課堂電機學課件-第一章緒論

1電機學

ElectricalMachine2課程概況及特點：

專業(yè)技術基礎課

1）既帶有基礎性又帶有專業(yè)性；

2）既有較強的理論性又有較好的實踐性。先修課程：高等數(shù)學、電路等3學習方法：

1）抓主要矛盾，有條件地略去一些次要因素；

2）抓住重點，牢固掌握基本概念、基本原理和主要特性；

3）要有良好的學習方法，運用對比或比較的方法，分析電機的共性和特點，加深對原理和性能的理解；

4）理論聯(lián)系實際，重視科學實驗和工程實踐；

5）充分預習和復習。教材介紹4第一章緒論一、電機在國民經(jīng)濟中的應用電能：能量的一種形式；電機：一般來講，電機是依據(jù)電磁感應定律和電磁力定律，由電路和磁路構成的能實現(xiàn)機電能量轉(zhuǎn)換或信號傳遞與轉(zhuǎn)換的裝置。更簡單的說，電機是能量轉(zhuǎn)換的一種裝置。

第一節(jié)概述5電機的作用和地位：電機在電能生產(chǎn)中的作用

99%以上的電能均為同步發(fā)電機發(fā)出的2.電機在電能的傳輸中的作用

電功率S=UI

相同功率下，電壓越高，電流越小。因此由電廠生產(chǎn)的電能要先送到變電站進行升壓，再進行遠距離傳輸，然后再由降壓變壓器進行降壓、分配。3.電機在電能使用中的作用

由發(fā)電廠生產(chǎn)的電能有大約70%由各種各樣的電動機所消耗。4.電機在自動控制中的作用67二、電機的分類形式很多，分類方式多樣：1．按電機在應用中的職能來分電動機電——>機發(fā)電機機——>電變壓器電——>電控制電機信號變換與傳輸2．按速度來分變壓器n=0

同步電機n=同步速度n0

異步電機n≠n0,但接近同步速n0

直流電機n不定83．按電流性質(zhì)分直流電機直流發(fā)電機直流電動機交流電機交流電動機交流發(fā)電機變壓器9第二節(jié)電機的電磁基本理論電機中的三大物理量:

電、磁、機械（機電能量轉(zhuǎn)換）其中，電和磁構成電機的兩大要素電：以“路”的形式出現(xiàn)，線圈（繞組）構成電路，較熟；磁：以“場”的形式出現(xiàn)，本科階段一般以磁路進行分析；機：機械能，電機中與之相關的有轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速等。

10一、磁場、磁感應強度磁場：運動電荷（電流）周圍存在的一種特殊物質(zhì)洛倫茲力：磁場中載流導體所受到的力磁感應強度：描述磁場強弱的物理量B二、磁力線、磁通量（Φ）1.磁力線1）定義：用假象存在的曲線來表示磁場的分布，2）性質(zhì)：“符合右手螺旋定則”；“永不相交，確定點的B方向確定、唯一”；“閉合、無起點、終點”。112.磁通（磁通量）：通過磁場某一面積的磁感應線數(shù)垂直（正交）（S的法線與B方向之間夾角）任意曲面、不均勻磁場閉合曲面（高斯定理，磁通連續(xù)性原理）工程中稱磁感應強度為磁通密度，簡稱磁密，單位Wb/m212三、磁場強度磁導率1 磁場強度（H）：表征磁場性質(zhì)的一個矢量，單位A/m2B與H的關系

磁導率、真空中的磁導率、相對磁導率133沒有磁絕緣的概念

(電：＞1010，磁：103~105)14四、全電流定律1．定義：磁場強度矢量H沿任一閉合回路的線積分=該閉合回路所包圍的導體電流的代數(shù)和。

（右手螺旋定則）2．磁壓（磁位差）：H沿路徑的線積分稱該路徑上的磁壓。

Um=∫Hdl3．磁勢：磁場回路所匝鏈的電流

F=∑I磁勢、磁壓的單位均為：A沿磁場中任一閉合回路，總磁壓等于總磁勢。15五、磁路、磁路參數(shù)、全磁路歐姆定律

1.磁路：導磁材料與非導磁材料、主磁通與漏磁通、磁路2.磁路歐姆定律（1）部分磁路電路：R＝U／I磁路：（2）全磁路3.磁阻比較電阻：164．磁導5．磁路第一定律（節(jié)點定律）

根據(jù)磁通的連續(xù)性原理，流入磁路節(jié)點的磁通的代數(shù)和等于0.6．磁路第二定律（回路定律）即7.磁路與電路的異同（1）同：絕大多數(shù)概念等價（2）異：a電流是電荷的移動磁通是假想的用于描述磁場的量

b直流電流通過電阻消耗能量恒定磁通通過磁阻不消耗能量17六、B－H曲線1．磁化曲線起始段：μ較小；線性區(qū)：μ（較大）近似為直線飽和區(qū)：μ很小，H增大，B基本不變182．磁滯回線磁滯現(xiàn)象剩磁（剩余磁通密度、剩余磁感應強度）矯頑力:Hc軟磁材料：Hc小，易被磁化，也易消失――電機中多用之硬磁材料：Hc大，與上相反，做永磁材料，如永久磁鐵3基本磁化曲線通不同電流形成不同的B-H曲線的各頂點的連線19例：圖(a)為硅鋼片疊成的磁路（尺寸的單位：mm），圖(b)所示為硅鋼片的磁化曲線，勵磁線圈有1000匝。求當鐵芯中磁通為1×10－3Wb時，勵磁線圈中的電流為多少？20解:1.鐵芯部分：設鐵芯的疊片因數(shù)(疊片凈厚度與總厚度之比)為0.94，則鐵芯的凈面積為

Ai=20×10-3×40×10－3×0.94=0.752×10－3(m2)鐵芯磁路的平均長度為

Li=2(100+80)-6=354(mm)=0.354(m)鐵芯中的平均磁通密度為

由磁化曲線查得相應的鐵芯磁場強度為Hi=560A／m。鐵芯段磁路所需的磁動勢為

(A)212．氣隙部分不計氣隙處磁通的擴散現(xiàn)象，則氣隙磁通與鐵芯中的磁通相同，因為氣隙部分的面積為Ag=20×10-3×40×10－3=0.8×10－3(m2)所以氣隙部分的感應強度、磁場強度和氣隙部分所需的磁勢為3．總體所需的總磁勢為F＝FI+Fg=6162(A)線圈所需的勵磁電流為I＝Fi／N＝6.162(A)要點：氣隙雖小，但所需的磁勢卻很大。甚至可忽略鐵芯的磁壓降。22七鐵芯損耗

交變的磁通在鐵芯中產(chǎn)生損耗（1） 磁滯損耗（正比于頻率）（2） 渦流損耗（正比于頻率的平方，正比于疊片厚度的平方，所以用很薄的硅鋼片（0.3~0.5mm）而不用整塊鐵。）23八、磁場貯能1．磁場能量（體）密度2．總能量3．線性介質(zhì)24九、電感（一）自感磁鏈：穿過線圈的磁通形成磁鏈磁鏈與穿過線圈的電流成正比：系數(shù)L稱電感，所以電感定義如下：一個線圈通過單位電流所形成的磁鏈叫該線圈的電感。25（二）互感兩個相鄰回路：回路1中的電流I1產(chǎn)生的，與回路2交鏈（匝鏈）的磁鏈（注意下標順序）定義：該磁鏈與產(chǎn)生該磁鏈的電流I1之比稱回路1對回路2的互感M21。同理：回路2對回路1的互感M12為：問題：下標中第一個數(shù)代表？第二個數(shù)代表？同理，其中：Rm稱兩線圈間的磁阻，Λ為磁導。26（三）漏磁通、漏磁鏈、漏電感1．漏磁通2．漏磁鏈3．漏電感（四）電抗27十、電磁感應定律感應電勢的兩種形式1．變壓器電勢線圈中Φ變化方向：楞茨定律

2．速度電勢導體運動產(chǎn)生e=BLv

方向:參考右手定則28十一、電磁力、電磁轉(zhuǎn)矩（1）電磁力通電導體在B中受的力

F=BIL（發(fā)電機的本質(zhì)：外力F作用于導體，使其以v運動，則輸入機械功率Fv；產(chǎn)生感應電勢e，與外電路形成電流i,則輸出電功率ei。不計損耗，功率平衡）（2）電磁轉(zhuǎn)矩29十二、電機的可逆性同一電機既可做發(fā)電機又可做電動機。發(fā)電機與電動機即有感應電勢又有電磁力，只是形式不同，今后課程中注意體會。30十三、磁路參量與電路