电机的基础理论与制造工艺培训.ppt

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电机的基础知识与电机的基础知识与制造工艺培训制造工艺培训电动机作为原动机，已广泛应用于各行各业，大至冶金企业使用的上千万瓦的电动机，小至小功率电动机乃至几瓦的微电动机。

在各类原动机中，电动机的容量已经超过了总容量的60%。

第一部分电机的基础理论电机的基础理论电机的定义和作用电机的定义和作用电机定义电机定义：

电机是一种机电能量转换或信号转换的电磁机械装置；电机的作用电机的作用：

就能量转换功能来看，电机可为就能量转换功能来看，电机可为发电机发电机和和电动机电动机两类。

两类。

发电机发电机（G）电动机电动机（M）电机的发展电机的发展迄今为止，电机的发展大体上分为三个时期：

一、直流电机的产生和形成时期；在1821年和1831年，法拉第发现了载流导体在磁场受力现象和电磁感应定律；在1833年，皮克西利用永久磁铁和线圈之间的相对运动和一个换向装置，制成了一台旋转磁极式直流发电机；18341870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”，同年，弗拉利斯建立双旋转磁场理论；交轴磁场理论和双反应理论先后被提出；19世纪末期，各种交、直流电机的基本类型以及理论，设计方法，大体上建立起来了。

三、电机理论、设计和制造工艺逐步达到完善化时期；电机的理论分析方法得到了进一步的延伸和巩固。

对称分量法，双反应通用分析方法，相继建立，克朗的张量方法，统一了整个电机理论；19201940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；电机基本原理和材料电机基本原理和材料一、一、磁场的基本物理量磁场的基本物理量1.1磁感应强度磁感应强度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。

表示磁场内某点磁场强弱和方向的物理量。

磁感应强度磁感应强度B的大小的大小磁感应强度磁感应强度B的方向的方向与电流的方向之间符合右手螺旋定则。

与电流的方向之间符合右手螺旋定则。

磁感应强度磁感应强度B的单位的单位:

特斯拉特斯拉（T），1T=1Wb/m21.2磁通磁通磁通磁通：

穿过垂直于穿过垂直于B方向的面积方向的面积S中的磁力线总数。

中的磁力线总数。

在均匀磁场中在均匀磁场中=BS或或B=/S1.3磁场强度磁场强度磁场强度磁场强度H：

表示磁场内某点磁场强弱和方向的物理量。

表示磁场内某点磁场强弱和方向的物理量。

磁场强度磁场强度H的单位的单位：

安培安培/米（米（A/m）磁通磁通的单位的单位:

韦韦伯伯（Wb）1Wb=1Tm21.4磁导率磁导率磁导率磁导率：

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：

它与磁场强度的乘积就等于磁感应强度，即：

磁导率磁导率的单位：

的单位：

亨亨/米（米（H/m）磁路：

磁通所通过的路径。

磁路：

磁通所通过的路径。

二、磁路及其基本定律二、磁路及其基本定律u主磁通主磁通漏磁通漏磁通磁路磁路i2.1全电流安培环路定律全电流安培环路定律沿任何一条闭合回线沿任何一条闭合回线L，磁场强度，磁场强度H的线积分等于该闭合回的线积分等于该闭合回线所包围的电流的代数和线所包围的电流的代数和如果在均匀磁场中，沿着回线如果在均匀磁场中，沿着回线L磁场强度磁场强度H处处相等，则处处相等，则2.2磁路的欧姆定律磁路的欧姆定律作用在磁路上的磁动势作用在磁路上的磁动势F等于磁路内的磁通量等于磁路内的磁通量乘以磁阻乘以磁阻RmF称为磁动势称为磁动势2.3、磁路的基尔霍夫定律、磁路的基尔霍夫定律2.3.1磁路的基尔霍夫第一定律磁路的基尔霍夫第一定律或或闭合面闭合面i1i21232.3.2磁路的基尔霍夫第二定律磁路的基尔霍夫第二定律2.4、电磁感应定律、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。

场，而变化的磁场附近会产生变化的电场。

定义：

无论何种原因使的与闭合线圈交链的磁链定义：

无论何种原因使的与闭合线圈交链的磁链随着时间随着时间t变化时，线圈中将会变化时，线圈中将会产生感应电动势产生感应电动势e切割（运动）电动势切割（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。

着时间的变化而变化。

此时的此时的e叫做运动电动势叫做运动电动势e=Blv方向由右手定则判定。

方向由右手定则判定。

2.5电磁力定律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。

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在旋转电机中，作用在转子载流导体上的电磁力将使转受在旋转电机中，作用在转子载流导体上的电磁力将使转受到一个力矩到一个力矩（等于力乘以转子半径），这个力矩（等于力乘以转子半径），这个力矩称之为电称之为电磁转矩。

磁转矩。

2.6电路定律电路定律

（1）欧姆定律：

欧姆定律：

u=iR

（2）基尔霍夫第一定律（电流定律）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）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，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，即即u=0。

三、制造电机所用的材料三、制造电机所用的材料3.1概述概述制造材料主要包括：

制造材料主要包括：

铁磁材料、导电材料、绝缘材料、结构材料、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。

散热材料、冷却材料、润滑材料等。

导电材料：

导电材料：

铜、铝铜、铝。

铁磁材料：

各种成分的铁磁材料：

各种成分的铸钢铸钢（电工钢片）。

（电工钢片）。

绝缘材料：

各种绝缘材料：

各种绝缘纸、油性玻璃漆布绝缘纸、油性玻璃漆布、有机硅玻璃粘带有机硅玻璃粘带、酚醛玻璃纤维压塑料酚醛玻璃纤维压塑料绝缘等级绝缘等级绝缘等级绝缘等级YAEBFHCYAEBFHC容许工作温度容许工作温度/901051201301551801803.2铁磁材料及其特性铁磁材料及其特性3.2.1高导磁性高导磁性磁性材料的磁导率通常都很高，即磁性材料的磁导率通常都很高，即r1（如坡莫合金，如坡莫合金，其其r可达可达2105）。

磁性材料磁性材料能被强烈的磁化，能被强烈的磁化，具有很高的导磁性能。

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。

小磁铁。

这些小磁铁叫做这些小磁铁叫做“磁畴磁畴”。

磁磁畴（磁化前）畴（磁化前）磁磁畴（磁化后）畴（磁化后）在外磁场的作用下，磁畴顺着外磁场方向转向，排列整齐，在外磁场的作用下，磁畴顺着外磁场方向转向，排列整齐，显示出磁性。

显示出磁性。

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。

而无限的增强。

3.2.2磁饱和性磁饱和性BJ磁场内磁性物质的磁化磁场磁场内磁性物质的磁化磁场的磁感应强度曲线；的磁感应强度曲线；B0磁场内不存在磁性物质时的磁场内不存在磁性物质时的磁感应强度直线；磁感应强度直线；BBJ曲线和曲线和B0直线的纵坐标相直线的纵坐标相加即磁场的加即磁场的B-H磁化曲线。

磁化曲线。

OHBB0BJBab磁化曲线磁化曲线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。

某一定值，如图。

3.2.3、磁滞性磁滞性磁性材料在交变磁场中反复磁化，其磁性材料在交变磁场中反复磁化，其B-H关系曲线是一条关系曲线是一条回形闭合曲线，称为回形闭合曲线，称为磁滞回线磁滞回线。

磁性材料中磁性材料中磁感应强度磁感应强度B的变化总是滞后于外磁场变化的性质。

的变化总是滞后于外磁场变化的性质。

磁滞回线磁滞回线OHBBrHc剩磁感应强度剩磁感应强度Br（剩磁剩磁）：

当线圈中电流减小到零当线圈中电流减小到零（H=0）时，时，铁心中的磁感应强度。

铁心中的磁感应强度。

例如例如:

永久磁铁的磁性就是由剩磁产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。

使电压能建立，也必须具有剩磁。

几种常见磁性物质的磁化曲线几种常见磁性物质的磁化曲线a铸铁铸铁b铸钢铸钢c硅钢硅钢片片O0.10.20.30.40.50.60.70.80.91.0103H/（A/m）H/（A/m）12345678910103B/T1.81.61.41.21.00.80.60.40.2ababcc按磁性物质的磁性能，磁性材料分为三种类型：

按磁性物质的磁性能，磁性材料分为三种类型：

铁磁材料铁磁材料软磁材料软磁材料硬磁材料硬磁材料矩磁材料矩磁材料代表代表特点特点代表代表特点特点代表代表特点特点铸铁、铸钢、硅钢片磁滞回线窄，剩磁Br和矫顽力Hc都小铝镍钴、铁氧体、稀土钴、铝铁硼磁滞回线宽，剩磁Br和矫顽力Hc都大镁锰铁氧体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常用的几种硬磁材料硬磁材料硬磁材料性能性能指标指标剩磁Br，矫顽力Hc和最大磁能积【BH】max名称名称优点优点缺点缺点铸造型铝铸造型铝镍钴镍钴磁性能较高，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粉末型铝镍钴镍钴尺寸较精确，表面很光，可大批量生产磁性能较前者低，且价格较贵；铁氧体铁氧体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200250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，制造成本亦高钕铁硼其性能优于稀土钴，且价格较便宜允许工作温度较低，约为120，含有较多的铁和钕，故容易锈蚀。

4.1磁滞损耗（磁滞损耗（pch）由磁滞性所产生的能量损耗称为由磁滞性所产生的能量损耗称为磁滞损耗磁滞损耗（Pch）。

磁滞损耗的大小：

磁滞损耗的大小：

单位体积内的磁滞损耗正比与磁滞回线的单位体积内的磁滞损耗正比与磁滞回线的面积和磁场交变的频率面积和磁场交变的频率f。

OHB磁滞损耗转化为热能，引起铁心发热。

磁滞损耗转化为热能，引起铁心发热。

减少磁滞损耗的措施：

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。

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选择适当的磁感应强度值以减小铁心饱和程度。

四、铁心损耗四、铁心损耗pFe4.2.涡流损耗（涡流损耗（pwh）涡流损耗涡流损耗:

由涡流所产生的功率损耗。

由涡流所产生的功率