华中科技大学电机学第一章导论.ppt

* 电机能量平衡关系 ?机械能Wmec= 磁场储能增量?Wm+热能损耗PT?电能We “?”分别表示发电机和电动机，发电机取“+”，电动机取“ - ”； 热能损耗包括：电阻损耗pCu，铁芯损耗pFe，机械摩擦损耗pmec； ?（Wmec- pmec ）= （?Wm+pFe）?（We+pCu） * 耦合磁场的作用 电机进行机电能量转换的关键是耦合磁场对电气系统和机械系统的作用与反作用； 耦合磁场对电气系统的作用或反作用是通过感应电动势表现出来的； 耦合磁场对机械系统的作用或反作用是通过电磁力或电磁转矩表现出来的； 耦合场即为电机中的气隙场。 第1章 导论 电机的发热和冷却 电机的发热和冷却过程 电机的绝缘材料和允许温升 电机的冷却介质和冷却方式 * 一、电机的发热与冷却过程 均质等温体的发热曲线 均质等温体的冷却曲线 实际电机的发热和冷却过程较均质等温体复杂很多，但图中所示基本规律适用于电机的发热和冷却过程的研究。 1.7 电机的发热与冷却 * 二、电机的绝缘材料和允许温升 工作温度对绝缘材料的寿命有较大影响，若高于极限温度连续运行，寿命会迅速下降。 现代电机中应用最多的是E级和B级绝缘，在重要场合，特别是有缩小尺寸和减轻重量需要时，也常采用F级和H级绝缘。 工程中反映电机发热和散热的指标是温升，而不是温度。 绝缘等级 A E B F H C 温度限制/?C 105 120 130 155 180 180 * 三、电机的冷却介质和冷却方式 冷却介质 气体—电机中采用的气体冷却介质有空气和氢气等。 液体—主要采用水、油等冷却介质。 冷却方式 直接冷却—冷却结构复杂，价格昂贵。 间接冷却—主要介质是空气。 自然冷却 自扇冷却 他扇冷却 第1章 导论 电机的分析与研究方法 分析步骤 研究方法 * 一、分析步骤 电机内部物理情况的分析—建立物理模型。 列出电机的运动方程—将物理模型转化为数学模型。 求电机的运行特性和性能—确定主要技术数据。 1.8 电机的分析与研究方法 * 二、研究方法 不计磁路饱和时，用叠加原理分析各磁场及其对应的感应电动势；计及饱和时，常把主磁通和漏磁通分开处理。 常采用参数和频率折算方法解决交流电机中由于定、转子绕组匝数不等、相数不等和频率不等的问题。 电机的稳态分析可采用等效电路求解，交流电机还可采用相量图分析。 交流电机的不对称运行可采用双旋转磁场理论和对称分量法。 凸极电机常用双反应理论。 电机的动态分析采用状态方程及坐标变换的方法。 * 1. 变压器电动势 用有效值表示，则可得 * 2. 运动电动势 假设：线圈匝数 N，两边平行，有效长度为 l，宽度为b，以速率 v 沿 ? 方向运动；磁场 B(?) 不随时间变化，方向垂直进入屏幕。 任意时刻穿过线圈的磁通为： 运动电动势为： 式中磁场、线圈运动方向和感应电动势之间的关系由右手定则（发电机定则）确定。 * * 三、电磁力定律 磁场对电流的作用是磁场的基本特征之一。通电导体置于磁场中（电流方向与导体方向不平行）会受到力的作用，此力称为电磁力。 对于长直载流导体，若磁场与之垂直，则电磁力为 F=B l i 这就是通常所说的电磁力定律，也叫毕奥--萨伐电磁力定律。 式中电磁力F、磁场B和载流导体 l 的关系由左手定则（电动机定则）确定。普通电机中，l 通常沿轴线方向，而B沿径向方向。 * 三、电磁力定律 电磁力作用于转子的切向方向，即产生转矩，称为电磁转矩。单根导体产生的电磁转矩为： Ts=Fr = B l i r 对于N匝线圈所产生的电磁转矩为： Tc= N l i r (B1-B2) 电机最大可能的电磁转矩为 Tem= M N B l i D * 三、电磁力定律 在电动机中，电磁转矩是驱动电机旋转的原动力，电磁转矩表现为驱动性质，电能转换为机械能。 在发电机中，原动机克服发电机电磁转矩，电磁转矩表现为制动性质，机械能转换为电能。 第1章 导论 铁磁材料特性 铁磁材料的磁导率 磁滞与磁滞损耗 涡流与涡流损耗 交流铁芯损耗 * 1.4 铁磁材料特性 一、铁磁材料的磁导率 磁导率的定义 ? = B/H B为磁感应强度（磁通密度），H为磁场强度矢量 铁磁性材料包括铁、钴、镍及它们的合金。 非导磁材料的磁导率均为常数，接近真空磁导率 ? ≈ ? 0 = 4π×10-7? H/m? * 铁磁材料的磁导率? Fe ? Feμ0 ? Fe为非常数，随B的变化而变化 存在磁饱和现象：当铁磁材料中的B达到一定的程度后，随着H 的增加，B的增加逐渐变慢，因此? Fe随着H的增加而减小。 * 磁化曲线 在外磁场H作用下，磁感应