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1、电机与拖动基础 陈 勇 陈亚爱 主编 蔡军 罗萍 向敏 副主编,Page 2,绪 论,Page 3,电机的分类,Page 4,电机的应用,电能生产由同步发电机生产； 高压输电由升压变压器将发电机发出的电压升高到输电电压再输送； 降压用电由降压变压器将输来的高压电降为所需低电压，供给用电设备； 生产机械的拖动由各种电动机或电力拖动系统实现； 控制系统中的信号转换由各种控制电机完成。,Page 5,本教材内容,“电机与拖动基础”课程是把“电机学”和“电力拖动基础”两门课整合为一门课。本教材以电力拖动系统中应用最广泛的电机和电力拖动为重点，从使用的角度介绍交、直流电机、变压器、控制电机的基本结构、工
2、作原理、主要工作特性以及电力拖动系统的运行特性等。,Page 6,课程性质,本课程属专业技术基础课，学习过程中要用到高等数学、大学物理、电路等课程的知识。本课程虽是基础课，但又具有专业性质，讲授的内容是电机方面非常具体、实际的问题。因此，课程的特点是理论性强，实践性也强。,Page 7,教学目的,本课程的教学目的是，通过课程的学习,使学生掌握常用交、直流电机及变压器的基本结构、工作原理、运行性能和实验方法；了解交直流电力拖动的基础知识，掌握他励直流电动机启动、制动及调速等各种运行状态的静动态特性和参数计算；掌握异步电动机特性分析、启动、制动方法和交流电动机常用调速方法；学会选择电动机容量的方法
3、。,Page 8,学习方法1,首先，学习中应注意，在实际运行着的电机中， 电、磁、力、热等物理定律同时起作用，互相制约， 分析解决这种复杂问题时，往往需要忽略一些次要矛 盾，抓住主要矛盾加以解决，只要所得结果正确，引 起的误差在允许的范围内，这在工程上是允许的，这 与以前所学课程中解决问题理想化、单一化有很大区 别，学习时需有足够的认识。,Page 9,学习方法2,其次应注意，本课程的动力用电机包括变压器 及各种电动机等，种类繁多，各具特性，但就其内 部电磁关系耦合过程和机电能量转换关系，仍有其 内在联系。他们的基本工作原理都是建立在电磁感 应定律和电磁力定律基础上的；他们的能量转换都 是以磁
4、场为媒介，其电磁关系可抽象为电路参数， 得出基本方程式和等值电路，这是共性方面。,Page 10,学习方法2,在学习中应将各种电机的相似性有机地统一起 来，注意课程内容的内在联系，形成学习本课程鲜 明的主线，只要学好了变压器，对交流机和直流机 的内容就比较容易掌握了。,Page 11,学习方法3,最后应注意，理论联系实际，注重做好本课 程开设的相关实验，立足于学会使用各类电机， 在实验中学习解决实际问题的方法，注意培养解 决工程实际问题的能力。,Page 12,基本电磁定律,学习本课过程中常要用到的基本电磁定律有： 全电流定律、磁路欧姆定律、电磁力定律、电磁感 应定律、基尔霍夫电流定律和电压定
5、律等。,Page 13,（1）电路定律,电路欧姆定律 流过电阻R(resistance)的电流I(current)大小与电阻两端的电压U(voltage)成正比，与电阻R的大小成反比，即有,Page 14,（1）电路定律,基尔霍夫第一定律 电路中任意节点的电流的代数和等于零，即有 基尔霍夫第二定律 对电路中任一回路，电压降的代数和等于电动势 (emf)的代数和，即有,Page 15,（2）电磁感应定律,一匝数(turn)为N的线圈(winding)，在变化的磁 场中产生的感应电动势e(induce electromotive force) 的大小与线圈匝数N和线圈所交链的磁通(the magn
6、tic flux)对时间的变化率dF/dt成正比，当感应电动势正方 向与产生它的磁通正方向符合右手螺旋定则时，则有,Page 16,（3）全电流定律,磁场中沿任一闭合回路的磁场强度H(the magnetic field intensity)的线积分等于该闭合回路所 包围的所有导体电流的代数和，即有,Page 17,（4）电磁力定律,载流导体在磁场中受到力的作用，当磁场与 导体相互垂直作用时，作用在载流导体的电磁力 为,Page 18,（5）磁路定律,磁路基尔霍夫第一定律 在磁路(magnetic circuit)中根据磁通的连续性可 得：穿入任一闭合面的磁通必等于穿出该闭合面的 磁通，即磁路
7、中通过任何闭合面上的磁通的代数和 等于零，则有 上式中一般将穿出闭合面的磁通取正号，穿入 闭合面的磁通取负号。,Page 19,（5）磁路定律,磁路基尔霍夫第二定律 根据麦克斯韦方程可得出：在闭合的磁路中， 各段磁压降的代数和等于闭合磁路中磁动势(mmf)的 代数和，即有 上式中，H磁场强度，A/m；L各段磁路的 长度，m；N线积分线路所包围的导体数； I每根导体所流过的电流，A。,Page 20,（5）磁路定律,磁路欧姆定律 在无分支的磁路中，磁通F与磁动势F大小成正 比，与磁路中的总磁阻Rm(total reluctance)的大小成 反比，即有 上式中，Rm磁路的总磁阻，1/H。,Pag
8、e 21,磁路与电路对比表,Page 22,电机中铁磁材料的特点,（1）磁化曲线(magnetization curve) 铁磁材料具有如 下特点： 它的磁化曲线具 有饱和性，磁导率Fe 不是常数，且随H变化 而变化。,Page 23,电机中铁磁材料的特点,（2）磁滞回线(the hysteresis loop) 不同的铁磁物质其磁滞 回线宽窄是不同的，当铁磁 材料的磁滞回线较窄时，可 用它的平均磁化曲线，即基 本磁化曲线进行计算（如图 3曲线3所示）。,Page 24,电机中铁磁材料的特点,根据磁滞回线形状的不同，铁磁材料可分为硬 磁材料(hard magnetic material)和软磁
9、材料(soft magnetic material)。 硬磁材料的磁滞回线胖宽，剩磁、矫顽力大， 如钨钢、钴钢、镍铝钴合金、钕铁硼等。一般用来 制造永久磁铁。,Page 25,电机中铁磁材料的特点,软磁材料的磁滞回线瘦窄，剩磁、矫顽力小， 如硅钢片、铸钢等。由于电机铁心采用软磁材料制 成，其磁滞回线瘦窄，在进行磁路计算时，为了简 化计算，不考虑磁滞现象，而用基本磁化曲线来表 示B与H之间的关系，故通常所讲的铁磁材料的磁化 曲线是指基本磁化曲线。,Page 26,电机中铁磁材料的特点,（3）交流磁路中的铁心损耗(core loss) 交流磁路中存在着铁心损耗，铁心损耗又分为 磁滞损耗(hyste
10、resis loss)和涡流损耗(eddy-current loss )。,Page 27,电机中铁磁材料的特点,磁滞损耗 铁磁材料在交变的磁场中反复磁化，磁畴 (domains)间相互摩擦，产生损耗，这种损耗称为磁 滞损耗。磁滞损耗与交变磁场的频率f、铁心的体积 V、磁滞回线的面积成正比。,Page 28,电机中铁磁材料的特点,磁滞损耗功率可用下式表示： 式中，kh磁滞损耗系数，它的大小取决于材料 性质；对一般电工钢片n=1.62.3；f磁通交变 频率；Bm磁通密度的最大值。,Page 29,电机中铁磁材料的特点,涡流损耗 铁心是有阻值的，当磁通交变时，铁心中就会 感应交变的电动势，在导电的铁心中就会产生环流， 这种电流在铁心构成的回路与磁通相环链，称涡流， 涡流产生的损耗称为涡流损耗。涡流损耗功率可用下 式表示： 式中kw与材料有关的比例系数。,Page 30,电机中铁磁材料的特点,铁心损耗 铁心中的磁滞损耗和涡流损耗之和称为铁心 损耗即有：,Page 31,结 束,
