电机学全套精品课件(全册)

电电 机机 学学第一章第一章 导论导论1.电机的定义电机的定义2.电机的分类及作用电机的分类及作用3.电机中的基本电磁关系电机中的基本电磁关系4.电机中的铁磁材料特性电机中的铁磁材料特性5.磁路基本定律及计算方法磁路基本定律及计算方法6.电机的机电能量转换过程电机的机电能量转换过程7.总结总结电机：依据电磁感应定律和电磁力定律实现电机：依据电磁感应定律和电磁力定律实现机电能量转换和信号传递与转换的装置机电能量转换和信号传递与转换的装置什么是什么是电机？电机？泛指所有实施电能泛指所有实施电能生产、传输、使用生产、传输、使用和电能特性变换的和电能特性变换的机械或装置机械或装置电机的定义电机的定义电机的分类电机的分类电机电机静止的电气设备静止的电气设备变压器变压器旋转电机旋转电机交流电机交流电机直流电机直流电机直流发电机直流发电机直流电动机直流电动机同步电机同步电机异步电机异步电机同步发电机同步发电机同步电动机同步电动机异步电动机异步电动机异步发电机异步发电机使用中的变压器使用中的变压器水轮发电机水轮发电机电动机电动机汽轮发电机组汽轮发电机组电机类型电机类型电能的生产、传输和分配电能的生产、传输和分配返返 回回返返 回回驱动生产装置和机械驱动生产装置和机械控制系统和智能化装置的重要元件控制系统和智能化装置的重要元件返返 回回电机的作用电机的作用 电电 机机电能的生产、传输和分配电能的生产、传输和分配控制系统和智能化装置的重要元件控制系统和智能化装置的重要元件驱动生产机械和装置驱动生产机械和装置发电机、变压器发电机、变压器电电 动动 机机控制电机控制电机电机中的基本电磁定律电机中的基本电磁定律1.全电流定律全电流定律电机中的基本电磁定律电机中的基本电磁定律2.电磁感应定律电磁感应定律变压器电动势运动电动势电机中的基本电磁定律电机中的基本电磁定律 变变 压压 器器 电电 动动 势势 变压器电动势的方向可根据楞次定律来判断变压器电动势的方向可根据楞次定律来判断运运 动动 电电 动动 势势eBv电机中的基本电磁定律电机中的基本电磁定律电机中的基本电磁定律电机中的基本电磁定律3.电磁力定律电磁力定律Bfi铁磁材料的特性铁磁材料的特性铁磁材料包括铁铁磁材料包括铁、钴钴、镍以及它们的合金镍以及它们的合金1.1.铁磁材料的导磁率铁磁材料的导磁率1.1.所有非导磁材料的磁导率所有非导磁材料的磁导率均为常数，接近真空磁导率均为常数，接近真空磁导率2.2.铁磁材料的磁导率远大于铁磁材料的磁导率远大于非导磁材料的磁导率非导磁材料的磁导率3.3.铁磁材料的磁导率在较大铁磁材料的磁导率在较大范围内变化，铁磁材料是非范围内变化，铁磁材料是非线性的线性的H/m铁磁材料的特性铁磁材料的特性在外磁场的作用下，铁磁材料内部的磁筹重在外磁场的作用下，铁磁材料内部的磁筹重新排列，使得内部磁效应不能抵消，因而在新排列，使得内部磁效应不能抵消，因而在宏观上对外显示磁性。宏观上对外显示磁性。铁磁材料的特性铁磁材料的特性铁磁材料磁化过程铁磁材料磁化过程oaoa段：段：H H较弱，较弱，B B缓慢增加缓慢增加abab段：段：H H较强，较强，B B迅速增加迅速增加bcbc段：段：H H继续加强，继续加强，B B增加增加变慢（饱和段）变慢（饱和段）c c段：段：H H继续加强，继续加强，B B增增加缓慢（深度饱和段）加缓慢（深度饱和段）铁磁材料的特性铁磁材料的特性2.2.磁滞与磁滞损耗磁滞与磁滞损耗磁滞损耗：磁滞损耗：P1819铁磁材料的特性铁磁材料的特性3.3.涡流与涡流损耗涡流与涡流损耗4.4.交流铁心损耗交流铁心损耗铁磁材料的特性铁磁材料的特性公式中各量纲见公式中各量纲见P20磁路基本定律及计算方法磁路基本定律及计算方法磁磁 路路 基基 本本 定定 律律 欧姆定律欧姆定律基尔霍夫第一定律基尔霍夫第一定律基尔霍夫第二定律基尔霍夫第二定律磁路的欧姆定律磁路的欧姆定律 A AN Ni i磁阻磁阻磁导磁导磁路的基尔霍夫第一定律磁路的基尔霍夫第一定律A AN Ni i定律内容定律内容:穿出穿出(或进入或进入)任一闭和面的总磁通量恒等于零任一闭和面的总磁通量恒等于零(或者说，或者说，进入任一闭合面的磁通量恒等于穿出该闭合面的磁通量进入任一闭合面的磁通量恒等于穿出该闭合面的磁通量)，这就是磁通连续性定律。这就是磁通连续性定律。磁路的基尔霍夫第二定律磁路的基尔霍夫第二定律定律内容定律内容:沿任何闭合磁路的总磁动势恒等于各段磁路磁位降的代数和。沿任何闭合磁路的总磁动势恒等于各段磁路磁位降的代数和。磁路基本定律及计算方法磁路基本定律及计算方法磁路与电路的主要区别磁路与电路的主要区别电路电路磁路磁路电阻率恒定电阻率恒定导磁率变化导磁率变化电压、电流线性电压、电流线性磁势、磁通非线性磁势、磁通非线性不存在饱和现象不存在饱和现象有磁路饱和有磁路饱和磁路和电路的比拟仅是一种数学形式上的磁路和电路的比拟仅是一种数学形式上的 类似、而不是物理本质的相似。类似、而不是物理本质的相似。电路电路磁路磁路电流电流I I磁通磁通电动势电动势E E磁动势磁动势F F电压降电压降IEIE磁压降磁压降R Rm m电阻电阻R R磁阻磁阻R Rm m电导电导g g1/R1/R磁导磁导m m=1/R=1/Rm m基尔霍夫第一定律基尔霍夫第一定律i i0 0基尔霍夫第一定律基尔霍夫第一定律0 0基尔霍夫第二定律基尔霍夫第二定律U Ue e基尔霍夫第二定律基尔霍夫第二定律HlHlNINI欧姆定律欧姆定律I IU/RU/R欧姆定律欧姆定律U Um m/R/Rm m磁路基本定律及计算方法磁路基本定律及计算方法铁心磁路计算铁心磁路计算是电机分析和设计过程中的一项重要工作是电机分析和设计过程中的一项重要工作已知磁通确已知磁通确定磁动势定磁动势已知磁动势已知磁动势确定磁通确定磁通磁路基本定律及计算方法磁路基本定律及计算方法1.串联磁路计算串联磁路计算将磁路分段，保证每段磁路的均匀性将磁路分段，保证每段磁路的均匀性计算每段磁路的截面积和等效长度计算每段磁路的截面积和等效长度根据给定磁通，确定每段磁路磁密根据给定磁通，确定每段磁路磁密由磁密确定每段磁路的磁场强度由磁密确定每段磁路的磁场强度计算每段磁路的磁压降计算每段磁路的磁压降由基尔霍夫第二定律计算磁动势由基尔霍夫第二定律计算磁动势磁路基本定律及计算方法磁路基本定律及计算方法计算实例计算实例已知数据：已知数据：1.硅钢片的磁化曲线硅钢片的磁化曲线2.铁心尺寸：铁心尺寸：3.气隙尺寸：气隙尺寸：4.线圈砸数：线圈砸数：N5005.给定磁通：给定磁通：计算数据：计算数据：1.1.励磁磁动势励磁磁动势F F 2.2.励磁电流励磁电流I I 磁路基本定律及计算方法磁路基本定律及计算方法将磁路分为铁心段和气隙段将磁路分为铁心段和气隙段铁心段的磁场强度，由磁化曲线查得：铁心段的磁场强度，由磁化曲线查得：磁路基本定律及计算方法磁路基本定律及计算方法第二类问题求解：给定磁动势大小，求磁通和磁密第二类问题求解：给定磁动势大小，求磁通和磁密假定一个磁通值，计算出相应得磁动势，迭代完成假定一个磁通值，计算出相应得磁动势，迭代完成假定一个磁通假定一个磁通计算出磁动势计算出磁动势F F重新假定重新假定YN磁路基本定律及计算方法磁路基本定律及计算方法2.并联磁路计算并联磁路计算将磁路分段，保证每段磁路的均匀性将磁路分段，保证每段磁路的均匀性计算每段磁路的截面积和等效长度计算每段磁路的截面积和等效长度列出节点方程和电压方程求解列出节点方程和电压方程求解确定每段磁路磁密和磁场强度确定每段磁路磁密和磁场强度计算磁动势计算磁动势 磁路基本定律及计算方法磁路基本定律及计算方法计算实例计算实例已知数据：已知数据：求：求：励磁磁动势励磁磁动势F F2 2 磁路基本定律及计算方法磁路基本定律及计算方法 磁路分段磁路分段3.交流磁路的特点交流磁路的特点磁路基本定律及计算方法磁路基本定律及计算方法1.交流磁路存在磁滞损耗和涡流损耗交流磁路存在磁滞损耗和涡流损耗2.交流磁路中电压平衡关系中比直流磁交流磁路中电压平衡关系中比直流磁路多了感应电动势路多了感应电动势3.交流磁路存在交流磁通，电流的波形交流磁路存在交流磁通，电流的波形和相位问题和相位问题电机中的机电能量转换过程电机中的机电能量转换过程1.理想模型理想模型2.实际机电能量转换系统实际机电能量转换系统电机中的机电能量转换过程电机中的机电能量转换过程发电机发电机电动机电动机电机中的机电能量转换过程电机中的机电能量转换过程P33电机中的机电能量转换过程电机中的机电能量转换过程P34电机中的机电能量转换过程电机中的机电能量转换过程电磁转矩和电磁功率在机电能量转换中起重要电磁转矩和电磁功率在机电能量转换中起重要 用，用，而它们都是通过气隙磁场的作用而产生而它们都是通过气隙磁场的作用而产生电磁功率电磁功率电磁转矩电磁转矩总总 结结第一节第一节 磁路的基本定律磁路的基本定律 机电能量转换的媒介是磁场，磁场的路径称机电能量转换的媒介是磁场，磁场的路径称为磁路。在工程中，通常将磁场问题简化为为磁路。在工程中，通常将磁场问题简化为磁路问题。磁路问题。电机是进行机电能量转换的装置电机是进行机电能量转换的装置 一一.磁场的几个常用量磁场的几个常用量磁感应强度（又称磁通密度）磁感应强度（又称磁通密度）B 表征磁场强弱及表征磁场强弱及方向的物理量。单位：方向的物理量。单位：Wb/m2磁通量磁通量 垂直穿过某截面积的磁力线总和。垂直穿过某截面积的磁力线总和。单位：单位：Wb 磁场强度磁场强度H 计算磁场时引用的物理量。计算磁场时引用的物理量。B=H，单位：单位：A/m磁通所通过的路径称为磁路磁通所通过的路径称为磁路 二二.磁路的概念磁路的概念三、磁路的基本定律三、磁路的基本定律1 1、安培环路定律、安培环路定律 沿任何一条闭合回线沿任何一条闭合回线L，磁场强度，磁场强度H的线积分等于该闭合回线的线积分等于该闭合回线所包围的电流的代数和所包围的电流的代数和 如果在均匀磁场中，沿着回线如果在均匀磁场中，沿着回线 L 磁场强度磁场强度H 处处相等，则处处相等，则2 2、磁路的欧姆定律、磁路的欧姆定律 作用在磁路上的磁动势作用在磁路上的磁动势 F 等于磁路内的磁通量等于磁路内的磁通量 乘以乘以磁阻磁阻 Rm磁通量磁通量等于磁通密度乘以面积等于磁通密度乘以面积 磁场强度等于磁场强度等于磁通密度除以磁导率磁通密度除以磁导率 于是于是3、磁路的基尔霍夫定律、磁路的基尔霍夫定律（1）磁路的基尔霍夫电流定律）磁路的基尔霍夫电流定律或或（2）磁路的基尔霍夫电压定律）磁路的基尔霍夫电压定律磁路和电路有相似之处，却要注意有以下几磁路和电路有相似之处，却要注意有以下几点差别：点差别：1）电路中有电流）电路中有电流I 时，就有功率损耗；而在直流磁路时，就有功率损耗；而在直流磁路 中，维持一定磁通量，铁心中没有功率损耗。中，维持一定磁通量，铁心中没有功率损耗。2）电路中的电流全部在导线中流动；而在磁路中，总）电路中的电流全部在导线中流动；而在磁路中，总 有一部分漏磁通。有一部分漏磁通。3）电路中导体的电阻率在一定的温度下是恒定的；而磁）电路中导体的电阻率在一定的温度下是恒定的；而磁 路中铁心的导磁率随着饱和程度而有所变化。路中铁心的导磁率随着饱和程度而有所变化。4）对于线性电路，计算时可以用叠加原理；而在磁路）对于线性电路，计算时可以用叠加原理；而在磁路 中，中，B和和H之间的关系为非线性，因此计算时不可以之间的关系为非线性，因此计算时不可以 用叠加原理。用叠加原理。第二节第二节 常用铁磁材料及其特性常用铁磁材料及其特性 一、铁磁物质的磁化一、铁磁物质的磁化 在外磁场的作用下，磁畴顺着外磁场方向转向，排在外磁场的作用下，磁畴顺着外磁场方向转向，排列整齐，显示出磁性。列整齐，显示出磁性。二、磁化曲线和磁滞回线二、磁化曲线和磁滞回线1、起始磁化曲线、起始磁化曲线 将一块未磁化的铁磁将一块未磁化的铁磁材料进行磁化，当磁场强材料进行磁化，