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1、电机学课件第1页，共28页，编辑于2022年，星期一目目 录录绪绪 论论1.1 概述概述1.2 电机的磁路和磁路定律电机的磁路和磁路定律1.3电机的电磁基本理论电机的电磁基本理论1.4 电机的制造材料电机的制造材料第2页，共28页，编辑于2022年，星期一一一.电电机的定机的定义义 指依据指依据电电磁感磁感应应定律定律实现电实现电能能转换转换或或传递传递的一种的一种电电磁装置。磁装置。1.1 1.1 概述概述机械能电能电能发电机发电机电动机电动机变换器变换器二、二、电电机的作用机的作用1 1、电电力系力系统统思考：高压输电的优点？思考：高压输电的优点？第3页，共28页，编辑于2022年，星期一
2、2 2、控制、控制领领域域 各种生各种生产产机械和装机械和装备备的的动动力装置力装置 自自动动控制系控制系统统的重要元件的重要元件3 3、日常生活、日常生活 交通工具交通工具 日常生活家日常生活家电电4 4、其它如、其它如农业农业、国防、文教、医、国防、文教、医疗疗等等第4页，共28页，编辑于2022年，星期一电机电机变压器变压器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交流电机交流电机控制电机控制电机同步电机同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机异步电机异步发电机异步发电机异步电动机异步电动机按功能分按功能分:有有发电发电机、机、电动电动机、机、变压变压器和控
3、制器和控制电电机四机四类类按按结结构分构分:有有变压变压器和旋器和旋转电转电机。机。三三.电电机分机分类类第5页，共28页，编辑于2022年，星期一一、磁场一、磁场磁路磁路1 1、磁场、磁场:电流电流 磁场磁场 永磁体永磁体 磁场磁场 1.2 1.2 电机的磁路和磁路定律电机的磁路和磁路定律电机中的磁场常简化为磁路来处理电机中的磁场常简化为磁路来处理2磁路磁路:磁通经过的路经磁通经过的路经 主磁路主磁路:在铁芯中绝大部分的磁在铁芯中绝大部分的磁通经过的路经通经过的路经,即主磁通即主磁通.漏磁路漏磁路:在空气中少量分散的磁在空气中少量分散的磁通经过的路经通经过的路经,即漏磁通即漏磁通电和磁是构成
4、电机的两大要素电和磁是构成电机的两大要素第6页，共28页，编辑于2022年，星期一二、磁二、磁场场的相关物理参量的相关物理参量 磁路磁路1 1、磁动势：、磁动势：F F（或（或ININ）2 2、磁阻：、磁阻：RmRm（磁导（磁导）Rm=1/Rm=1/=1/=1/（S S）3 3、磁通：、磁通：=F/Rm=BS=F/Rm=BS4 4、磁通密度：、磁通密度：B=B=/S/S5 5、磁场强度：、磁场强度：H=B/H=B/6 6、磁导率：、磁导率：=B/H=B/H电路电路E ER R（G G）I=E/RI=E/Rj=I/Sj=I/S=j/E=j/E磁路与电路的类比关系详见表磁路与电路的类比关系详见表1
5、-2(P16)第7页，共28页，编辑于2022年，星期一三三磁感磁感应应强强度度(磁通密度磁通密度)B)B磁通量磁通量1 1、磁感应线、磁感应线(磁力线磁力线):):电流在它周围的空间建立磁场，磁场的分布我电流在它周围的空间建立磁场，磁场的分布我们常用一些闭合线来描述它的大小和方向。们常用一些闭合线来描述它的大小和方向。特点：特点：a)a)右手螺旋定则、右手螺旋定则、b)b)闭合且不相交。闭合且不相交。22磁通磁通:磁场中某一面积的磁感应线磁场中某一面积的磁感应线(B(B线线)数称为通过该面积数称为通过该面积的磁通量的磁通量,简称磁通简称磁通。33磁感应强度磁感应强度B:B:是是矢量矢量,单位
6、单位:wb/m:wb/m2 2,或或 T T 是是标量标量:单位单位wbwb第8页，共28页，编辑于2022年，星期一四四磁磁场场强强度度HH磁磁导导率率11磁场强度磁场强度H:H:H H是矢量,单位单位:A/m:A/m、单位单位:H/m:H/m2磁导率磁导率:磁路的材料不同，其导磁性能也不同。磁路的材料不同，其导磁性能也不同。非铁磁材料非铁磁材料:空气空气,铜铜,铝铝,绝缘材料等绝缘材料等;铁磁材料铁磁材料:铁铁,镍镍,钴及其合金等钴及其合金等;:相对相对磁导率磁导率导电体与导磁体区别导电体与导磁体区别:不存在磁绝缘不存在磁绝缘第9页，共28页，编辑于2022年，星期一五五铁铁磁材料的磁材料
7、的B-HB-H曲曲线线1 B-HB-H曲线曲线:表征磁性材料的关系曲线 不同磁性材料不同磁性材料 不同不同,B-H,B-H曲线不同曲线不同.非铁磁材料非铁磁材料的磁化曲线是的磁化曲线是线性线性的的.铁磁材料铁磁材料的的很大且不是常数很大且不是常数,呈呈非线性非线性.2铁磁材料的铁磁材料的 曲线曲线 分析分析:oaoa段段:起始起始小小;abab段段:迅速迅速增大增大,H,H B B,B-HB-H线性线性;bcbc段段:进入饱和区进入饱和区,变小变小,H,H B B(但但缓慢缓慢)、c c为饱和点为饱和点.起始段起始段线性段线性段饱和段饱和段第10页，共28页，编辑于2022年，星期一33磁滞回
8、线磁滞回线a)a)磁滞现象：磁滞现象：B B的变化总是滞后的变化总是滞后H H的变化的变化 b)b)磁滞回线磁滞回线软磁材料硬磁材料c)c)极限磁滞回线极限磁滞回线d)d)磁性材料的重要参数磁性材料的重要参数:剩余剩余磁感应强度磁感应强度BrBr、矫顽磁力、矫顽磁力HcHc第11页，共28页，编辑于2022年，星期一44软磁材料：软磁材料：高，高，Hc Hc小，磁滞回线窄而长，易小，磁滞回线窄而长，易被磁化被磁化.如：铸钢、硅钢、坡莫合金，制作电机铁心如：铸钢、硅钢、坡莫合金，制作电机铁心6 6 永磁材料：永磁材料：铁氧体、铝镍钴、稀土永磁（钕铁硼）铁氧体、铝镍钴、稀土永磁（钕铁硼）磁性能用磁
9、性能用BrBrHcHc和和(BHmax)(BHmax)三项指标表征三项指标表征5 5 硬磁材料：硬磁材料：不高，不高，Hc Hc大，大，磁滞回线宽而胖，磁滞回线宽而胖，不易被磁化不易被磁化,也不易也不易 去磁去磁.制造永久磁铁制造永久磁铁第12页，共28页，编辑于2022年，星期一六、铁芯损耗六、铁芯损耗1、磁滞损耗：磁畴之间产生摩擦而产生的，2、涡流损耗：涡流与铁心电阻相作用产生的损耗，3、铁损：磁滞损耗+涡流损耗经验近似经验近似:第13页，共28页，编辑于2022年，星期一整块叠片涡流也可加于利用，如电磁炉、高频感应炉、高频塑料热压机等涡流也可加于利用，如电磁炉、高频感应炉、高频塑料热压机
10、等第14页，共28页，编辑于2022年，星期一课课 时时 小小 结结1、电机的定义、分类？、电机的定义、分类？2、铁磁材料的、铁磁材料的B=f(H)曲线、磁滞回线？曲线、磁滞回线？3、铁磁材料的分类和各自的特点？磁路的饱和、铁磁材料的分类和各自的特点？磁路的饱和现象？何为剩磁？何为矫玩力？现象？何为剩磁？何为矫玩力？4、铁耗由哪些部分组成？它的大小受到什么物、铁耗由哪些部分组成？它的大小受到什么物理参量的影响？如何减小铁耗？理参量的影响？如何减小铁耗？第15页，共28页，编辑于2022年，星期一七七电感电感:一个线圈通过单位电流所产生的磁链称为该线圈的电感一个线圈通过单位电流所产生的磁链称为该
11、线圈的电感.电感的单位：电感的单位：H(H(亨亨)11自感自感:与线圈匝链的磁通由流经线圈与线圈匝链的磁通由流经线圈本身电流产生的本身电流产生的.第16页，共28页，编辑于2022年，星期一22互感互感:与线圈匝链的磁通由另一与线圈匝链的磁通由另一线圈电流产生的线圈电流产生的.同理同理:第17页，共28页，编辑于2022年，星期一33漏感漏感:漏磁通相应的电感漏磁通相应的电感同理:44电抗电抗:当线圈流过正弦交流电时，线圈电感的作用当线圈流过正弦交流电时，线圈电感的作用常用相应的电抗来表示常用相应的电抗来表示.可见可见:电感电感(电抗电抗)与磁场介质的磁导成正比与磁场介质的磁导成正比第18页，
12、共28页，编辑于2022年，星期一八、主要定理、定八、主要定理、定则则、定律、定律i21 1、全电流定律、全电流定律安培环路定律安培环路定律L1L2i1第19页，共28页，编辑于2022年，星期一2 2、磁路欧姆定律、磁路欧姆定律3 3、磁路的基尔霍夫第一定律、磁路的基尔霍夫第一定律4 4、磁路的基尔霍夫第二定律、磁路的基尔霍夫第二定律第20页，共28页，编辑于2022年，星期一5 5、电磁感应定律、电磁感应定律-变压器电动势变压器电动势*e、f同时存在于发电机和电动机机内-电机的可逆性原理电机的可逆性原理-运动电动势（发电机）运动电动势（发电机）右手定则右手定则:-电磁力（电动机）电磁力（电
13、动机）左手定则左手定则:第21页，共28页，编辑于2022年，星期一6 6、磁场储能、磁场储能 wm磁场的体积能量密度：磁场的体积能量密度：磁场的总储能：磁场的总储能：注：旋转电机的能量主要储存在气隙中注：旋转电机的能量主要储存在气隙中第22页，共28页，编辑于2022年，星期一6 6、磁场储能、磁场储能 wmii思考：哪个结构储能更大？思考：哪个结构储能更大？储能变压器第23页，共28页，编辑于2022年，星期一1.4 1.4 电机的制造材料电机的制造材料电机用的各种材料主要有：导电、导磁、绝缘、电机用的各种材料主要有：导电、导磁、绝缘、散热和机械支撑散热和机械支撑.一导电材料：导电材料：铜
14、铜铝铝碳碳二二导磁材料：导磁材料：硅钢片硅钢片钢铁钢铁铸钢；铁氧体、钕铁錋等铸钢；铁氧体、钕铁錋等三三绝缘材料：绝缘材料：导体与导体间、导体和机壳或铁芯间导体与导体间、导体和机壳或铁芯间绝缘材料的寿命与它的工作温度有关；为了保证电机能在绝缘材料的寿命与它的工作温度有关；为了保证电机能在足够长的合理的年限内可靠地运行足够长的合理的年限内可靠地运行,国家对绝缘材料都规定国家对绝缘材料都规定了极限允许温度。见下表了极限允许温度。见下表第24页，共28页，编辑于2022年，星期一四四机械支撑机械支撑:机座、端盖、轴、轴承、螺杆、木块等机座、端盖、轴、轴承、螺杆、木块等.绝缘级别绝缘级别YAEBFHC极
15、限允许极限允许温度温度c90105120130155180180以上以上绝缘材料的等级绝缘材料的等级第25页，共28页，编辑于2022年，星期一例例1：有一闭合铁心磁路，铁心的截面积有一闭合铁心磁路，铁心的截面积S=910-4m2，磁路的平，磁路的平均长度均长度L=0.3m，铁心的磁导率，铁心的磁导率5000，套装在铁心上的励磁，套装在铁心上的励磁绕组为绕组为500匝。试求在铁心中产生匝。试求在铁心中产生1T的磁通密度时，所需的的磁通密度时，所需的励磁磁动势和励磁电流。励磁磁动势和励磁电流。解：解：(1)方法一方法一:用安培用安培环环路定律来求解。路定律来求解。磁磁场场强强度：度：磁磁动势动势
16、：励磁励磁电电流：流：第26页，共28页，编辑于2022年，星期一(2)方法二方法二:用磁路欧姆定律解。用磁路欧姆定律解。磁通量：磁通量：磁阻：磁阻：磁磁动势动势：励磁励磁电电流：流：第27页，共28页，编辑于2022年，星期一课课 时时 小小 结结1、绕组的电感、电抗受哪些因素的影响？、绕组的电感、电抗受哪些因素的影响？2、磁路的全电流定律、欧姆定律、基尔霍夫定、磁路的全电流定律、欧姆定律、基尔霍夫定律？律？3、电磁感应定律在电机中的应用（重要）？、电磁感应定律在电机中的应用（重要）？4、电机的制造材料有哪些（了解）？、电机的制造材料有哪些（了解）？第28页，共28页，编辑于2022年，星期一