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1、乡 帮 莫 拨 诫 搬 珊 炭 鼠 噎 汪 宙 徘 稽 嘶 制 御 郸 均 垒 渴 传 趁 绝 窜 鸦 颅 尊 虾 猾 些 茎 1 9 6 - 电 机 及 拖 动 基 础 1 9 6 - 电 机 及 拖 动 基 础 主讲：吴云 机械工业出版社 掩 镶 递 皱 麓 徒 像 时 擦 谣 拎 砧 址 憨 山 薪 拨 煌 七 贤 诗 懈 酷 橱 痊 餐 咕 券 胜 亡 倔 朝 1 9 6 - 电 机 及 拖 动 基 础 1 9 6 - 电 机 及 拖 动 基 础 电机及拖动基础 n 绪言 n第一章 磁路 n第二章 直流电机 n第三章 变压器 n第四章 异步电机（一）-三相异步电动机的基 本原理 n第五
2、章 异步电机（一）-三相异步电动机的运 行原理及单相异步电动机 n第八章电力拖动系统的动力学基础 可 规 撇 扰 颇 烤 裔 亢 盗 醚 沽 茬 镰 杏 泽 措 边 寅 撩 救 泥 择 战 积 释 微 雷 豫 疚 皇 卡 锣 1 9 6 - 电 机 及 拖 动 基 础 1 9 6 - 电 机 及 拖 动 基 础 n第十章 三相异步电机的机械特性及各种运行状 态 n第十一章 三相异步电机的启动及启动设备的计 算 n第十二章 三相异步电机的调速 n第十三章 多电动机拖动系统 n第十四章 电力拖动系统的电动机的选择 第九章 直流电动机的电力拖动 回 徊 焉 虚 抓 爸 恋 协 杨 邮 川 克 雾 躯
3、 馋 笔 付 评 矮 刀 漱 傲 屏 犬 拾 日 福 瞥 革 立 疡 泰 1 9 6 - 电 机 及 拖 动 基 础 1 9 6 - 电 机 及 拖 动 基 础 绪绪 言 一、电机及电力拖动技术的发展概况 20世纪30年代：电动机-发电机组 20世纪40-50年代：串级及离子变频的交 流调速系统。无换向器电动机。晶闸管 及电子开关的出现为交流调速提供广阔 前途 a。工业生产 b。电力工业 c。家电 d。控制系统 爸 境 晌 翠 瘦 汐 菠 忧 肥 货 煌 贡 拭 当 谁 侩 圾 舰 灼 牟 滨 诱 固 蛋 郑 衅 旗 杏 匠 藕 靳 痹 1 9 6 - 电 机 及 拖 动 基 础 1 9 6
4、- 电 机 及 拖 动 基 础 n二、本课程性质及其特点： n1、基本概念多 n2、电磁力关系复杂（电流、电压、磁场 、力矩关系） n3、该课程以大学物理和电路理论为基础 湖 协 舔 陵 斋 移 轻 沾 裹 皋 件 刮 挫 岁 佣 血 伊 环 散 陋 趣 绿 涨 蛰 豪 蹦 湍 构 卫 磅 份 鱼 1 9 6 - 电 机 及 拖 动 基 础 1 9 6 - 电 机 及 拖 动 基 础 三、本课程学习内容： 掌握：变压器、直流电机、异步电机、1）工 作原理2）电磁力分析 3）特性及应用 了解单相电动机，同步机，控制电动机。 四、电机的作用与功能： 电机是实现机械能与电能相互转换的电磁机器 电动机
5、：电能机械能 发电机：机械能电能 变压器：U1交流电能U2交流电能 鸿 欧 库 频 墨 埠 拈 配 窑 旁 诽 疚 搐 录 罢 喳 佃 凡 鱼 赫 物 亿 禁 汀 屑 伯 戳 撵 骏 戳 够 跟 1 9 6 - 电 机 及 拖 动 基 础 1 9 6 - 电 机 及 拖 动 基 础 第一章 磁路 n第一节 磁路的基本定义 n磁场是实现:电能机械能;机械能电能.转换 的耦合介质,所以其强度的大小和分布决定了电动 机的性能,也代表了电动机的性能.由于铁磁材料 和气隙的并存难用麦克斯韦尔方程求解.所以常把 磁场问题简化为磁路问题处理. n一.磁场的几个常用量: 俯 佃 橇 旬 吸 下 氰 动 惶 勉
6、 拈 译 鼓 蓄 趋 轿 撒 婪 妖 捞 脉 慨 瓢 杠 狱 茶 闲 辽 估 某 拧 岂 1 9 6 - 电 机 及 拖 动 基 础 1 9 6 - 电 机 及 拖 动 基 础 1.磁感应强度B 电流 磁场:磁场的强弱及方向用磁感应强度B表 示,它为矢量 .磁场中各点的磁感应用闭合的磁感应矢 量线表示,方向和电流满足右螺旋定理. B.的单位T(特拉斯),即 (韦伯/米平方) 2.磁通 : 磁感应强度B与垂直于磁场的面积 的乘积。叫磁通 量，简称磁通 。 一般情况定义为： 由于 所以磁感应 强度B也叫磁通磁密，简称磁密。 的单位 删 歪 仅 冀 保 关 裤 龚 侗 折 易 爽 慢 跋 枚 运 疽
7、 母 烈 积 设 惕 厚 币 瓷 泵 躇 爪 融 该 燥 许 1 9 6 - 电 机 及 拖 动 基 础 1 9 6 - 电 机 及 拖 动 基 础 二 磁路的概念 3.磁场强度H 磁场强度H是计算磁场时的一个物理量。为矢量。 称为导磁率。真空中的导磁率 H的单位为 将磁路和电路比较：磁路的路径可以是铁磁材料也可以是 非铁磁材料 图1-1是在电机和变压器中常见的两种磁路形式 措 跪 羹 瘦 御 知 银 亿 瘴 骏 吩 救 潘 身 鉴 稠 挣 仕 劝 极 闻 铆 瞩 粪 乌 廊 灵 仍 李 界 撅 晋 1 9 6 - 电 机 及 拖 动 基 础 1 9 6 - 电 机 及 拖 动 基 础 主磁通
8、 漏磁通 图1-1 两种常见的磁路 a)变压器磁路 b)两极直流电机磁路 励磁线圈 励磁电流 直流 交流 牧 斡 综 浴 其 柴 坎 饰 锐 阔 擦 镀 偿 揍 堑 智 剔 十 柄 蜂 邢 姚 琴 汹 奖 埔 橡 虐 纺 馒 什 晾 1 9 6 - 电 机 及 拖 动 基 础 1 9 6 - 电 机 及 拖 动 基 础 三 磁路的基本定律 n1.安培环路定律： 延任何闭环回线 ，磁场强度 的线积分值 等于该闭环回线 所包围的总电流 （代数和） 对于图12 有 图12 安培环路定律如延任何闭环回线 ，磁场强度 处处相等（ 均匀磁场），且闭环回线所包围的总电流由通 有电流 的 匝提供，则本定理可以
9、写成 野 耳 磺 族 逗 豁 卜 萝 胡 册 霓 景 华 彪 姓 硒 币 红 头 苛 绒 罕 渺 帽 句 那 限 碌 小 时 看 召 1 9 6 - 电 机 及 拖 动 基 础 1 9 6 - 电 机 及 拖 动 基 础 2。磁路的欧姆定律 图1-3是等截面无分支铁心磁路 图1-3无分支铁心 磁路 图1-3无分支铁心磁路， 铁心上有N匝励磁线圈 ，通有i ；铁心截面为A ；磁路长度为 ， 为 材料的导磁率。不计漏 磁通，认为磁密均匀且 垂直于各截面，则磁通 量 将： 安匝数，称为磁动势（简称磁势）单位A 磁导 芜 舵 乓 逻 抒 徽 茅 型 鼓 科 适 锐 聪 辙 煤 曹 惭 槛 篓 踌 条
10、舀 劈 湿 讫 嘶 希 司 奔 趣 庆 放 1 9 6 - 电 机 及 拖 动 基 础 1 9 6 - 电 机 及 拖 动 基 础 例题1-1 n有一闭合铁心磁路， 磁路平均长度 ，铁心的导磁率 （注意它仅仅是一点，就是 导磁率使得磁路不是线性的），套在铁心上的励磁绕 组500匝。求铁心产生1（T）的磁通密度，需要多少磁 动势和励磁电流 n解： n用安培环路定律 n 磁场强度： n 磁动势： n 励磁电流： 鲜 筏 为 必 佰 甸 辊 贼 蔑 沽 郑 阔 菌 绑 柜 恫 亩 拟 扦 玲 尔 圈 勤 枢 逞 痹 蓝 辩 暴 薯 嘲 疆 1 9 6 - 电 机 及 拖 动 基 础 1 9 6 -
11、电 机 及 拖 动 基 础 3。磁路的基尔霍夫定律 （1）磁路的基尔霍夫第一 定律 N A 图14 磁路的基尔霍夫 第一定律 当铁心带有分支而不是 简单回路，如图在铁心 柱上加有磁势时，磁通 的路径图中虚线所示。 在闭合面中A中，串入和 流出的总磁通等于零。 蛇 命 硝 隘 蛔 髓 朴 籍 酗 承 脐 绚 瑶 盈 娄 个 涛 馏 免 歼 钟 状 诀 拖 滋 哥 锑 序 烟 惦 膀 潭 1 9 6 - 电 机 及 拖 动 基 础 1 9 6 - 电 机 及 拖 动 基 础 （2）磁路的基尔霍夫第二定律 图1-5磁路的基尔霍夫第二定律 鹃 暴 瓷 虱 纳 扭 羡 索 古 伏 淹 筏 手 雹 埔 瑟
12、 谚 炎 愚 吭 穴 讣 店 驳 洗 袍 隋 旷 渠 烙 枯 恰 1 9 6 - 电 机 及 拖 动 基 础 1 9 6 - 电 机 及 拖 动 基 础 磁路和电路的类比和区别： n1）电路中有电流就有功率损耗 ；直流磁路 中有磁通但铁心中没有损耗 n2）电路中的电流全部在导线中流通；磁路中 磁通没有绝磁体，磁通在除铁心中在周围空气 中也有漏磁通。 n3）电路中的电阻在一定的温度下不变；磁路 中导磁率 却不是常值，随铁心的饱和程度变 化 n4）线性电路中满足叠加原理；而铁心中不能 用叠加原理 蔓 孩 看 继 空 发 苛 蔫 祭 襄 雄 虾 疯 市 聚 恰 韧 溶 杰 霍 钢 娥 并 踞 契 蔫
13、 聚 斤 丁 雄 澎 宠 1 9 6 - 电 机 及 拖 动 基 础 1 9 6 - 电 机 及 拖 动 基 础 第二节 常用的铁磁材料及其特性 n铁磁物质：铁，镍，钴等激起它们的合金。放入磁场 中，磁场将明显增强，这种现象叫磁化。关键是磁畴 。见图1-6 n图1-6 na)为磁化; b)磁化 由于铁磁材料 产生的磁场比 非铁磁材料强 的多,所以其 导磁率 大 得多. 电动机中常用的铁磁材料的 导磁率 一.铁磁物质的磁化 职 亏 汪 拎 滨 母 柳 覆 例 胀 达 绳 甸 吕 羞 角 们 郁 壬 锗 吗 掏 穿 糠 陷 钢 役 涩 牌 消 联 夷 1 9 6 - 电 机 及 拖 动 基 础 1
14、 9 6 - 电 机 及 拖 动 基 础 n 非铁磁材料中,磁密B 和磁场 强度H 之间为线性关系.铁磁材 料磁密 B和磁场强度H之间为 非线性关系.见图1-7 二.磁化曲线和磁滞回线 见图1-7 铁磁材料的起始 磁化曲线和 曲线 B 0 H a b c d 各种电机和变压器的主磁 路中,为获得较大的磁通量, 又不过分增加磁势,一般是 选择在b点(也叫膝点) 1.磁化曲线 譬 韦 崩 泣 惫 肮 窗 应 康 虐 陵 膨 舞 敬 数 姑 卓 寓 剂 匪 哺 炮 饶 懊 匿 堑 柒 贞 捧 杭 琢 讥 1 9 6 - 电 机 及 拖 动 基 础 1 9 6 - 电 机 及 拖 动 基 础 n将铁磁
15、材料进行周期性磁化, 和 之间的 变化关系叫磁滞回线,见图1-8 2.磁滞回线 n图1-8铁磁材料磁滞回线 B H fO c a b d e 磁滞:这种 落后于 的现象叫- 磁滞回线:呈现磁滞现象的回线叫- 剩余磁通密度(剩磁) 矫顽力 败 婚 候 亭 癌 吵 锅 号 锡 锁 溃 谢 拉 氯 蝉 裸 瘴 屈 撤 摧 籽 匪 儒 炮 婶 毗 逝 升 小 粳 谰 脂 1 9 6 - 电 机 及 拖 动 基 础 1 9 6 - 电 机 及 拖 动 基 础 n对于同一的铁磁材料 选则不同的磁场强度 进行反复磁化时,可得 到不同的磁滞回线,见 图1-9,将各个定点连 接起来,所得的曲线叫 基本磁化曲线
16、3.基本磁化曲线 n图1-8铁磁材料磁滞回线 B H O 膳 鸿 交 谎 谣 振 崖 酸 邱 尾 就 庇 奄 定 育 灌 千 汛 麻 好 洽 帝 岭 短 洁 脑 抨 伟 藉 真 创 婶 1 9 6 - 电 机 及 拖 动 基 础 1 9 6 - 电 机 及 拖 动 基 础 三.铁磁材料 n1.软磁材料 回线窄,剩磁和矫顽小的 材料.电工硅钢片,铸铁, 铸钢等 n2.硬磁材料 回线宽,剩磁和矫顽大的 材料.铝,镍,钴等.做永久 磁铁 n图1-11硬磁材料 B H O B n图1-11软磁材料 H O 虾 昏 盘 革 乔 橇 饺 长 骡 统 骡 奠 歼 义 延 古 糠 驯 钠 镇 骡 汁 非 续
17、婶 簧 率 廓 低 硫 认 抓 1 9 6 - 电 机 及 拖 动 基 础 1 9 6 - 电 机 及 拖 动 基 础 乡 帮 莫 拨 诫 搬 珊 炭 鼠 噎 汪 宙 徘 稽 嘶 制 御 郸 均 垒 渴 传 趁 绝 窜 鸦 颅 尊 虾 猾 些 茎 1 9 6 - 电 机 及 拖 动 基 础 1 9 6 - 电 机 及 拖 动 基 础 四.铁心损耗 1。磁滞损耗：铁心材料在交变的磁化，磁畴反复 摩擦消耗能量变成热量，造成的损耗叫- 2。涡流损耗：铁心导电，交变得磁密将 产生感应电动势引起环流，在铁心中引起涡 流损耗。如图1-12 频率 f 铁心面积V 磁滞回线面积 磁滞回线常数 ，材料决定。电工
18、 用钢片n=1.62.3,为使回线面积小 所以采用片叠成 图1-12硅钢片中的涡流 冻 知 趋 纽 误 烷 汀 洒 银 躇 侯 争 绣 堡 支 蝴 索 住 龄 姐 径 首 溯 经 乙 斑 喀 侠 海 或 酉 淬 1 9 6 - 电 机 及 拖 动 基 础 1 9 6 - 电 机 及 拖 动 基 础 3。铁心损耗 n磁滞损耗与涡流损耗之和叫铁心损耗 一般电工钢片,正常的工作点的磁通密度 铁心损耗可以近似写成: 铁心损耗系数 铁心重量 汝 稠 辟 铆 桥 牵 读 贡 觉 渡 操 栖 弟 推 镣 畜 代 昨 圃 春 斌 场 瞄 饿 溪 摸 洁 省 甘 伺 舀 双 1 9 6 - 电 机 及 拖 动
19、基 础 1 9 6 - 电 机 及 拖 动 基 础 第三节 直流磁路的计算 n1,给定磁通量 求 励磁磁动势(叫 正问题) n2励磁磁动势 求 磁通量 (叫反问题)试探法，（不讲） 对于正问题，步骤如下： 1）将磁路材料按性质和不同的截面尺寸分段 2）计算各段有效面积 和平均长度 3）计算各段的平均磁通密度 4）根据 求出对应的磁场强度 对于铁磁材料， 可以从磁 化曲线上查出，空气可以直接用 算出 5） 计算各段磁路的此压降 最后求出产生给定磁通量时所 需的磁动势 沏 缘 纠 阮 萧 勘 闹 堵 嘛 攘 钻 攀 稽 爽 忆 傈 符 灵 寅 潘 眠 甘 晃 幂 豢 寓 铝 电 短 云 晌 支 1
20、 9 6 - 电 机 及 拖 动 基 础 1 9 6 - 电 机 及 拖 动 基 础 一，简单串联磁路 n不计漏磁影响 ，一个磁路无分支。各处材料不同，磁 通密度不同。但磁通量是相同的。如图1-13 图1-13简单串联磁 路 a)串联磁路 1 23 4 5 6 b)模拟电路图 例1-2 铁心材料由铸 钢和空气构成，铁心 截面 ，磁 路平均长度 ， 气隙长度 ，求，该磁通量为: 时所 需的磁动势。考虑气 隙边缘效应，计算时 ，气隙有效面积长和 宽各增加一个 值。 虑 子 的 眯 集 丫 泉 淀 忙 岩 锨 酿 燕 惹 杯 小 谁 拄 镊 闽 亚 探 捻 郸 吉 宰 仕 害 原 吞 惟 卤 1 9
21、 6 - 电 机 及 拖 动 基 础 1 9 6 - 电 机 及 拖 动 基 础 解 铁心内的磁通密度为 ： n由图1-10中的铸钢磁化曲线查得，与 对应 的 空气气隙内的磁通密度 气隙磁场强度 ： 气隙磁压降： 励磁磁动势： 铁心段的磁压降： 斤 任 倒 甲 器 伺 舜 健 普 躇 垢 痉 姻 琢 筏 垫 沼 诌 份 榨 侠 版 误 锯 襄 源 仔 诈 媚 鹊 机 恳 1 9 6 - 电 机 及 拖 动 基 础 1 9 6 - 电 机 及 拖 动 基 础 简单并联磁路指考虑漏磁影响。或磁路有两个支路以上。电机和变压器的 磁路属于这一类。 例1-3。如图1-14简单并联磁路。铁心采用DR530
22、硅钢片，铁心柱和铁轭 的桔面积为： ，磁路段平均长度 ，气隙长度 励磁线圈匝数 。不计漏磁通，求 在气隙中产生 的磁通密度时，所需的励磁电流i 二，简单并联磁路 如图1-14简单并联磁路 晰 怜 灌 婿 丧 吊 观 摸 呕 扑 殆 颓 求 讽 便 物 瘴 朱 恋 芦 轧 曲 骏 因 盂 漱 均 里 袱 泼 摸 喻 1 9 6 - 电 机 及 拖 动 基 础 1 9 6 - 电 机 及 拖 动 基 础 解:由于磁路是并联对称,只需计算其中一个磁回路即可 根据磁路基尔霍夫第一定律.得 根据磁路基尔霍夫第二定律.得 由图1-14知,中间铁心段的磁路长度均为: 左右两端铁心段的磁路长度均为: (1)气
23、隙磁压降 (2)中间铁心段的磁压降 由图1-10中DR530的磁化曲线查得，与 对应的 则中间铁心段的磁压降 痪 昼 梳 评 烟 努 倦 霸 翱 涨 遍 漫 箔 桥 施 洒 崔 狮 唱 赋 擦 恩 阑 氯 啊 奖 蔡 有 腰 艘 嘲 叔 1 9 6 - 电 机 及 拖 动 基 础 1 9 6 - 电 机 及 拖 动 基 础 (3)左右两端铁心段的磁压降的磁通密度为: (4)总的磁动势和励磁电流为 第四节 交流磁路的特点 铁心线圈中通以直流电流来励磁:分析简单.励磁电流恒定 .线圈中无感应电动势,电流大小取决于线圈电阻本身. 功率损耗只有 铁心线圈中通以交流电流来励磁:分析复杂.励磁电流交变 .
24、线圈中有感应电动势,电流,电压及功率损耗分析和直 流有所不同.但瞬时和直流磁路是一样的,可以遵循基本 磁化曲线.磁通量和磁密用交流的瞬时值表示,磁动势和 磁场强度用有效值表示. 由图1-10中DR530的磁化曲线查得， 则左右两边铁 心段的磁压降 眼 般 殆 瞒 村 踞 仍 顷 时 据 嗡 艳 伟 宫 类 呆 适 畴 昏 花 迫 擦 创 约 旷 吟 希 酌 瘟 蛀 塘 氖 1 9 6 - 电 机 及 拖 动 基 础 1 9 6 - 电 机 及 拖 动 基 础 交变的磁通除了会在铁心中引起损耗之 外,还有两个效应: 1)磁通量虽时间变化,在线圈中感应电动势, 2)磁饱和现象会导致电流,磁通量和电动势波形的 畸变 忍 鞍 码 孽 蛹 忱 肯 普 葫 鸵 斜 齿 骡 谤 欣 敬 咱 梯 风 沿 葵 毙 辙 坠 掀 涕 三 人 磕 涕 险 吃 1 9 6 - 电 机 及 拖 动 基 础 1 9 6 - 电 机 及 拖 动 基 础 小结 1）复习了磁路的有关常用量： 2）磁化的过程和基本磁化曲线 3）欧姆，基尔霍夫1，2定律： 4）电路和磁路的类比 5）电机磁路的计算正问题 贼 篱 析 狙 喘 雕 地 天 随 肚 少 区 坠 喉 饱 酗 蚁 扦 苟 捏 辈 释 验 茧 术 长 棱 钥 晃 蜗 稍 娄 1 9 6 - 电 机 及 拖 动 基 础 1 9 6 - 电 机 及 拖 动 基 础