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1、主讲：吴云机械工业出版社电机及拖动基础电机及拖动基础 绪言绪言第一章第一章 磁路磁路第二章第二章 直流电机直流电机第三章第三章 变压器变压器第四章第四章 异步电机异步电机（一）（一）-三相异步电动机的基三相异步电动机的基本原理本原理第五章第五章 异步电机异步电机（一）（一）-三相异步电动机的运三相异步电动机的运行原理及单相异步电动机行原理及单相异步电动机第八章电力拖动系统的动力学基础第八章电力拖动系统的动力学基础n第十章第十章 三相异步电机三相异步电机的机械特性及各种运行状的机械特性及各种运行状态态n第十一章第十一章 三相异步电机三相异步电机的启动及启动设备的计的启动及启动设备的计算算n第十二
2、章第十二章 三相异步电机三相异步电机的调速的调速n第十三章第十三章 多电动机拖动系统多电动机拖动系统n第十四章第十四章 电力拖动系统的电动机的选择电力拖动系统的电动机的选择第九章第九章 直流电动机的电力拖动直流电动机的电力拖动绪绪 言言一、电机及电力拖动技术的发展概况 20世纪30年代：电动机-发电机组 20世纪40-50年代：串级及离子变频的交流调速系统。无换向器电动机。晶闸管及电子开关的出现为交流调速提供广阔前途 a。工业生产 b。电力工业 c。家电 d。控制系统二、本课程性质及其特点：1、基本概念多2、电磁力关系复杂（电流、电压、磁场、力矩关系）3、该课程以大学物理和电路理论为基础 三、
3、本课程学习内容： 掌握：变压器、直流电机、异步电机、1）工作原理2）电磁力分析 3）特性及应用了解单相电动机，同步机，控制电动机。四、电机的作用与功能：四、电机的作用与功能： 电机是实现机械能与电能相互转换的电磁机器电机是实现机械能与电能相互转换的电磁机器 电动机：电能电动机：电能机械能机械能 发电机：机械能发电机：机械能电能电能 变压器：变压器：U U1 1交流电能交流电能U U2 2交流电能交流电能第一章 磁路第一节 磁路的基本定义磁场是实现:电能机械能;机械能电能.转换的耦合介质,所以其强度的大小和分布决定了电动机的性能,也代表了电动机的性能.由于铁磁材料和气隙的并存难用麦克斯韦尔方程求
4、解.所以常把磁场问题简化为磁路问题处理. 一.磁场的几个常用量:1.磁感应强度磁感应强度B 电流电流 磁场磁场:磁场的强弱及方向用磁感应强度磁场的强弱及方向用磁感应强度B表示表示,它为矢量它为矢量 .磁场中各点的磁感应用闭合的磁感应矢量磁场中各点的磁感应用闭合的磁感应矢量线表示线表示,方向和电流满足右螺旋定理方向和电流满足右螺旋定理.B.的单位的单位T(特拉斯特拉斯),即即 (韦伯韦伯/米平方米平方)2.磁通磁通 :磁感应强度磁感应强度B与垂直于磁场的面积与垂直于磁场的面积 的乘积。叫磁通的乘积。叫磁通量，简称磁通量，简称磁通 。一般情况定义为：一般情况定义为： 由于由于 所以磁感应强所以磁感
5、应强度度B也叫磁通磁密，简称磁密。也叫磁通磁密，简称磁密。 的单位的单位二二 磁路的概念磁路的概念3.磁场强度磁场强度H磁场强度磁场强度H是计算磁场时的一个物理量。为矢量。是计算磁场时的一个物理量。为矢量。 称为导磁率。真空中的导磁率称为导磁率。真空中的导磁率H的单位为的单位为将磁路和电路比较：磁路的路径可以是铁磁材料将磁路和电路比较：磁路的路径可以是铁磁材料也可以是非铁磁材料也可以是非铁磁材料 图图1-1是在电机和变压器中常见的两种磁路形式是在电机和变压器中常见的两种磁路形式主磁通主磁通漏磁通漏磁通图图1-1 两种常见的磁路两种常见的磁路a)变压器磁路变压器磁路 b)两极直流电机磁两极直流电
6、机磁路路励磁线圈励磁线圈励磁电励磁电流直流流直流交流交流三 磁路的基本定律1.安培环路定律：延任何闭环回线延任何闭环回线 ，磁场强度，磁场强度 的线积的线积分值分值 等于该闭环回线等于该闭环回线 所包围的总所包围的总电流电流 （代数和）（代数和）对于图对于图12 有有图图12 安培环路定律安培环路定律如延任何闭环回线如延任何闭环回线 ，磁场强度，磁场强度 处处处处相等（均匀磁场），且闭环回线所包相等（均匀磁场），且闭环回线所包围的总电流由通有电流围的总电流由通有电流 的的 匝提供，匝提供，则本定理可以写成则本定理可以写成2。磁路的欧姆定律图1-3是等截面无分支铁心磁路图图1-3无分支铁心无分支
7、铁心磁路磁路图图1-3无分支铁心磁路，无分支铁心磁路，铁心上有铁心上有N匝励磁线圈，匝励磁线圈，通有通有i ；铁心截面为铁心截面为A ；磁路长度为磁路长度为 ， 为材为材料的导磁率。不计漏磁料的导磁率。不计漏磁通，认为磁密均匀且垂通，认为磁密均匀且垂直于各截面，则磁通量直于各截面，则磁通量 将：将： 安匝数，称为磁动势（简称磁势）安匝数，称为磁动势（简称磁势）单位单位A磁导磁导例题1-1有一闭合铁心磁路， 磁路平均长度 ，铁心的导磁率 （注意它仅仅是一点，就是导磁率使得磁路不是线性的），套在铁心上的励磁绕组500匝。求铁心产生1（T）的磁通密度，需要多少磁动势和励磁电流解：用安培环路定律 磁场
8、强度： 磁动势： 励磁电流： 3。磁路的基尔霍夫定律。磁路的基尔霍夫定律（1）磁路的基尔霍夫第一）磁路的基尔霍夫第一定律定律NA图图14 磁路的基尔磁路的基尔霍夫第一定律霍夫第一定律当铁心带有分支而不是当铁心带有分支而不是简单回路，如图在铁心简单回路，如图在铁心柱上加有磁势时，磁通柱上加有磁势时，磁通的路径图中虚线所示。的路径图中虚线所示。在闭合面中在闭合面中A中，串入中，串入和流出的总磁通等于零。和流出的总磁通等于零。（2）磁路的基尔霍夫第二定律）磁路的基尔霍夫第二定律图图1-5磁路的基尔霍夫第二磁路的基尔霍夫第二定律定律磁路和电路的类比和区别：1）电路中有电流就有功率损耗 ；直流磁路中有磁
9、通但铁心中没有损耗2）电路中的电流全部在导线中流通；磁路中磁通没有绝磁体，磁通在除铁心中在周围空气中也有漏磁通。3）电路中的电阻在一定的温度下不变；磁路中导磁率 却不是常值，随铁心的饱和程度变化4）线性电路中满足叠加原理；而铁心中不能用叠加原理第二节 常用的铁磁材料及其特性铁磁物质：铁，镍，钴等激起它们的合金。放入磁场中，磁场将明显增强，这种现象叫磁化。关键是磁畴。见图1-6n图图1-6na)为磁化为磁化; b)磁化磁化由于铁磁材料由于铁磁材料产生的磁场比产生的磁场比非铁磁材料强非铁磁材料强的多的多,所以其所以其导磁率导磁率 大得大得多多.电动机中常用的铁磁材电动机中常用的铁磁材料的导磁率料的
10、导磁率一一.铁磁物质的磁化铁磁物质的磁化 非铁磁材料中,磁密B 和磁场强度H 之间为线性关系.铁磁材料磁密 B和磁场强度H之间为非线性关系.见图1-7二.磁化曲线和磁滞回线 见图见图1-7 铁磁材料的起始铁磁材料的起始磁化曲线和磁化曲线和 曲线曲线B0Habcd各种电机和变压器的主磁各种电机和变压器的主磁路中路中,为获得较大的磁通量为获得较大的磁通量,又不过分增加磁势又不过分增加磁势,一般一般是选择在是选择在b点点(也叫膝点也叫膝点)1.磁化曲线磁化曲线将铁磁材料进行周期性磁化, 和 之间的变化关系叫磁滞回线,见图1-8 2.磁滞回线 n图图1-8铁磁材料磁滞回线铁磁材料磁滞回线 BHfOca
11、bde磁滞磁滞:这种这种 落后于落后于 的现象叫的现象叫-磁滞回线磁滞回线:呈现磁滞现象的回线叫呈现磁滞现象的回线叫- 剩余磁通密度剩余磁通密度(剩剩磁磁)矫顽力矫顽力对于同一的铁磁材料选则不同的磁场强度进行反复磁化时,可得到不同的磁滞回线,见图1-9,将各个定点连接起来,所得的曲线叫基本磁化曲线3.基本磁化曲线 n图图1-8铁磁材料磁滞回线铁磁材料磁滞回线 BHO三.铁磁材料1.软磁材料 回线窄,剩磁和矫顽小的材料.电工硅钢片,铸铁,铸钢等2.硬磁材料 回线宽,剩磁和矫顽大的材料.铝,镍,钴等.做永久磁铁n图图1-11硬磁材料硬磁材料 BHOBn图图1-11软磁材料软磁材料HO四.铁心损耗1
12、。磁滞损耗：铁心材料在交变的磁化，磁畴反复摩擦消耗能量变成热量，造成的损耗叫-2。涡流损耗：铁心导电，交变得磁涡流损耗：铁心导电，交变得磁密将产生感应电动势引起环流，在铁密将产生感应电动势引起环流，在铁心中引起涡流损耗。如图心中引起涡流损耗。如图1-12频率频率 f 铁心面积铁心面积V 磁滞回线面积磁滞回线面积磁滞回线常数磁滞回线常数 ，材料决定。，材料决定。电工用钢片电工用钢片n=1.62.3,为使回线为使回线面积小所以采用片叠成面积小所以采用片叠成图图1-12硅钢片中的涡流硅钢片中的涡流3。铁心损耗磁滞损耗与涡流损耗之和叫铁心损耗一般电工钢片一般电工钢片,正常的工作点的磁通密度正常的工作点
13、的磁通密度 铁心损耗可以近似写成铁心损耗可以近似写成:铁心损耗系数铁心损耗系数 铁心重量铁心重量第三节 直流磁路的计算1,给定磁通量 求 励磁磁动势(叫正问题)2励磁磁动势 求 磁通量(叫反问题)试探法，（不讲） 对于正问题，步骤如下：对于正问题，步骤如下：1）将磁路材料按性质和不同的截面尺寸分段）将磁路材料按性质和不同的截面尺寸分段2）计算各段有效面积）计算各段有效面积 和平均长度和平均长度 3）计算各段的平均磁通密度）计算各段的平均磁通密度4）根据）根据 求出对应的磁场强度求出对应的磁场强度 对于铁磁材料，对于铁磁材料， 可以从磁化可以从磁化曲线上查出，空气可以直接用曲线上查出，空气可以直
14、接用 算出算出5） 计算各段磁路的此压降计算各段磁路的此压降 最后求出产生给定磁通量时所最后求出产生给定磁通量时所需的磁动势需的磁动势一，简单串联磁路不计漏磁影响 ，一个磁路无分支。各处材料不同，磁通密度不同。但磁通量是相同的。如图1-13图图1-13简单串联简单串联磁路磁路a)串联磁路串联磁路123456b)模拟电路图模拟电路图例例1-2 铁心材料由铸钢铁心材料由铸钢和空气构成，铁心截和空气构成，铁心截面面 ，磁路平，磁路平均长度均长度 ，气隙长，气隙长度度 ，求，该，求，该磁通量为磁通量为: 时所需时所需的磁动势。考虑气隙的磁动势。考虑气隙边缘效应，计算时，边缘效应，计算时，气隙有效面积长
15、和宽气隙有效面积长和宽各增加一个各增加一个 值。值。解 铁心内的磁通密度为：由图1-10中的铸钢磁化曲线查得，与 对应的空气气隙内的磁通密度空气气隙内的磁通密度气隙磁场强度：气隙磁场强度：气隙磁压降：气隙磁压降：励磁磁动势：励磁磁动势：铁心段的磁压降：铁心段的磁压降：简单并联磁路指考虑漏磁影响。或磁路有两个支路以上。电机和变压器的磁路属于这一类。例1-3。如图1-14简单并联磁路。铁心采用DR530硅钢片，铁心柱和铁轭的桔面积为： ，磁路段平均长度 ，气隙长度 励磁线圈匝数 。不计漏磁通，求在气隙中产生 的磁通密度时，所需的励磁电流i二，简单并联磁路如图如图1-14简单并联磁路简单并联磁路解:
16、由于磁路是并联对称,只需计算其中一个磁回路即可根据磁路基尔霍夫第一定律.得根据磁路基尔霍夫第二定律根据磁路基尔霍夫第二定律.得得由图由图1-14知知,中间铁心段的磁路长度中间铁心段的磁路长度均为均为:左右两端铁心段的磁路长度均为左右两端铁心段的磁路长度均为:(1)气隙磁压降气隙磁压降(2)中间铁心段的磁压降中间铁心段的磁压降由图由图1-10中中DR530的磁化曲线查得，与的磁化曲线查得，与 对应对应的的 则中间铁心段的磁压降则中间铁心段的磁压降(3)左右两端铁心段的磁压降的磁通左右两端铁心段的磁压降的磁通密度为密度为:(4)总的磁动势和励磁电流为总的磁动势和励磁电流为第四节 交流磁路的特点铁心
17、线圈中通以直流电流来励磁:分析简单.励磁电流恒定.线圈中无感应电动势,电流大小取决于线圈电阻本身.功率损耗只有铁心线圈中通以交流电流来励磁:分析复杂.励磁电流交变.线圈中有感应电动势,电流,电压及功率损耗分析和直流有所不同.但瞬时和直流磁路是一样的,可以遵循基本磁化曲线.磁通量和磁密用交流的瞬时值表示,磁动势和磁场强度用有效值表示.由图由图1-10中中DR530的磁化曲线查得，的磁化曲线查得， 则左右两边铁则左右两边铁心段的磁压降心段的磁压降交变的磁通除了会在铁心中引起损耗之交变的磁通除了会在铁心中引起损耗之外外,还有两个效应还有两个效应:1)磁通量虽时间变化,在线圈中感应电动势,2)磁饱和现象会导致电流,磁通量和电动势波形的畸变小结1）复习了磁路的有关常用量：2）磁化的过程和基本磁化曲线3）欧姆，基尔霍夫1，2定律：4）电路和磁路的类比5）电机磁路的计算正问题
