1、電機原理與拖動（一）電機原理與拖動（一）東北大學東北大學邊春元2015.03教材與成績 教材：教材：電機原理與拖動電機原理與拖動主編：邊春元主編：邊春元 滿永奎滿永奎 或或電機原理及拖動電機原理及拖動 主編主編 彭鴻才彭鴻才 電機原理及拖動習題解答與實驗電機原理及拖動習題解答與實驗 主編：李愛平主編：李愛平 邊春元邊春元 學時：學時：48 成績：平時成績（點名、測驗、作業）成績：平時成績（點名、測驗、作業）20分分考試成考試成績績70分分 實驗：實驗：10分分內容介紹變壓器交流電機基礎及三相異步電動機電磁理論基礎知識緒論三相異步電動機的電力拖動緒 論 本課程性質：十分重要的專業基礎課，是后續專

2、業課本課程性質：十分重要的專業基礎課，是后續專業課的基礎。不能很好的掌握電機的工作原理及電力拖動的基礎。不能很好的掌握電機的工作原理及電力拖動的靜態、動態特性，不能組成一個良好性能的自動控的靜態、動態特性，不能組成一個良好性能的自動控制系統制系統。在工農業生產、國防軍事、日常生活中，隨工農業生產、國防軍事、日常生活中，隨處可見的自動化設備、電器，幾乎無一例外與電機有處可見的自動化設備、電器，幾乎無一例外與電機有著密切關系。自動化控制的最終目標幾乎都落到電動著密切關系。自動化控制的最終目標幾乎都落到電動機這個具體設備上。因此可得出結論：機這個具體設備上。因此可得出結論：電機課十分重電機課十分重要

3、要。 電機原理及拖動電機原理及拖動是一門理論性很強的專業基礎課，涉是一門理論性很強的專業基礎課，涉及的基礎理論和實際知識面廣，需要電磁學、動力學、熱及的基礎理論和實際知識面廣，需要電磁學、動力學、熱力學等學科知識的綜合運用。與其它基礎課不同的是電機力學等學科知識的綜合運用。與其它基礎課不同的是電機是一個具體的工業設備，受各種條件的制約，因此本課又是一個具體的工業設備，受各種條件的制約，因此本課又具有專業課的性質，在用理論分析電機及拖動的實際問題具有專業課的性質，在用理論分析電機及拖動的實際問題時，必須結合電機的具體結構，時，必須結合電機的具體結構，采用工程觀點和分析方法采用工程觀點和分析方法。

4、掌握基本理論的同時，還要注意培養實驗操作技能和計掌握基本理論的同時，還要注意培養實驗操作技能和計算方法。算方法。課程任務：本課程的任務是讓大家在了解電機結構和工作課程任務：本課程的任務是讓大家在了解電機結構和工作原理的基礎上，掌握電機的分析計算、電機選擇、運行及原理的基礎上，掌握電機的分析計算、電機選擇、運行及實驗方法，培養在電機及電力拖動方面分析和解決問題的實驗方法，培養在電機及電力拖動方面分析和解決問題的能力，為今后學習和工作打下堅實的基礎。能力，為今后學習和工作打下堅實的基礎。 為了學好本門課程，應該注意以下幾點：1.抓主要矛盾，有條件地略去一些次要因素有條件地略去一些次要因素；2.抓住

5、重點，牢固掌握基本概念、基本原理和主要特性；3.要有良好的學習方法，運用對比或比較的方法，分析電機的共性和特點，加深對原理和性能的理解；4.理論聯系實際，重視科學實驗和工程實踐；5.充分預習和復習。 電機發展簡史1.初期發展時期： 1820年奧斯特發現了電磁力，直流電動機 1831年法拉第發現了電磁感應定律，直流發電機 1871年凡麥爾準發明了交流電動機2.近代發展時期 1920年用于家用電器的單相交流電機誕生，各種主要電機成型設計，開始了電動機的近代發展時期。電機的主要作用 電機是能量轉換裝置，是利用電磁感應原理工作的機械，是實現電能的生產、變換、傳輸、分配、使用和控制的電磁機械裝置。 按照

6、功能對電機進行分類可分為：發電機、電動機、變壓器和控制電機四大類； 按電機結構或旋轉靜止可分為：變壓器和旋轉電機。電機變壓器直流電機直流發電機直流電動機交流電機控制電機同步電機同步發電機同步電動機異步電機異步發電機異步電動機電機分類自動控制系統中的執行元件、檢測元件旋轉電機動力類直線電機電力變壓器特殊變壓器 電機拖動系統是用電動機來拖動機械運行的系統。包括：電動機、傳動機構、生產機械、控制設備和電源五個部分。電動機傳動機構生產負載控制設備電源電機拖動的分類電機拖動的分類電機拖動具有良好的起、制動性能，平滑調速。國內外電力拖動研究的中心。逐漸取代直流拖動交流電機拖動直流電機拖動電能生產傳輸過程電

7、能的生產、傳輸和分配直流輸電系統拖動生產機械如金屬切削、礦山機械、交通運輸機械、起重機械、化工機械、農用機械、電動工具、家用電器等控制系統和智能化裝置的重要元件研究對象 1.電路：電路主要指電樞繞組部分，它的形式和連接方法影響電勢的數量和質量。繞組帶上負載對磁場的影響是研究電機的核心問題； 2.磁路：此外電機中磁路分析的準確性直接影響電路的計算，在磁路不飽和時電路參數為常數，磁路飽和時與磁路有關的電路參數是非線性的； 3.機械特性：在電機能量轉換過程中涉及電磁力矩及相應的轉速問題，二者關系nf(T)為電機的機械特性； 4.損耗：在能量轉換中存在各種損耗，主要有銅損和鐵損。第一章 電磁理論基礎知

8、識 直流和交流電路分析原理 磁路定律 電磁關系 電、磁和力的關系 力學定律 能量轉換和守恒定律 材料的特性1.電路分析和磁路定律 交、直流電路分析UI R 0ii歐姆定律：基爾霍夫定律電磁關系磁路歐姆定律磁路基爾霍夫定律iFH l 0imFR ue從物理學可知：磁場強度 與磁感應強度 及磁導率 的關系為 工程上，常將磁感應強度B表示為單位面積的磁通量，稱為磁通密度，簡稱磁密。磁力線總是閉合的，這一現象稱為磁通連續性。事實上，由于漏磁通的存在，磁路中各截面的磁通量并不相等，而且各段鐵芯的飽和程度不同，其相應的磁導率也不相同。 磁路基本概念HBBH SBH/m 104-70真空的磁導率：0 /r相

9、對磁導率： 磁路歐姆定律： 鐵磁材料的 不為常數。 磁路的基爾霍夫第一定律： 說明磁通是連續的。 磁路的基爾霍夫第二定律：FlSRFmSlRmmR0NIHl（定律公式與前面是一致的）磁路與電路的類比與區別 磁路 電路 磁動勢F 電動勢E 物理量 磁壓降Um 電壓U 磁阻Rm 電阻R 磁導 電導G 基本定律 歐姆定律 F Rm IE R 基爾霍夫第一定律 0 I0 基爾霍夫第二定律 NIRm U03.電磁關系 電磁感應定律 全電流定律： 右手螺旋定則lIdlHdtdNdtdevlBe1nkkH LINI 4. 電、磁和力的關系 導體在磁場中運動產生電勢.eBvBfi載流導體在磁場中受到的電磁力。

10、5.力學定律 直線運動和旋轉運動的動力學定律TF r 力和力矩的關系：旋轉運動： dtdTJ 輸入能量輸出能量損耗6.能量守恒鐵磁物質包括鐵、鎳、鈷等以及它們的合金。將這些材料放入磁場中，磁場會顯著增強。鐵磁材料在外磁場中呈現很強的磁性，此現象稱為鐵磁物質的磁化（圖示1-8）。7.鐵磁材料及其特性 鐵磁材料的磁化磁化曲線和磁滯回線 1.起始磁化曲線將一塊尚未磁化的鐵磁材料進行磁化，當磁場強度H由零逐漸增大時，磁通密度B將隨之增大，曲線B=f(H)就稱為起始磁化曲線（圖示）。分析：起始磁化曲線基本上可分為四段 磁化曲線開始拐彎的b點，稱為膝點或飽和點 2. 磁滯回線Br稱為剩余磁感應強度，簡稱剩

11、磁（密度）；Hc稱為矯頑力，非鐵磁材料剩磁矯頑力鐵磁材料所具有的這種磁通密度B的變化滯后于磁場強度H變化的現象，叫做磁滯。呈現磁滯現象的B-H閉合回線，稱為磁滯回線。 3. 基本磁化曲線對同一鐵磁材料，選擇不同的磁場強度進行反復磁化，可得一系列大小不同的磁滯回線,再將各磁滯回線的頂點聯接起來，所得的曲線。（圖示） 基本磁化曲線與起始磁化曲線的差別很小基本磁化曲線HB三、鐵磁材料 磁滯回線窄，剩磁和矯 頑力都小的材料，稱為軟磁材料，常用的軟磁材料有電工硅鋼片、鑄鐵、 鑄鋼等。軟磁材料磁導率較高。如圖1-13a示。碰滯回線寬，剩磁Br和矯頑力Hc都大的鐵磁材料稱為硬磁材料，如圖1-13b所示。由于

12、剩磁大，可用以制成永久磁鐵，因而硬磁材料亦稱為永磁材料，如鋁鎳鉆、鐵氧體、稀土鈷、釹鐵硼等。1.軟磁材料2.硬磁材料四、鐵芯損耗1.磁滯損耗 鐵磁材料置于交變磁場中，材料被反復交變磁化，磁疇相互不停地摩擦而消耗能量，并以產生熱量的形式表現出來，造成的損耗稱為磁滯損耗。工程上可寫為：GfBCpnmhh 為磁滯損耗系數hC2.渦流損耗 當通過鐵心的磁通隨時間變化時，鐵心中將產生感應電動勢，并引起環流。這 些環流在鐵心內部作旋渦狀流動，稱為渦流，渦流在鐵心中引起的損耗，稱為渦流損耗。（圖示）分析可得：GBfdCpnmee22 為渦流損耗系數eC磁路與電路區別 （1）電路中有電流，就有功率損耗； 而直

13、流磁路中，維持一定的磁通量，鐵心中沒有功率損耗。 （2）在電路中電流全部在導線中流動，導線外沒有電流； 在磁路中，沒有絕對的磁絕緣體，除了鐵心中，總有一部分漏磁通散布在周圍空氣中。 （3）電阻率在一定溫度下是不變的； 磁阻率不是常數，是磁通密度的函數。 （4）對線性電路，計算時可以用疊加定理； 鐵心磁路，飽和時磁路是非線性，不能用疊加定理。交流磁路的特點1. 交流磁路中，激磁電流是交流，因此磁路中的磁動勢及其所激勵的磁通均隨時間而交變，但每一瞬時仍和直流磁路一樣，遵循磁路的基本定律。2.就瞬時值而言，通常情況下，可以使用相同的基本磁化曲線。 3.磁通量和磁通密度均用交流的幅值表示。 1.磁通量隨時間交變，必然會在激磁線圈內產生感應電動勢； 2.磁飽和現象會導致電流、磁通和電動勢波形的畸變。 特點交變磁通的兩個效應電磁轉矩是怎樣產生的？它在機電能量轉換過程中起著什么作用？答：電機中電磁轉矩是由載流導體在磁場中受力而產生的，在機電能量轉換中是機械能和電能轉換的完成者。一鐵環的平均半徑為0.3米，鐵環的橫截面積為一直徑等于0.05米的圓形，在鐵環上繞有線圈，當線圈中電流為5安時，在鐵心中產生的磁通為0.003韋，查表知當B=1.528T