电机学第一章中国电力出版社.ppt

电电 机机 学学电机学u绪论u变压器u交流电机共同理论u异步电机u同步电机 第一章 绪 论第一章 绪论Ø电机在电力系统中的作用Ø主要类别Ø基本作用原理——多个（电磁）定律Ø铁磁性物质的性质Ø电机的材料一、电机在电力系统中的作用升压变压器降压变压器电动机（用户）发电机汽轮机 / 水轮机燃煤水力电网二、电机的主要分类n电机的作用 ——转换能量，输入及输出n据能量转换分：发电机——将机械功率转换为电功率 电动机——将电功率转换为机械功率 变压（流、频、相位）器——将电功率转换为另一种形式的 电功率控制电机——电气机械系统中调节、放大和控制作用二、电机的主要分类n按原理分：静止电机：变 压 器 ——静止设备 旋转电机 直流电机——没有固定的同步速度 、直流 异步电机 ：速度不等于同步速度 、交流 交流电机 同步电机 ： 速度等于同步速度 、交流 三、基本物理量、定律（一）磁场、磁路（二）磁感应强度B、磁通量 1、、B是矢量,即既有大小，又有方向¨B的方向：用磁力线上每点的切线方向规定¨B的大小：用磁力线的疏密程度表示磁力线(1)磁感应线的回转方向和电流方向之间的关系遵守右手螺旋法则(2)磁场中的磁感应线不相交，每点的磁感应强度的方向确定唯一(3)载流导线周围的磁感应线都是围绕电流的闭合曲线2、磁通量 ¨通过磁场中某一面积的磁感应线数称为通过该面积的磁通量磁通量(磁通)，符号 、、单位Wb n=BScos （三）磁场强度H、磁导率： B= H ¨磁导率磁导率，决定于介质性质，H／m。

变化范围很大¨真空磁导率真空磁导率0=4×10-7H／m ¨非铁磁物质：非铁磁物质：如空气、铜、铝和绝缘材料等，近似等于真空磁导率 （ =  0）¨铁磁物质：铁磁物质：如铁、镍、铝及其合金，磁导率远大于真空磁导率达数千甚至上万倍通常以相对磁导率  表示铁磁物质的磁导率比真空磁导率增大的倍数（  fe=     0 ） 在同样大小的电流作用下，铁芯线圈的磁通比空心线在同样大小的电流作用下，铁芯线圈的磁通比空心线圈的磁通大得多圈的磁通大得多（四）安培环路定律(全电流定律) n磁场强度矢量H沿任一闭合路径的线积分等于穿过该闭合路径的限定面积中流过电流的代数和且积分回路的绕行方向和产生该磁场的电流方向符合右手螺旋定则 n磁压（磁位差）磁压（磁位差）——磁场强度沿一条路径L的线积分沿着磁场中任一闭台回路沿着磁场中任一闭台回路其总磁压等于总磁势其总磁压等于总磁势 （五）磁路基本定律1、磁路的欧姆定律磁路及其参数认为磁通完全在导磁体内部通过；认为磁通完全在导磁体内部通过；假设在铁芯柱截面上假设在铁芯柱截面上B为均匀分布为均匀分布2、磁路基尔霍夫定律n磁路的基尔霍夫第一定律¨流入磁路节点的磁通的代数和应等于零 n磁路的基尔霍夫第二定律¨沿着任一闭合回路，其总磁压等于总磁势（六）电感L n磁链Ψ n磁通Φ n磁导磁导n电感电感 L¨自感¨互感¨漏电感¨电抗电感性质n定义：单位电流所产生的磁链定义：单位电流所产生的磁链n电感与线圈匝数的平方成正比，和磁场介质的磁导电感与线圈匝数的平方成正比，和磁场介质的磁导亦成正比关系亦成正比关系，而和线圈所加的电压、电流或频率无关。

n电机的电感（电抗）与电机磁路的饱和有关 n电机的电感(电抗)与电机的电、磁结构有关 n对应不同的磁通需引用多种不同的电抗 （七）电磁感应定律 n设有一线圈位于磁场中 ，当该线圈中的磁链发生变化时，线圈中将有感应电动势感应电动势(简称电势)产生感应电势的数值与线圈所匝链的磁链的变化率成正比感应电势的方向将倾向于产生一电流，如电流能流通，该电流的磁化作用将阻止线圈的磁链发生变化 n线圈中的感应电势将倾向于阻止线圈中磁链的线圈中的感应电势将倾向于阻止线圈中磁链的变化变化 两种感应电势线圈中磁链的变化 (1)磁通本身就是由交流电流所产生，也就是说磁通本身随时间在变化着，这样产生的电势称为变变压压器器电电势势线圈与磁场相对静止）(2)磁通本身不随时间变化，但由于线圈与磁场间有相对运动而引起线圈中磁链的变化，这样产生的电势称为运动电势运动电势或速度电势速度电势 e=Blv （八）电磁力、电磁转矩（八）电磁力、电磁转矩 n载流导体位于磁场中时，导体上受到力Fe 发电机（电动机）基本作用原理电动机电动机发电机发电机电机可逆性原理n如在电机轴上外施机械功率，通过电机导体在磁场中作用产生感应电势可输出电功率；如在电机电路中从电源输入电功率，则载流导体在磁场作用下可使电机旋转而输出机械功率。

n任何电机既可以作为发电机运行，又可以作为电动机任何电机既可以作为发电机运行，又可以作为电动机运行n不论用作发电机或电动机，感应电势和电磁力都同时不论用作发电机或电动机，感应电势和电磁力都同时作用于导体作用于导体 四、铁磁性物质的特性n不同的磁性材料有不同的磁导率n同一材料当其磁通密度不同时，亦有不同的磁导率 起始段，磁导率较小起始段，磁导率较小线性区，磁导线性区，磁导率大且不变率大且不变饱和区饱和区1、、磁化曲线：铁磁化曲线：铁磁材料的磁材料的B-H曲线曲线2、磁滞现象与磁滞回线、磁滞现象与磁滞回线 n磁场强度H缓慢地循环变化，B一H曲线是一封闭曲线— —磁磁 滞滞 回回 线线 n矫 顽 磁 力H c n剩余磁感应强度剩余磁感应强度Br3、铁芯损耗、铁芯损耗 n当导磁材料位于交变磁场中被反复磁化，B一H曲线呈磁滞回线导磁材料中将引起能量损耗，称为铁铁芯损耗芯损耗铁芯损耗分为两部分： 磁滞损耗磁滞损耗: 磁体反复被磁化，分子运动所需能量 Ph=KhVfBMn 涡流损耗：涡流损耗：产生焦耳热损耗 Pe=KeVf2ſ2BM2 n注意：在恒定磁场中的静止导磁体内是不会引起能量损耗的 n铁芯损耗均转化为热能使铁芯温度升高铁芯损耗均转化为热能使铁芯温度升高，为防止电机过热，采用硅钢片以减小铁芯损耗，采取散热降温措施 五、电机的制造材料 n导电、导磁、绝缘、散热和机械支撑导电、导磁、绝缘、散热和机械支撑 ¨铜是最通用的导电材料铜是最通用的导电材料 ¨钢铁是良好的导磁材料钢铁是良好的导磁材料为了减小铁芯中的涡流损耗，导磁材料应当用薄片钢，称为电工钢片电工钢片（（硅钢片）。

成分中含有少量的硅，使它有较高的电阻，同时又有良好的磁性能¨绝缘材料电路与磁路的类比U+-RIF+-RmΦ。