電機(jī)學(xué)第一章導(dǎo)論

1、一、電機(jī)的應(yīng)用一、電機(jī)的應(yīng)用電力：電力：電能的生產(chǎn)、傳輸和分配電能的生產(chǎn)、傳輸和分配(圖圖1)發(fā)電廠用發(fā)電機(jī)發(fā)電廠用發(fā)電機(jī)-機(jī)械能轉(zhuǎn)換為電能；變機(jī)械能轉(zhuǎn)換為電能；變壓器壓器-變電壓變電壓工業(yè)、交通、農(nóng)業(yè)等領(lǐng)域：工業(yè)、交通、農(nóng)業(yè)等領(lǐng)域：驅(qū)動生產(chǎn)機(jī)械和驅(qū)動生產(chǎn)機(jī)械和裝備（圖裝備（圖2）自動控制系統(tǒng)自動控制系統(tǒng)(圖圖3) ：控制電機(jī)：控制電機(jī)第一章第一章 導(dǎo)論導(dǎo)論 1.1 1.1 概述概述圖圖1 電能的生產(chǎn)、傳輸和分配電能的生產(chǎn)、傳輸和分配返回返回圖圖2 拖動生產(chǎn)機(jī)械如金屬切削、礦山機(jī)械、拖動生產(chǎn)機(jī)械如金屬切削、礦山機(jī)械、交通運輸機(jī)械、起重機(jī)械、化工機(jī)械、農(nóng)用交通運輸機(jī)械、起重機(jī)械、化工機(jī)械、農(nóng)用機(jī)

2、械、電動工具、家用電器等。機(jī)械、電動工具、家用電器等。返回返回圖圖3 控制系統(tǒng)和智能化裝置的重要元件控制系統(tǒng)和智能化裝置的重要元件返回返回二、電機(jī)的定義二、電機(jī)的定義電機(jī)是基于電磁感應(yīng)定律、電磁力定律電機(jī)是基于電磁感應(yīng)定律、電磁力定律（能進(jìn)行電磁感應(yīng)），由（能進(jìn)行電磁感應(yīng)），由電路和磁路電路和磁路所所構(gòu)成，能進(jìn)行構(gòu)成，能進(jìn)行機(jī)電能量轉(zhuǎn)換或信號變換機(jī)電能量轉(zhuǎn)換或信號變換的電磁機(jī)械裝置。的電磁機(jī)械裝置。電機(jī)電機(jī)動力類動力類控制電機(jī)控制電機(jī)變壓器變壓器直線電機(jī)直線電機(jī)旋轉(zhuǎn)電機(jī)旋轉(zhuǎn)電機(jī)電動機(jī)電動機(jī)發(fā)電機(jī)發(fā)電機(jī)直流電機(jī)直流電機(jī)異步電機(jī)異步電機(jī)同步電機(jī)同步電機(jī)電動機(jī)電動機(jī)發(fā)電機(jī)發(fā)電機(jī) 自動控制系統(tǒng)中的執(zhí)自

3、動控制系統(tǒng)中的執(zhí)行元件、檢測元件行元件、檢測元件三、分類三、分類圖圖4 旋轉(zhuǎn)電機(jī)旋轉(zhuǎn)電機(jī)四、四、電機(jī)中所用材料：電機(jī)中所用材料：1 1、電、電電路電路導(dǎo)電材料（及絕緣材料）導(dǎo)電材料（及絕緣材料）紫銅、鋁紫銅、鋁線線（絕緣（絕緣: :按耐熱能力高低分按耐熱能力高低分A A、E E、B B、F F、H H、C C六個六個等級）等級）導(dǎo)電材料及絕緣材料：導(dǎo)電材料及絕緣材料：導(dǎo)電材料導(dǎo)電材料：紫銅、鋁線紫銅、鋁線( (圖圖5)絕緣材料絕緣材料：按耐熱能力高低分六個等級：按耐熱能力高低分六個等級A1050 E1200 B1300 F1550 H1800 C 1800 電機(jī)的溫升：電機(jī)某部分的溫度電機(jī)的溫

4、升：電機(jī)某部分的溫度 與周圍介與周圍介質(zhì)溫度質(zhì)溫度 0之差稱為電機(jī)該部分的溫升之差稱為電機(jī)該部分的溫升 。 = - 0 國標(biāo)國標(biāo) 0max =400 圖圖5測溫方法：溫度計法、電阻法、埋置測溫測溫方法：溫度計法、電阻法、埋置測溫法、模糊測溫法等。法、模糊測溫法等。2、磁、磁磁路磁路導(dǎo)磁材料導(dǎo)磁材料硅鋼片硅鋼片(圖圖6)、鑄鋼等鑄鋼等導(dǎo)磁材料：鐵磁材料導(dǎo)磁材料：鐵磁材料3 3、力、力結(jié)構(gòu)材料結(jié)構(gòu)材料鑄鋼、鑄鐵、鋼板等鑄鋼、鑄鐵、鋼板等圖圖6圖圖7 7 定子鐵心定子鐵心圖圖8 8 定子鐵心與機(jī)座定子鐵心與機(jī)座1.2 鐵磁材料特性鐵磁材料特性1.導(dǎo)磁性導(dǎo)磁性 磁導(dǎo)率：磁導(dǎo)率： =B/HH/m 104

5、-70真空的磁導(dǎo)率：真空的磁導(dǎo)率：0 /r相對磁導(dǎo)率：相對磁導(dǎo)率：鐵磁材料：鐵磁材料： 不為常數(shù)，與不為常數(shù)，與B有關(guān)，為有關(guān)，為 0的幾的幾百百幾千倍。幾千倍。B BH H圖圖9 9 鐵磁材料的起始磁化曲線鐵磁材料的起始磁化曲線a ab bc cd d)(HfB)(HfFeHB0 2. 鐵磁材料的磁化特性（鐵磁材料的磁化特性（B BH H曲線曲線/ /磁化曲線）磁化曲線）磁化曲線磁化曲線特點特點 ： 變化變化 總體非線性總體非線性 存在飽和特性存在飽和特性 B 圖圖10 鐵磁材料的磁滯回線鐵磁材料的磁滯回線H HB Ba ab bc cd de ef fcHmBmBmHmHrB 3.3.鐵磁

6、材料鐵磁材料磁滯回線磁滯回線H HC C矯頑力矯頑力B Br r剩余磁感應(yīng)強(qiáng)度剩余磁感應(yīng)強(qiáng)度鐵磁材料：鐵磁材料：軟磁材料軟磁材料-磁滯回線窄，磁滯回線窄，H HC C及及B Br r小小硬磁材料硬磁材料-磁滯回線寬，磁滯回線寬，H HC C及及B Br r大大H HC C及及B Br r大，難退磁大，難退磁-永磁材料永磁材料 磁密落后于磁場強(qiáng)度，亦即磁通落后于激磁密落后于磁場強(qiáng)度，亦即磁通落后于激磁電流的現(xiàn)象，稱為磁滯現(xiàn)象。磁電流的現(xiàn)象，稱為磁滯現(xiàn)象。 4.4.基本磁化曲線或平均磁化曲線基本磁化曲線或平均磁化曲線選不同選不同Hm,反復(fù)磁化，的一系列反復(fù)磁化，的一系列磁滯回線，磁滯回線，把各頂點

7、連接起來即得。把各頂點連接起來即得。(圖圖11 )圖圖11 基本磁化曲線基本磁化曲線基本磁化曲線基本磁化曲線H HB B 思考題：思考題：什么是軟磁材料？什么是硬磁材料什么是軟磁材料？什么是硬磁材料? 鐵磁材料分：軟磁材料和硬磁材料。鐵磁材料分：軟磁材料和硬磁材料。磁滯回線較寬，即矯頑力大、剩磁也大的鐵磁材料磁滯回線較寬，即矯頑力大、剩磁也大的鐵磁材料稱為硬磁材料稱為硬磁材料( (永磁材料永磁材料) )。一經(jīng)磁化很難退磁。常。一經(jīng)磁化很難退磁。常用硬磁材料有用硬磁材料有鐵氧體、鋁鎳鈷、釹鐵棚鐵氧體、鋁鎳鈷、釹鐵棚等，可以用等，可以用來制造永磁電機(jī)。來制造永磁電機(jī)。磁滯回線較窄，即磁導(dǎo)率大、矯頑

8、力小的鐵磁材料磁滯回線較窄，即磁導(dǎo)率大、矯頑力小的鐵磁材料稱為軟磁材料。電機(jī)鐵心常用的硅鋼片、鑄鐵等是稱為軟磁材料。電機(jī)鐵心常用的硅鋼片、鑄鐵等是軟磁材料。軟磁材料。 三、磁滯損耗、渦流損耗三、磁滯損耗、渦流損耗鐵鐵磁材料的磁滯損耗磁材料的磁滯損耗交變磁場中，交變磁場中，鐵鐵磁材料磁材料反復(fù)磁化，磁疇之間相反復(fù)磁化，磁疇之間相互摩擦，消耗能量?；ツΣ?，消耗能量。 -實驗確定實驗確定 Bm= 0.11.0T時，時， =1.6 Bm= 1.01.6T時，時， =2Kh取決于不同材料的系數(shù)取決于不同材料的系數(shù) V體積體積 f頻率頻率VBfKpmhh渦流損耗渦流損耗 因為鐵心可以導(dǎo)電，故當(dāng)通過鐵心的磁

9、通隨時因為鐵心可以導(dǎo)電，故當(dāng)通過鐵心的磁通隨時間變化時，也將鐵心中也將產(chǎn)生感應(yīng)電勢，并因而間變化時，也將鐵心中也將產(chǎn)生感應(yīng)電勢，并因而在其中引起環(huán)流。這些環(huán)流在鐵心內(nèi)部圍繞磁通作在其中引起環(huán)流。這些環(huán)流在鐵心內(nèi)部圍繞磁通作渦流狀流動，稱為渦流。渦流狀流動，稱為渦流。渦流在鐵心中引起的損耗，稱為渦流損耗。渦流在鐵心中引起的損耗，稱為渦流損耗。12K2222VBdfpmw渦流損耗渦流損耗V 鋼片的體積鋼片的體積 -硅鋼片的電阻率硅鋼片的電阻率 d-硅鋼片厚度硅鋼片厚度加入加入硅硅硅鋼片硅鋼片增大增大n交流鐵心損耗交流鐵心損耗=磁滯損耗磁滯損耗+渦流損耗渦流損耗n單位重量下：單位重量下：W-重量重量

10、 -鐵耗系數(shù)鐵耗系數(shù)1502(/50)FemppfB150FeppW150p 為減小電阻損耗繞組常用為減小電阻損耗繞組常用紫銅線或鋁線紫銅線或鋁線。 為增加磁路磁導(dǎo)率降低鐵耗，鐵心采用為增加磁路磁導(dǎo)率降低鐵耗，鐵心采用導(dǎo)磁導(dǎo)磁性能高的硅鋼片性能高的硅鋼片制成，磁路其它部分常采用制成，磁路其它部分常采用導(dǎo)導(dǎo)磁性能較高的鋼板和鑄鐵磁性能較高的鋼板和鑄鐵制成。制成。 常用絕緣材料常用絕緣材料: :云母、石棉、玻璃絲、聚酯云母、石棉、玻璃絲、聚酯薄膜、磁漆、棉紗薄膜、磁漆、棉紗等。性能、耐熱能力不同。等。性能、耐熱能力不同。 常用結(jié)構(gòu)材料常用結(jié)構(gòu)材料: :鑄鐵、鑄鋼和鋼板鑄鐵、鑄鋼和鋼板，有的小，有的

11、小型電機(jī)采用型電機(jī)采用鋁合金鋁合金。 電機(jī)制造通常使用哪些材料？電機(jī)制造通常使用哪些材料？ 硅鋼片簡介硅鋼片簡介:冷軋硅鋼片：冷軋硅鋼片：軋硅鋼片軋硅鋼片是我國主要的缺鋼材品種。生產(chǎn)企業(yè)主要是我國主要的缺鋼材品種。生產(chǎn)企業(yè)主要是是武鋼、寶鋼股份和太鋼武鋼、寶鋼股份和太鋼，設(shè)計能力，設(shè)計能力85萬噸萬噸/年年，其，其中武鋼中武鋼40萬噸萬噸/年、寶鋼股份年、寶鋼股份35萬噸萬噸/年、太鋼年、太鋼10萬萬噸噸/年。年。由于由于冷軋硅鋼片冷軋硅鋼片生產(chǎn)不能滿足需求，仍在大量生生產(chǎn)不能滿足需求，仍在大量生產(chǎn)和使用產(chǎn)和使用熱軋硅鋼片熱軋硅鋼片，同時還要大量，同時還要大量進(jìn)口冷軋硅進(jìn)口冷軋硅鋼片鋼片。20

12、03年，我國生產(chǎn)年，我國生產(chǎn)熱軋硅鋼片熱軋硅鋼片90.2萬噸，進(jìn)口冷萬噸，進(jìn)口冷軋硅鋼片軋硅鋼片158.1萬噸，出口萬噸，出口9.4萬噸，硅鋼片表觀萬噸，硅鋼片表觀消費量消費量342萬噸。萬噸。在在中小型電機(jī)和家用電器制造業(yè)中小型電機(jī)和家用電器制造業(yè)，熱軋硅鋼片熱軋硅鋼片占占了相當(dāng)大的比例；在大中型變壓器制造業(yè)，了相當(dāng)大的比例；在大中型變壓器制造業(yè)，進(jìn)口進(jìn)口硅鋼片硅鋼片占了較大的比例。占了較大的比例。 表表1 1 無取向硅鋼片無取向硅鋼片中國國家執(zhí)行中國國家執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)：標(biāo)準(zhǔn)：GB2521 88GB2521 88中國國家執(zhí)行中國國家執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)：標(biāo)準(zhǔn)：GB12521 GB12521 19981998相

13、對應(yīng)的俄羅相對應(yīng)的俄羅斯斯牌號牌號DW470-50DW470-5050W470-50W470-50W54050W54022122212一、冷卻介質(zhì)一、冷卻介質(zhì)氣冷（氫氣）、液冷（水、油）、水氫氫混合冷氣冷（氫氣）、液冷（水、油）、水氫氫混合冷二、冷卻方式二、冷卻方式間接間接空氣冷卻（冷卻介質(zhì)只與鐵心、繞組、機(jī)殼外表面接觸）空氣冷卻（冷卻介質(zhì)只與鐵心、繞組、機(jī)殼外表面接觸）直接直接-氫氣、水（進(jìn)入發(fā)熱體內(nèi)部）氫氣、水（進(jìn)入發(fā)熱體內(nèi)部）三、機(jī)殼防護(hù)三、機(jī)殼防護(hù)開啟式、防護(hù)式開啟式、防護(hù)式1.3 1.3 電機(jī)的冷卻與防護(hù)電機(jī)的冷卻與防護(hù)1.4 1.4 電機(jī)的額定值于定額電機(jī)的額定值于定額一、一、額定

14、值額定值U UN N 、 U UN N 、 P PN N 等，標(biāo)于銘牌上。等，標(biāo)于銘牌上。二、定額二、定額連續(xù)運行連續(xù)運行短時運行：短時運行：1010、3030、6060、90min90min周期工作：周期工作：負(fù)載持續(xù)率負(fù)載持續(xù)率= =額定負(fù)載時間額定負(fù)載時間/(/(負(fù)載時間負(fù)載時間+ +停止時間停止時間) )國標(biāo)：國標(biāo)：15%15%、25%25%、40%40%、60%60%1.1.5 5 磁路基本定律、計算方法磁路基本定律、計算方法一、一、磁路磁路分析分析1、基爾霍夫第一定律、基爾霍夫第一定律穿入任一封閉面的磁通等于穿出該封閉面的磁通。（穿入任穿入任一封閉面的磁通等于穿出該封閉面的磁通。（

15、穿入任一封閉面的總磁通等于一封閉面的總磁通等于0）。）。 =02、基爾霍夫第二定律、基爾霍夫第二定律在磁路中沿任何閉合磁路徑上，磁動勢的代數(shù)和等于磁壓降在磁路中沿任何閉合磁路徑上，磁動勢的代數(shù)和等于磁壓降的代數(shù)和。的代數(shù)和。 F= Hln3、磁路歐姆定律、磁路歐姆定律 =F/Rm=F mn-磁路磁阻；磁路磁阻； m -磁路磁導(dǎo)磁路磁導(dǎo)n與電路對應(yīng)與電路對應(yīng)二、電路分析二、電路分析交、直流電路分析交、直流電路分析n 歐姆定律：歐姆定律： n 基爾霍夫定律：基爾霍夫定律：RIU 0iu 0ii圖圖12 磁路電路圖磁路電路圖磁通磁通 磁路磁路電路電路磁動勢磁動勢 F磁感應(yīng)強(qiáng)度磁感應(yīng)強(qiáng)度B磁阻磁阻mR

16、F電動勢電動勢 E電流電流 I電流密度電流密度 J電阻電阻 RREI 表表2 磁路電路對比磁路電路對比AlRmn電磁感應(yīng)定律：電磁感應(yīng)定律：n全電流定律：全電流定律： lIdlHdtdNdtde vlBe 例題例題作業(yè)作業(yè): P42 1.18電磁感應(yīng)定律有時寫成電磁感應(yīng)定律有時寫成 ，有時寫成有時寫成 ，有時又寫成有時又寫成 ，這三種寫法之間有什么差別這三種寫法之間有什么差別? 在什么情況下寫成在什么情況下寫成 ？ 思考題思考題四、電、磁和力的關(guān)系四、電、磁和力的關(guān)系右手定則：右手定則：導(dǎo)體在磁場中運動產(chǎn)生電勢導(dǎo)體在磁場中運動產(chǎn)生電勢eBvBfi左手定則：左手定則：載流導(dǎo)體在磁場中受到的電磁力

17、載流導(dǎo)體在磁場中受到的電磁力圖圖13 左、右手定則左、右手定則n五、磁路計算方法五、磁路計算方法n分鐵心磁路計算、永磁體磁路計算。分鐵心磁路計算、永磁體磁路計算。n1、鐵心磁路計算：、鐵心磁路計算：串聯(lián)磁路：串聯(lián)磁路：第一類：已知第一類：已知F(電機(jī)變壓器電機(jī)變壓器設(shè)計中的磁路計算設(shè)計中的磁路計算通常屬第一類問題通常屬第一類問題)a、將磁路分段將磁路分段 原則：同一段上原則：同一段上 、A、 相同。相同。圖中分圖中分鐵心鐵心和和氣隙氣隙兩段兩段.圖圖14 鐵心磁路鐵心磁路b、求各段求各段B BK = K /AKc、確定確定HK A、非鐵磁材料、非鐵磁材料 K= 0 HK =BK/ 0 B、鐵磁

18、材料、鐵磁材料 查磁化曲線，由查磁化曲線，由BK HK d、求代數(shù)和求代數(shù)和 F = HK lK = FK =iN第二類：已知第二類：已知F 試探法試探法例題例題作業(yè)作業(yè): P41 1.10 P42 1.21并聯(lián)磁路：并聯(lián)磁路：與串聯(lián)磁路計算相同，第一類問題順序求解，第二類問題采與串聯(lián)磁路計算相同，第一類問題順序求解，第二類問題采用迭代法。用迭代法。圖中分圖中分四四段段.圖圖15 并聯(lián)磁路并聯(lián)磁路第一類：已知第一類：已知Fa、將磁路分段將磁路分段 原則：同一段上原則：同一段上 、A、 相同。相同。b、根據(jù)根據(jù)基爾霍夫第一、二定律基爾霍夫第一、二定律列寫節(jié)電方程和回列寫節(jié)電方程和回路方程并求解路

19、方程并求解c、分段逐一求分段逐一求B BK = K /AKd、確定確定HK A、非鐵磁材料、非鐵磁材料 K= 0 HK =BK/ 0 B、鐵磁材料、鐵磁材料 查磁化曲線，由查磁化曲線，由BK HK e 、求代數(shù)和求代數(shù)和 F = HK lK = FK =iN1.6 學(xué)習(xí)方法學(xué)習(xí)方法n綜合性綜合性 各種規(guī)律同時作用、多個物理量互相影響各種規(guī)律同時作用、多個物理量互相影響n實用性實用性 主次之分，主次之分， 具體條件作具體分析具體條件作具體分析學(xué)習(xí)方法學(xué)習(xí)方法: 積極思考，多做練習(xí)積極思考，多做練習(xí). 前后關(guān)聯(lián)，掌握體系前后關(guān)聯(lián)，掌握體系 聯(lián)系實際，創(chuàng)新設(shè)計聯(lián)系實際，創(chuàng)新設(shè)計n 例例1 有一閉合鐵心磁路，鐵心的截面有一閉合鐵心磁路，鐵心的截面積積 ，磁路的平均長度，磁路的平均長度L=0.3mL=0.3m，鐵心的磁導(dǎo)率，套裝在鐵心上的勵，鐵心的磁導(dǎo)率，套裝在鐵心上的勵磁繞組