林鹤云教授之电机学课件Word下载.docx

1、第二节电机发展简史及发展趋势 电机发展简史 两个时期 初期发展时期 近代发展时期 前期的四个阶段： 1 电磁感应定律的发现： 1821年法拉第发现了电动机作用原理，制成原始型式的电动机 1831年法拉第提出了电磁感应定律 2 直流电动机的发展： 励磁：1845年 电磁铁代替永久磁铁1867年 自励发电机 电枢：1870年 环形电枢1873年 鼓形电枢 电源： 直流电动机由电池供电改为直流发电机供电1882年 第一条直流输电线路 3 单相交流电的应用： 1876年 交流电被应用于照明装置 1884年 闭合磁路的变压器的制成 4 三相交流电的应用： 1885年 二相交流异步电机的模型 188918

2、97年 三相电动机和三相变压器 电机的发展趋势 单相容量不断提高 电机重量、材料、损耗、造价与容量不成正比 1900年 5MVA 1920年 25MVA/3000rpm6MVA/1000rpm 1937年 100MVA/空冷150MVA/3000rpm/氢冷 1956年 208MVA/定水转氢 1960年 1000MVA 设计、工艺、绝缘、结构材料 超导技术 电机技术和经济指标不断改进 计算机辅助设计（CAD），优化技术 新工艺和新的测试方法 应用范围不断扩大 特定用途电机 潜水，防爆，船舶，纺织，矿用，林业等 特殊用途电机 高速电机，计时电机，陀螺电机等 新型结构电机 印制绕组电机，无刷电机

3、，各类永磁电机等 60年代以来，电力电子的发展，电机与控制系统相结合 电力电子的发展为电机运行，电力拖动开辟新途径绪论 第三节第三节 电机的主要作用能量转换装置 有输入输出，效率= /P2 P1 铁磁 如铁、镍合金等 相对导磁率r 导磁率与真空导磁率之比3 5铁磁材料r =10 10r 磁通趋向于从高导磁率材料中通过 安培环路定律 （磁路基尔霍夫第二定律） H dl = IN 数学公式:l 磁压u = H dlIN 磁动势（磁势： 沿着磁场中任一闭合回路，INU3其总磁压等于总磁势U = INi4 磁路，磁路参数 磁阻 磁导 （ 1 = H ） : l /（ （H ） : 1 / = S ）

4、磁路的欧姆定律： U /= 磁路与 电路有本质上的不同： 电流是带电粒子的真实运动；而磁通只是一种描述方法；直流电流通过电阻时会有能量损失，而恒定磁通通过磁阻不会产生任何损耗。 磁路的基尔霍夫第一定律 依据：磁通连续性原理 流入任一磁路节点磁通代数和为零 1 + 2 + 3 = 01 23 电路与磁路的类比电路 磁路 磁势F（A）电势E（V） 磁通（Wb）电流I（A）电阻R=l/S 磁阻=l/（ S）电导G=1/R磁导 =1/ 电路U=IR磁路F= 节点I=0节点 =0回路U= IR 回路u= IN场强 Edl=U 场强 Hdl=IN密度j=I/S密度B=/S电导率=j/E磁导率 =B/H 磁

5、性材料的BH曲线 BH曲线（磁化曲线）是材料的基本特性 线性区：BH曲线为一直线 饱和区：随着H的增大，B的变化很小B（T）饱和区线性区H（A/ m）起始区 磁滞回线：B 剩余磁密：H H 矫顽磁力 ： 根据 大小不同可分为软c磁和硬磁材料BmBr-HHcO Hm-B 铁芯损耗B（交变） 铁芯损耗： 磁滞损耗 涡流损耗 涡流导体 磁场储能 HdB = 体积能量密度m mW W = V V HdB 总能量m m m 对线性介质:m =BH 2 2W = /（ m B 2 ） B /（2） 电感 定义：单位电流所产生的磁链 自感：L = /I = N / I = NF / I = NIN / I

6、= 分类：自感和互感NIx = Nxx + N 12 I 211N N22互感M =21= N N2 21 2 12 1 1= = I1 112 121 12 1 21 2 2漏感L 111 L = 222 12 电磁感应定律 当线圈中的磁链发生变化时，线圈中有感应电动势产生e = d / dt e = N d/dt 公式： 或 线圈中的感应电动势倾向于阻止线圈中磁链的变化 感应电势的方向： 右手定则e根据磁链变化的方式的不同 变压器电势：磁通本身随时间变化 运动电势: 线圈与磁场有相对运动引起线圈中磁链的变化B BRV 电磁力、电磁转矩Fe =Bli 电磁力： 电磁力的方向：左手定则T =

7、Blir 电磁转矩：FvFveiBlviR F Bli Fe 电机的可逆性原理 在电机轴上外施机械功率，通过电机导体在电磁场中作用可输出电功率发电机原理 B f外 在电机电路输入电功率，载流导体在磁场作用下使电机旋转而输出机械功率电动机原理 i阻FeE 不论导体用作发电机或电动机，感应电势和电磁力都同时作用 感应电势外部端电压，外界输入机械功率，作发电机运行 外部端电压感应电势，外电源输入电功率，作电动机运行 任何电机既可作为发电机运行，也可作为电动机运行 发电机和电动机只是同一电机的不同运行方式绪论 第五节第五节 电机的制造材料 材料的功用：导电，导磁 ，绝缘，散热和机械支撑 导电材料：铜和

8、铝 20oc时铜的电阻率为17.2410-9 .m 20oc时铝的电阻率为28.2 集电环的材料：黄铜，青铜和钢 导磁材料： 钢铁 电工钢片：含硅，电阻大，导磁率高，可减小铁芯中的涡流损耗 标准厚度0.35, 0.5, 1mm，高频时0.2, 0.15,0.1mm 绝缘材料的等级： O（90），A（105），B（120），E（130），F（155），H（180），C（180） 变压器油： 作用：绝缘和散热 支撑材料： 机座，端盖， 轴，轴承，螺杆绪论 第六节第六节 电机学科的回顾和展望 回顾历史1833年，诞生了第一台电机电机以优异的能量转换机制，向大自然攫取能量供人类使用 三足鼎立 直流电机

9、，异步电机，同步电机相继问世 , 各有优势 运行机理： 直流电机频率受转速绝对控制 异步电机频率受转速相对的控制 同步电机频率不受转速控制 它们由于不同的频率约束条件导致了三大电机的性能迥然不同 四大冲击 本世纪50年代，电机受到计算机，数值分析，电力电子技术和永磁材料四大冲击 软冲击：计算机和数学方法的发展提高了精度，减轻了脑力劳动 硬冲击：元器件和材料的发展，促进电机的变革，改善电机性能 认识深化 50年代，D.C.White和H.H.Woodson机电能量转换理论将电机理解为机电能量或信号转换的装置 60年代，现代控制理论以系统的观点理解电机为一种时变的分布参数、多输出多输入的非线性系统 剖析现状 电机的外延拓宽了 电机数学模型的精度提高 电机性能发生了优化和异化，电机与控制融为一体 电机的内涵丰富了 非线性：导磁材料的非线性+参量的非线性 +电力电子元件非线性 非正弦：电力电子元件导致非正弦谐波励磁 展望未来 迫人的形势 电机相关学科日新月异，如计算机的 发展，新的电力电子器件的涌现，第四代高磁性能的永磁材料指日可待 绚丽的前程 用微观或准微观的方法，从精算磁场入手，不受线性，正弦，稳态的制约，不用传统理论的简化方法，不问电机的类型 高温超导将带来电机的变革学习方法掌握基本原理弄清基本概念学会分析问题不断思考总结绪论 习题习题：1-4, 1-5, 1-6, 1-7