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1、电机及拖动基础,绪言,第一章 直流电机,第二章 变压器,第三章 异步电机,绪论0-1 电机的概念0-2 电机在国民经济建设中的作用及我国电机工业简况0-3 本课程的性质、任务及内容0-4 磁路0-5 铁磁材料特性0-6 小结,0-1 电机的概念,（1）电机是与电能有关的能量转换机,发电机、变压器,热能或其他能量转换为电能,电能转换为机械能,电动机,电网,机械装置,0-1电机的概念,（2）电机主要指发电机、电动机和变压器，是实现电能的生产、变换、使用和控制的电磁机械装置。 生产指发电，变换指升降压，使用指拖动生产机械及家用电器的电动机。 控制指特殊的微型的小电机， 用于自动控制系统，起检测、放大
2、、执行的作用。 无论大型、中型、小型及控制电机都是电磁机械装置。,0-1 电机的概念,发电机、 变压器,电：电路绕组电磁机械 磁：磁回路导磁材料及气隙 机械装置 ：结构轴、机座、 端盖、 定子、转子等。,电磁机械装置,如变压器：,（3）电机种类,发电机,直流发电机交流发电机,同步发电机异步发电机,电动机,直流电动机交流电动机,同步电动机异步电动机,单相异步电机三相异步电机,鼠笼绕线式,变压器,升压变压器降压变压器,控制电机,伺服、测速、步进电机,电 机,0-2 电机在国民经济建设 中的作用及我国电机工业简况,电能在生产、传输、分配、使用、控制及能量转换等方面极为方便，只要有电源处就可以使用电动
3、机拖动生产机械。所以电机是工业、农业、交通运输、国防工程以及日常生活中常用的主要设备。,一.电机在国民经济建设中的作用, 在电力工业中的作用 电能是现代大量应用的能量形式，这种能量形式有多种优点：1）传输和分配容易2）使用控制方便3）无污染4）可以远距离、放射传输和分配。,0-2 电机在国民经济建设 中的作用及我国电机工业简况,1.电机在电力工业中的应用,0-2 电机在国民经济建设 中的作用及我国电机工业简况,2.在工业企业中：,驱动各种生产机械装备，广泛使用电动机拖动各种生产机械如：机床拖动、鼓风机 、吊车、抽水机（电力灌溉）以及矿石采掘和送料、电车和电力机车的牵引。,3.自动控制系统、智能
4、化装置的重 要元件,在自动控制技术中各式各样的小巧灵敏的控制电机作为检测、放大、执行和解算元件。应用于人造卫星发射和飞行的控制，机床加工的自动控制。,控制和显示各种自动记录仪表，音像录放设备、医疗器械等的运行控制、检测记录显示都采用微型电机。,0-2 电机在国民经济建设 中的作用及我国电机工业简况,定频空调器 压缩机采用单相异步电动机，3台及以上空调机采用三相异步电动机依赖频繁开断电动机实现室内温度恒定。变频空调器 可以减少噪音、环保、节能。,4.家用电器,0-2 电机在国民经济建设 中的作用及我国电机工业简况,交流变频 压缩机采用变频电机：三相异步电动机，采用变频控制技术控制电动机转速，使压
5、缩机制冷量连续可调。直流变频 压缩机采用无刷直流电动机，噪音更小，更节能。电冰箱：原理与空调器相似。洗衣机：用电动机作为动力，采用离心式排水泵进行排水，鼓风机进行烘干。,二.电机的发展及我国电机工业简况,电机雏形,直流发电机,单相交流发电机,变压器,单相式异步电机,三相式异步电机,变频调速电机,我国电机工业简况：,旧中国大型电机依赖进口。40年代初，国民政府资源委员会所属的中央机器厂曾通过进口瑞士BBC公司的2MW汽轮发电机转子。 1945年引进美国西屋电气公司10MW电机。 1950年旧北京召开全国电机制造会议，次年筹建的哈尔滨电机 厂是苏联援建国内最大的电机生产新基地。现已拥有上海东方电机
6、厂、哈尔滨、四川、北京、武汉、江苏、杭州、山东和广州九个大、中型主机生产基地，可成套供应600MW火电设备。,1958年上海电机厂和哈尔滨电机厂分别试制成 第一台仿捷TQC型和仿苏TQ25MW空气冷却式汽轮发电机。 刘家峡电站发电机225MW，云峰电站100MW混流式机组，龙羊峡电站320MW，葛洲坝170MW。 1980年后，东方电机厂参加国际投标获胜，为美国卡曼奇电站提供大型电机，之后哈尔滨电机厂向加拿大出口电机。,我国电机工业简况：,我国电机工业简况：,现在我国已可出口600MW电机。 2002年1月清华大学新近研制成世界上最细的电动机。 目前电动机已朝节能型发展。 2002年3月29日
7、世界最大的水轮发电机运抵三峡工地，这是三峡工程安装的首台发电机组。,我国目前正在建设和运行的国产核电机组包括30万千瓦和60万千瓦两种。 经过多年努力，我国已经初步具备百万千瓦级核电站的设计能力。现在我国正规划百万千瓦级国产化核电组。,我国电机工业简况：,0-3 本课程的性质、任务与内容,通过本课程的学习获得电机的基础理论、基础知识和实验技能，为进一步学习专业课作好准备，并为今后合理地使用电机打下基础。 高等数学 牵引电机 电路 交流调速系统 物理 供变电工程 牵引供电系统,先修课,后继课,0-3 本课程的性质、任务与内容,学生在学完本课程后应能达到下列要求： （1）了解各种典型电机的基本结构
8、、原理、特性。 （2）掌握电机的分析方法，能正确建立基本方 程式、运用等值电路、矢量图手段。 （3）能进行一般电机的起动、调速和运行的操 作。 电机学特点： （1）综合性 （2）实用性 （3）基础性,安培环路定律；磁欧姆定律；,0-4 磁路,教学目的和要求：,掌握表征磁场强弱的物理量。,复习安培环路定律。,学习磁压与磁动势的概念。,学习磁路、磁阻与磁欧姆定律。,重点难点：,励磁电流产生磁场的概念；,磁动势概念。,0-4 磁路,1.磁场 磁场是由什么产生的 ？, 电流,铁芯中有磁场产生。,如：一根高压带电输电线，其周围存在磁场,线圈通电后，怎样？,再如：,I,0-4 磁路,2.表征磁场的物理量,
9、 磁感应向量,磁场中各点的磁感应可以通过磁感应向量线的疏密表示，磁感应向量线总是闭合。, 磁通,穿过某一截面的磁感应向量的通量称为磁通。,B又称为磁密,0-4 磁路,当 一定时，S（磁路截面积）小，则磁密大；S大，则磁密小。,红线表示磁通S2小，B2最大。,可把磁通 比作：电路中的电流；自来水管中的水流。,在磁路中，用磁力线的疏密表征磁密B的大小。,0-4 磁路,磁感强度向量,是磁场中导磁材料的导磁率，表征导磁性能。,同样的B，对应不同磁路性质， 不同。,空气 (亨/米；),铁磁物质 0,则：对应0 的H较大，对铁磁材料的H则小。,是0的几千甚至几万倍。,0-4 磁路, 安培环路定律：在磁路中
10、，沿任一闭合路径磁场强度向量的线积分，等于穿过该闭合 路径所界定的面的电流的代数和。,iH B/ ,左式说明电流与磁场的关系。,磁场由电流产生。,i是闭合磁路所界定的面的电流的代数和。,0-4 磁路,H1 L+H2 = i1 N1-i2 N2 =10 i1-20 i2,则 H2H1,左图H1和H2哪个大？,H1=B/ ,0 ,磁路分两种材料，铁磁和空气。,H2=B/ 0,H1（2L1+2L2-）+H2 =I,0-4 磁路,4. 磁压和磁动势,磁压降 （磁动势）,比较电路： U= E,电路中电压代数和与总电动势平衡。,磁路中 I的名称,磁动势,磁势,磁通势,磁动势是产生磁场的原因和条件。,0-4
11、 磁场,i=i1N1+i2N2+ =F1+F2+ (F1 F2为磁动势）,电机,磁路,电路,电流I,通电导线,磁动势,磁通,磁力,电磁转矩,电机转动,0-4 磁路,左图空气为磁路，磁阻大,Rm1 小Rm 大,电感线圈，磁路一部分在空气中，一部分在铁磁材料中。（磁阻较大）,Rm=L/s ,Rm与成反比,0-4 磁路, 相当于电路中的i ;i 相当于电路中的E (电动势）; Rm相当于电路中的R（电阻）。,磁阻类似于电路的电阻，但与之不同，它不是一个能量损耗元件。,Am垂直于磁通密度B的横截面积,0-4 磁路,产生磁通=9 10-4Wb，试求所需的磁动势值。铁芯采用D23硅钢片，叠装系数为0.9，
12、气隙截面积为A = 9 10-4m2，边缘效应不计。,i1,Lm,=0.210-3m,例题,0-4 磁路,Um= H =( 7.95 10-5) 0.2 10-3=159A,解题方式一：, B H H H m H m Lm, 求B 气隙中磁通密度,B = / A = 9 10-4/9 10-4=1T, H = B / 0 =1/ 410-7=7.95 10-5A/m,铁芯磁通密度 B Fe,3,B Fe = B /0.9=1.11T,0-4 磁路, Fe 求取 查手册D23硅钢片的磁化曲线。 注意比较下两图：,非线性不是常值, =B/H,饱和 非饱,饱和时：H而B几乎不变。,非饱和时：H B,
13、0-4 磁路,铁磁材料的导磁系数 Fe 随铁芯饱和的程度变化而变化。, 求整个磁路的磁动势为 F=N1i1=Um +U m Fe=H +H Fe Lm =159+50.7=209.7A,Um Fe=H Fe Lm=5070.1A=50.7A,i1=F/N1=209.7A/100=2.097A, 求激磁电流或激励电流,注意： Um /F=159/ 209.7100%=75.8 %,0-4 磁路,解题方法二：,求 R 和R Fe = i N/ R m i w, R = / 0A =0.210-3/ 410-7 9 10- 4 =1.768105(),求： R Fe = lm/ A ,怎样确定？,不是常数，随饱和程度变化而不同。,查D23磁化曲线 B=1.11T H=507A/m =B/H=1.11/507=2.18910-3 R Fe=0.1/(2.18910-3910-4)=0.508105 注意 R / R Fe=1.768105/0.508105=3.48F=N I= R m = (R + R Fe ) =910-4(1.768105+0.508105) =205A,
