电机的基本原理课件.ppt

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1、第一章电机的基本原理第一节概述第二节磁场与磁路第三节铁磁材料的特性第四节电感和磁场储能第五节机电能量转换的基本原理1.概述1.1电机在国民经济中的重要作用与其它形式的能量相比，电能具有大量生产、来源广泛、集中管理、便于输送、使用方便等优点。电机是一种与电能密切相关的能量转换装置，可以实现电能和机械能、电能和电能之间的转换自然界里的能量，可以通过特定装置转换为机械能并驱动发电机运动，产生电能------发电机。为降低传输过程中的电能损失，通常采用高压输电，用变压器将发电机产生的电压升高，经过高压电力网传输到用户侧，再用变压器将高电压降低到适于

2、用户使用的电压等级------变压器。在用户侧，利用电能驱动电动机工作，带动生产机械，实现电能向机械能的转换-----电动机。1.2电机的基本构成和分类电机是基于电磁感应定律实现能量转换的装置。要实现能量转换，必须有一个磁场，磁场与两个或两个以上的电路耦合。电机中的能量转换，就是通过有关电路中磁链的变化来实现的。最常见的电机是旋转电机，它产生旋转运动，有一静止部分（称为定子）一旋转部分（称为转子）二者之间有一空气隙。电机的种类多种多样，一般有以下几种分类方式：按照能量转换方式分电动机——将电能转换为机械能发电机——将机械能转换为电能电能转换

3、装置——将一种形式的电能转换为另一种形式的电能，包括变压器(输入和输出的电压不同)、变频机(输入和输出的频率不同)、变流机(输入和输入的波形不同，将直流变为交流)和移相器(输入和输出的相位不同)。控制电机——不以功率转换为主要职能，在电气、机械系统中起调节、放大和控制作用。根据运动方式分旋转电机——产生旋转运动静止电机——不产生运动直线电机——产生直线运动旋转电机平面形直线电机圆筒形直线电机旋转磁场旋转的转子平移的动子平移的磁场轴向平移的磁场轴向平移的动子根据供电电源分直流电机——使用或产生直流电交流电机——使用或产生交流电在交流电机中，根

4、据供电电源相数的不同，又可将电机分为单相电机和三相电机。根据同步速度(磁场转速)分直流电机——没有固定的同步速度的电机变压器——静止设备同步电机——转速等于同步速度的电机感应电机——作为电动机运行时，速度总低于同步速；作为发电机运行时，速度大于同步速交流换向器电机——速度可以从同步速度以下调至同步速度以上。2磁场与磁路2.1与磁场有关的基本概念(1)磁感应强度、磁场强度和磁导率磁场是由电流(运动电荷)或永磁体在其周围空间产生的一种特殊形态的物质，可用磁感应强度和磁场强度来表征其大小和方向。磁感应强度定义为通以单位电流单位长度导体在磁场中所受

5、的力，是一个矢量，用B表示，单位为特斯拉(T)，也称为磁通密度，或简称磁密。磁场强度也是一个矢量，用H表示，单位为A/m，与磁感应强度之间满足B＝H为磁导率，决定于磁场所在点的材料特性，单位为H/m。根据材料的导磁性能，可将其分为铁磁材料和非铁磁材料非铁磁材料的磁导率可认为与真空的磁导率0相同，为410-7H/m。铁磁材料主要是铁、镍、钴以及它们的合金，其磁导率是非铁磁材料磁导率的几十倍至数千倍。由于材料的磁导率变化范围很大，常采用相对磁导率r来表征材料的导磁性能，r为材料的磁导率与真空磁导率的比值(2)磁通与磁通连续性定理磁

6、通是通过磁场中某一面积A的磁力线数，用表示，定义为单位为韦伯（Wb）。在图1-1所示的均匀磁场中，穿过面积A的磁通为式中，为面积A的法线方向与B之间的夹角。图1-1磁通磁通（量）的计算磁通连续性定理：由于磁力线是闭合的，对于任何一个闭合曲面，进入该闭合曲面的磁力线数应等于穿出该闭合曲面的磁力线数。若规定磁力线从曲面穿出为正、进入为负，则通过闭合曲面的磁通恒为零。(3)磁动势和安培环路定律磁场强度沿一路径L的线积分定义为该路径上的磁压降，也称为磁压，用符号U表示，单位为A，即在电机中，磁场强度沿任一闭合路径的线积分等于该路径所包围的电流的

7、代数和，即称为安培环路定律显然，如果H与l同方向，则相量相乘变为代数相乘磁场强度方向与路径方向同方向电流的正方向与积分路径的方向之间符合右手螺旋关系。如果H与L方向相同，且在L上H处处相同由于磁场为电流所激发，上式中闭合路径所包围的电流数称为磁动势，用F表示，单位为A。通常我们称磁路的磁压为该磁路所需的磁动势，隐去了磁压这一概念。(4)磁链与电磁感应定律处于磁场中的一个N匝线圈，若其各匝通过的磁通都相同，则经过该线圈的磁链为当线圈中的磁链发生变化时，线圈中将产生电动势，称为感应电动势。感应电动势的大小与磁链的变化率成正比感应电动势的方向

8、倾向于产生一电流，若该电流能流通，所产生的磁场将阻止线圈磁链的变化。若电动势、电流和磁通的正方向如图1-3所示，即电流正方向与磁通正方向符合右手螺旋关系，正电动势产生正电流，则感