1.2 电机的电磁基本理论.ppt

1.2 电机的电磁基本理论 1.2.1 电感L 1.2.2 电磁感应定理 1.2.3 电磁力F、电磁转矩T 1.2.4 发电机和电动机的基本作用原理 1.2.5 电机的可逆原理 1.2.6 交流铁心线圈电路 1.2.7 电磁铁 1.2.1 电感L 电机线圈流过电流即产生磁场，设线圈为N匝，穿过1匝的磁通为Φ，则有 ψ=NΦ Ψ称为磁链，设介质为空气则Φ∝I所以ψ=LI 这里L作为比例常数即单位电流的磁链数，称为该线圈的电感（H）则： L=ψ/I 上式中：比列系数L称为电感。一个线圈通过单位电流所产生的磁链称为该线圈的电感，它是反应导体（线圈）电磁特性的参数，单位是H（SI制）。 电感与线圈匝数的平方成正比，与磁场介质的磁导成正比（与磁阻成反比），而和线圈所加的电压、电流或者频率无关。 N1 N2 Φ2 I2 Φ1 I1 1.2.1 电感L 一个线圈的部分磁通可能环链多个线圈，则线圈的电感既有只环链自身的磁通的自感，也有其它线圈磁通的互感。 设电流I1与回路2匝链磁通Φ21，电流I2与回路1匝链磁通Φ12则： 回路1对回路2的互感为： 同理回路2对回路1互感为： 在电机中根据磁通的路径不同，将磁通分为主磁通Φm和漏磁通Φσ。主磁通的主要路径是铁磁部分；而漏磁通的主要路径是空气，主磁通环链全部绕组，而漏磁通大部环链部分绕组（只有极少环链全部绕组）。与漏磁通对应的电感称为漏电感 Lσ。 Lσ= ψσ/I 漏磁通的分布很复杂，因此漏（电）感的计算一般是近似的。 当线圈流过正弦交流电流时，线圈电感的作用常用相应的阻抗表示：XL=ωL ω为电流角频率。电抗与电感成正比，与交变频率成正比。 Φm i Φσ N1 N2 Φ2 I2 Φ1 I1 Φ21 Φ12 1.2.2 电磁感应定理（法拉第——楞次电磁感应定律） 定律描述：当该线圈中的磁链Ψ发生变化，则该线圈中将有感应电动势产生。其感应电动势e与穿过此回路的磁链Ψ随时间的变化率dΨ/dt成正比。设下图线圈的匝数为N，密集缠绕，则ψ=NФ 。 上式中Ψ为线圈中的磁链，N为线圈的匝数，Φ为磁通量。Φ的单位为Wb，e的单位为V。 右方的负号，表示感应电流的方向遵从楞次定律：感应电动势所产生的感应电流的方向，总是（力图）使得它所产生的磁场阻止磁通量的改变。 1.2.2 电磁感应定理（法拉第——楞次电磁感应定律） 当线圈的磁链ψ变化时线圈中产生感应电势有两种。 变压器电动势：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，这样产生的电动势称为变压器电势。（线圈与磁场相对静止） 上式中Ψ为线圈中的磁链，N为线圈的匝数，Φ为磁通量。Φ的单位为Wb，e的单位为V。 运动电动势（速度电势）：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；另一种形象的说法是线圈在磁场中运动切割磁力线产生的感应电势。 上式中：L为导体在磁场中的长度，单位是m；B为导体切割到的磁通密度，单位是T；v为导体运动的线速度，单位m/s；e的单位为V。上式中L、B、v三个物理量必须互相垂直，其方向关系可用右手定则确定。 1.2.3 电磁力F、电磁转矩T 定律描述：载流导体在磁场中会受到电磁力的作用。 磁场对电流回路的作用力可写为： 载流导体在磁场中受到电磁力的作用为： 上式中：B的单位为T，L的单位为m，i的单位为A，则F的单位为N。 位于磁场中的载流导体所受电磁力的方向按左手定则确定。 旋转电机的运动系旋转运动，设所研究的导体位于电机的转子上，如把导体上所受到的电磁力，乘以从导体至旋转轴之间的距离，便得电磁转矩T，即： 上式中：T为电磁转矩，单位是N.m；r为转子的半径，单位是m；B的单位为T，L的单位为m，i的单位为A。 1.2.4 发电机和电动机的基本作用原理 发电机的工作原理 v → e → i i → F → v 电动机的工作原理 1.2.5 电机的可逆原理 不论是用作发电机还是电动机，不论是交流还是直流，在同一电机中都会同时有感应电势和电磁力的存在。所以同一台电机既可作发电机也可以作电动机。从能量的角度看电机端电压和电流的方向，对于发电机电压和电流反向表明输出电功率；而对于电动机电压和电流同向消耗电功率。 对于直流电机，从电磁关系看，发电机的感应电势高于端电压，电磁转矩的方向与电机旋转的方向相反，所以称为反转矩；而电动机电磁转矩的方向与电机旋转方向相同，而端电压高于感应电势，所以称为反电势。 如果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；如果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。 任何电机既可以作为发