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电机的基础理论与制造工艺培训
O
H
减少磁滞损耗的措施: 选用磁滞回线狭小的磁性材料制作铁心。变压器和电机中使用 的硅钢等材料的磁滞损耗较低。
选择适当的磁感应强度值以减小铁心饱和程度。
4.2. 涡流损耗(pwh)
涡流:交变磁通在铁心内产生感应电动
势和电流,称为涡流。涡流在垂直于磁
通的平面内环流。
涡流损耗: 由涡流所产生的功率损耗。
Br•
铁心中的磁感应强度。
例如: 永久磁铁的磁性就是由剩磁产 生的;自励直流发电机的磁极,为
了使电压能建立,也必须具有剩磁。
• O •Hc H •
磁滞回线
几种常见磁性物质的磁化曲线
B/T 1 2 3 4 5 6 7 8 9
1.8
1.6
1.4 1.2 c
b 1.0
0.8
0.6
0.4
0.2
a
O 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 a 铸铁 b 铸钢 c 硅钢片
1.3 磁场强度
磁场强度H :表示磁场内某点磁场强弱和方向的物理量。 磁场强度H的单位 :安培/米(A/m)
1.4 磁导率
磁导率 :表示磁场媒质磁性的物理量,衡量物质的导磁能力。
它与磁场强度的乘积就等于磁感应强度,即:
B μH
磁导率 的单位:亨/米(H/m)
二、磁路及其基本定律
磁路:磁通所通过的路径。
电磁转矩为: Te CT I a
Ct : 转矩常数;ф:每极总磁通量:Ia:电枢电流
为了减少电枢感应电动势和电磁转矩的脉动,实际电枢绕组由许多线圈串联而成
1.1 转子(又称电枢) 由铁芯、绕组(线圈)、换向器组成。
1.2 定子 定子的分类: 永磁式:由永久磁铁做成。 励磁式:磁极上绕线圈,然后在线圈中 通过直流电,形成电磁铁。
B BJ曲线和B0直线的纵坐标相 加即磁场的 B-H 磁化曲线。
B
b •
B
a •
BJ
B0
O
磁化曲线 H
3.2.3、磁滞性
磁性材料在交变磁场中反复磁化,其B-H关系曲线是一 条回形闭合曲线,称为磁滞回线。
磁性材料中磁感应强度B的变化总是滞后于外磁场变化的性质。
B
剩磁感应强度Br (剩磁) : 当线圈中电流减小到零(H=0)时,
主磁通
+i
Φ
u
Φ
磁路
-
漏磁通
2.1 全电流安培环路定律
沿任何一条闭合回线L,磁场强度H的线积分等于该闭合回 线所包围的电流的代数和
L Hdl i
如果在均匀磁场中,沿着回线 L 磁场强度H处处相等,则
HL i F F称为磁动势
2.2 磁路的欧姆定律
作用在磁路上的磁动势 F 等于磁路内的磁通量Φ乘以磁阻 Rm
• 1834~1870年间,凸极式的T形绕组被分布绕组替代,且 发电机和电动机合二为一;
• 1880年,爱迪生提出采用叠片铁心; • 1882年,台勃莱兹把米斯巴哈水电站发出的2KW的直流
电,用一根长57KM的输电线送到了慕尼黑;
二、交流电机的形成和发展时期
• 1885年,弗拉利斯制作了一台两相感应电机; • 1889年,多利伏-多勃罗夫斯基设计制作出三相感应电机; • 19世纪80年代的末期出现高速的原动机; • 电机理论方面, • 1893年左右,开始利用复数和相量来分析交流电路; • 1894年,海兰提出“多相感应电机性能图解确定法”,同
定义:无论何种原因使的与闭合线圈交链的磁链ψ随着时间t
变化时,线圈中将会 产生感应电动势e
e d N d
dt
dt
切割(运动)电动势
当磁场和线圈导体之间有相对运动时,使得穿过线圈的磁通随
着时间的变化而变化。
此时的e叫做运动电动势 方向由右手定则判定。
e=Blv
2.5 电磁力定律
载流导体在磁场中要受到力的作用,方向用左手定则判定。 f=Bil
组)和辅绕组(也称起动绕组
成副绕组)。 主绕组接交流电源,辅绕组串
W
接离心开关S或起动电容、运行
A
电容等之后,再接入电源。
转子为笼型铸铝转子,它是
将铁心叠压后用铝铸入铁心的
绕组
槽中,并一起铸出端环,使转
子导条短路成鼠笼型。
ST
定子
A'
X
X'
转子
2.1.2单相电机工作原理
由于单相绕组产生的是脉振磁场,当定子绕组产生的合 成磁场增加时,根据右手螺旋定则和左手定则,可知转子 导条左、右受力大小相等方向相反,所以没有起动转矩。
• 1920~1940年间,寄生转矩,噪声,震动被提出研究;
• 1954年,柯伐煦提出空间向量法,1965年,计算机开始 被引入电机工程领域;
• 20世纪70年代,“矢量变换控制”理论提出,同时涌现一 大批可控制电机;
• 80年代以后,永磁无刷电机和开关磁阻电机等新型电机得 到了较快发展;
• 90年代以后,一种场路结合的有限元-状态空间耦合时步 法得到应用;
电机工作原理
自 然 界 的 运 动 都 是 趋 向 相 对 稳 定 的。
一、直流电动机 电刷
注意:换向片和电源固
+
N I
定联接,线圈无论怎样
U
转动,总是上半边的电 流向里,下半边的电流
I
向外。电刷压在换向片 上。
–
S
换向片
工作原理:上下两片电刷静止不动,电压加在电刷上,电流总是从正极性 的上电刷流入,经过换向片,到达处于N极下的导体;再经S极下的导体, 由负极性的下电刷流出;故当导体轮流交替处于N极和S极下时,导体中的 电流将随其所处磁极的改变而同时改变其方向,从而使电磁转矩保持不变。
F Rm
2.3、磁路的基尔霍夫定律 2.3.1 磁路的基尔霍夫第一定律
1 2 3 0
或
0
Φ1 闭合面 Φ2
i1
i2
Φ3
2.3.2 磁路的基尔霍夫第二定律
3
Wi Hklk H1l1 H2l2 H 1Rm1 2Rm2 Rm k 1
2.4、电磁感应定律
简单的说电磁感应定律就是变化的电场附近会产生变化的磁 场,而变化的磁场附近会产生变化的电场。
10 103 H/(A/m)
c b
a H/(A/m) 1.0103
按磁性物质的磁性能,磁性材料分为三种类型:
铁磁材料
软磁材料
代表 性能 铸铁指、标铸钢、 名硅钢称片
特点
磁滞回线 窄,剩磁 Br和矫顽 力Hc都小
硬硬磁磁材料材料
代表
特点
矩磁材料
代表
特点
铝镍钴剩、磁铁B氧r,矫顽磁力滞H回c和线最宽大,磁剩能积【BH】max
在旋转电机中,作用在转子载流导体上的电磁力将使转受 到一个力矩(等于力乘以转子半径),这个力矩称之为电 磁转矩。
2.6 电路定律
(1)欧姆定律:u=iR (2)基尔霍夫第一定律(电流定律) ∑i=0 (3)基尔霍夫第二定律(电压定律)
在电路中,对任一回路,沿回路环绕一周,回路内所有元件的电压代数和等于零, 即 ∑u=0。
铁氧体
Hc很高,抗去磁能力强,价格便宜,比重较 小,不需要进行工作稳定性处理
Br不大,温度对磁性能影响较大,不适用温度 变化大而要求温度稳定性高的场合
稀土钴
综合磁性能好,很强的抗去磁能力,磁性的 温度稳定性较好,其允许工作温度可高达
200~250度
除电加工外,不能进行其他机械加工,另外材 料的价格较贵,制造成本亦高
显示出磁性。
3.2.2 磁饱和性
磁性物质由于磁化所产生的磁化磁场不会随着外磁场的增强
而无限的增强。
当外磁场增大到一定程度时,磁性物质磁畴的磁场方向全部 都转向与外部磁场方向一致,磁化磁场的磁感应强度将趋向 某一定值,如图。
BJ 磁场内磁性物质的磁化磁场 的磁感应强度曲线;
B0 磁场内不存在磁性物质时的 磁感应强度直线;
体、稀土钴、 磁Br和矫顽力 镁锰铁氧体
优点铝铁硼
Hc都大
缺点
具有较大的矫顽磁力 和较大的剩磁,磁滞 回线接近矩形,稳定
性良好。
常用的几种硬磁材料 铸造型铝 镍钴
磁性能较高,稳定性较好,价格较便宜
材料硬而脆,除磨削和电加工外,无法进行其 他机械加工
粉末型铝 镍钴
尺寸较精确,表面很光,可大批量生产
磁性能较前者低,且价格较贵;
三、制造电机所用的材料
3.1 概述
制造材料主要包括: 铁磁材料、导电材料、绝缘材料、结构材料、 散热材料、冷却材料、润滑材料等。
导电材料:铜、铝。 铁磁材料:各种成分的铸钢(电工钢片)。 绝缘材料:各种绝缘纸、油性玻璃漆布、
有机硅玻璃粘带、酚醛玻璃纤维压塑料······
绝缘等级
YAEBFH C
容许工作温度/℃ 90 105 120 130 155 180 >180
电机基本原理和材料
一、 磁场的基本物理量
1.1 磁感应强度 磁感应强度B
表示磁场内某点磁场强弱和方向的物理量。
磁感应强度B的方向
与电流的方向之间符合右手螺旋定则。
磁感应强度B的大小
B
F Il
磁感应强度B的单位: 特斯拉(T),1T = 1Wb/m2
1.2 磁通
磁通 :穿过垂直于B方向的面积S中的磁力线总数。 在均匀磁场中 = B S 或 B= /S 磁通 的单位:韦[伯](Wb) 1Wb =1T·m2
3.2 铁磁材料及其特性
3.2.1 高导磁性
磁性材料的磁导率通常都很高,即 r 1 (如坡莫合金, 其 r 可达 2105 ) 。
磁性材料能被强烈的磁化,具有很高的导磁性能。
磁性物质具有高导磁性是由于内部有很多被强烈磁化的 小磁铁。这些小磁铁叫做“磁畴”。