电机及拖动基础

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1、姜卫东合肥工业大学电气与自动化工程学院博士、博士后主要研究方向：特种电机设计与控制、电磁场理论及应用、电力电子变流技术南区教育部光伏系统工程研究中心203室ahjwd@163.com0551－2901428－8033绪论什么是电机？电机学中所说的电机，是指依靠电磁感应作用而运行的电气设备，用于机械能和电能之间的转换、不同形式电能之间的变换、或者信号的传递与转换。电机在国民经济中的运用电机是完成多种能量形式转换的有效工具，而电能又是最容易实现传输、变换的能量形式，可以说，如果没有电机就没有现代工业，下面就电能的

2、产生、传输和利用等多个方面来说明电机在国民经济中的作用。完整的发电、传输、用电系统电能的产生若电机用于将其它形式的能量转换为电能，则被称为发电机（Generator）,它主要实现以下三种能量的转换：水能转化为电能－水力发电机；化石能转化为电能－火力发电机；风能转化为电能－风力发电机。葛洲坝水利枢纽工程三峡电站三峡水力发电机组三峡电站的水轮发电机－全球最大的水轮发电机火力发电厂火力发电机组丹麦Vesta公司生产的风力发电机组电能的传输、变换电能的传输和变化离不开电机。要传输一定的电能，为了减小传输线上的损耗，希

3、望电压越高越好，而用户用电则为低压电。因此在电能的传输中必须使用变压器。电能的变换包括幅值、频率、相位以及交直流形式上的变换。大型电力变压器（保定天威生产）配电变压器电路板上所使用的低压高频变压器电能的利用电能的利用主要是指将电能转换为所需的能量形式，其中最为主要的就是将电能转换为机械能。要求在转换过程中（1）、转换效率高；（2）、可靠性高。往往在能量转换的同时也能对运动进行控制，这就引入了一个新的研究分支－电力传动。相对而言，电机这一概念往往是指电动机。哈尔滨电机厂生产的1MW电机手机震动电机电动自行车所用

4、的无刷直流电机第一章磁路MagneticCircuit研究磁路的必要性：电机是以磁场为介质进行机电能量转换的装置。两个简单的物理事实：1、变化的磁场会产生电场——由磁生电——机械能向电能转换；2、通电导体会在磁场中受力——电能向机械能的转换。在工程中，通常将磁场问题简化为磁路问题。一磁场的基本常用量磁感应强度（又称磁通密度）B——表征磁场强弱及方向的物理量。单位：Wb/m2磁通量Φ——垂直穿过某截面积的磁力线总和。单位：Wb磁场强度H——计算磁场时引用的物理量。B=μH，单位：A/m真实的物理量，反映了该点处

5、的磁特性磁感应强度的积分值，描述了磁场的总体特性磁感应强度与该点磁导率的乘积，反映了建立该点磁场的源第一节磁路的基本定律B、H、Φ之间的关系产生磁场的电流建立磁势F各点处产生磁场强度H各点处产生磁场感应强度B对磁感应强度积分获得Φ↓↓↓↓→→B=μH与电流流过的路径称为电路一样，磁通所通过的路径称为磁路。电流只能从导体中通过，但是磁通可以在任意介质中通过，磁通可以分为两部分。主磁通：由于铁心的导磁性能比空气要好得多（磁导率大），所以绝大部分磁通将在铁心内通过,这部分磁通称为主磁通。漏磁通：围绕载流线圈、部分铁

6、心和铁心周围的空间，还存在少量分散的磁通，这部分磁通称为漏磁通。二磁路三磁路的基本定律1安培环路定律磁场强度H沿任何一条闭合回线L的线积分，等于L所包围的电流的代数和如果在均匀磁场中，沿着回线L磁场强度H处处相等，则在均匀分段均匀的磁场中，安培环路定律的表达式为推导过程：以等截面无分支闭合铁心磁路为例：线圈N匝，电流i，铁心截面为A，磁路平均长度为l，磁导率为u2、磁路的欧姆定律磁通与磁密关系为磁场强度与励磁磁势的关系为3、磁路的基尔霍夫定律（1）磁路的基尔霍夫电流定律（第一定律）或磁路的基尔霍夫电流定律AN

7、i（2）磁路的基尔霍夫电压定律磁路和电路的几点差别：1（功率损耗问题）电路中有电流I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。2（磁路非理想）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。3（磁路的饱和性）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。4（磁路的非线性）在线性电路中，计算时可以用叠加原理；而在磁路中，B和H之间的关系为非线性，因此计算时不可以用叠加原理。磁畴及磁化(A)未磁化(B)磁化外加磁场H第二节常用铁磁材料

8、及其特性一、铁磁物质的磁化磁畴受磁场力而转动未磁化时，铁磁材料的磁畴是无序排列的，对外不表现磁性。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。（1）外磁场；（2）磁畴；（3）排列顺序电机中为什么选用铁磁材料作为磁路的主要部分？思考电机中常用的铁磁材料的磁导率μFe＝(2000－6000)μFe从两个方面解释：（1）提高电机效率（2）减小电机体积二、磁化曲线和磁滞回线1、起始磁化曲