一個封閉（孤立）系統(tǒng)的總能量保持不變。其中總能量一般說來已不再只是動能與勢能之和，而是靜止能量（固有能量）、動能、勢能三者的總量

。能量守恒定律可以表述為：一個系統(tǒng)的總能量的改變只能等于傳入或者傳出該系統(tǒng)的能量的多少?？偰芰繛橄到y(tǒng)的機械能、熱能及除熱能以外的任何內(nèi)能形式的總和。

如果一個系統(tǒng)處于孤立環(huán)境，即不可能有能量或質(zhì)量傳入或傳出系統(tǒng)。對于此情形，能量守恒定律表述為：“孤立系統(tǒng)的總能量保持不變。”1.2.6能量守恒定律

2025/6/26321.2.6能量守恒定律

能量既不會憑空產(chǎn)生，也不會憑空消失，它只會從一種形式轉(zhuǎn)化為另一種形式，或者從一個物體轉(zhuǎn)移到其它物體，而能量的總量保持不變。能量守恒定律是自然界普遍的基本定律之一。機械能、化學(xué)能、熱能、電（磁）能、輻射能、核能等不同類型的能量之間相互轉(zhuǎn)化的方式多種多樣。例如，最常見的電能（交流電和電池）可以由多種其他形式的能量轉(zhuǎn)變而來，如機械能–電能的轉(zhuǎn)變（水力發(fā)電）、核能–熱能–機械能–電能的轉(zhuǎn)變（核能發(fā)電）、化學(xué)能–電能的轉(zhuǎn)變（電池）等。1.3磁路計算仿真2025/6/262025/6/2634[例題1-1]繪制磁化曲線問題,用M語言編寫繪制磁化曲線的MATLAB程序如下：clcclearHdata=[38,59,67,71,77,83.5,88,97,100,112,120,...135,147,165,183,196,210,237,300,375,...410,533,600,750,900,1250,2000];%磁場強度H值Bdata=0.2:0.05:1.50;%磁感應(yīng)強度B值ydata=0:0.001:1.6;%y坐標(biāo)0~1.6xdata=interp1(Bdata,Hdata,ydata,'spline');%采用樣條插值的方法分析數(shù)據(jù)1.3磁路計算仿真

2025/6/2635plot(Hdata