电机中的能量转换与磁路课件.ppt

1、 1N2N2i1i2i1i1N2N同步发电机工作原理同步发电机工作原理同步电机同步电机机械能到电能转换过程机械能到电能转换过程机械端口机械端口转子转子定子绕组定子绕组定子铁心定子铁心电端口电端口ABCnS N定子铁心定子铁心定子绕组定子绕组转子铁心转子绕组 1i2i1W2Wi1输入电能输入电能电能电能磁磁场场电气回路电气回路输出电能输出电能i2电能电能磁磁场场机械承力部件电气回路机械能机械能电能电能电机变压器磁场最重要的一个物理量是磁通。电机变压器磁场最重要的一个物理量是磁通。磁通所通过的路径就是磁路。磁路主要由铁磁材磁通所通过的路径就是磁路。磁路主要由铁磁材料构成，称为铁心磁路。料构成，称为

2、铁心磁路。发电机磁极单独发电机磁极单独存在存在时磁路时磁路发电机磁极与发电机磁极与定子定子铁心构成的磁路铁心构成的磁路有线圈有铁心有线圈有铁心时磁路时磁路有线圈没有铁心有线圈没有铁心时磁路时磁路B磁导率磁导率 表示物质导磁能力的大小。表示物质导磁能力的大小。7041000H2FeFeIHrH0BH002IHrFe 能量转换需要磁场能量转换需要磁场 -磁场由电流产生磁场由电流产生磁场强弱与产生该磁场的电流磁场强弱与产生该磁场的电流是什么关系是什么关系?由全电流定律来描述由全电流定律来描述H-i 之间关系之间关系 安培环路安培环路定律定律：沿空间任意一条闭合回路，磁场沿空间任意一条闭合回路，磁场强

3、度强度 的线积分等于该闭合回路所包围的电流的代数的线积分等于该闭合回路所包围的电流的代数和。和。注：若注：若 与与 符合右手螺符合右手螺旋关系，取正号，否则取旋关系，取正号，否则取负。其中大拇指所指为负。其中大拇指所指为 的方向，四指为的方向，四指为 方向。方向。lH dli123()iii Hliill1i2i3i4iHdl螺管线圈线圈螺管线圈线圈HlNiNi1liFNiHlFFNiHl1l2li若磁回路中存在气隙（分段均若磁回路中存在气隙（分段均匀磁路）。匀磁路）。当气隙长度当气隙长度 远远小于两侧的远远小于两侧的铁心截面的边长时，认为铁心铁心截面的边长时，认为铁心和气隙中为均匀磁场，则和

4、气隙中为均匀磁场，则 Fe FeFNiH lHFe FeH lH1N2N1i2i1 12 2FN iN iHl B A B=HH mFRFeFeBlNiFlA limFelRAmR1FemmARlmmFR思考：从磁路欧姆定律出发，磁路中磁通思考：从磁路欧姆定律出发，磁路中磁通 的大小的大小受哪些因数的影响？受哪些因数的影响？FeFeBlNiFlA mF 0FemFemFelFRRAA其中其中 :铁心部分对应的磁阻铁心部分对应的磁阻 :气隙部分对应的磁阻气隙部分对应的磁阻 mFeRmRmRmFeR:铁心中消耗的磁动势铁心中消耗的磁动势:气隙中消耗的磁动势气隙中消耗的磁动势FelFe02mN im

5、F Li2mLNN22mAXLNNlmf2NXFe0.5.4 0.5.4 电磁感应定律电磁感应定律eddeNdtdt dieLdt turneeeBlvabcdefvlBeeBlvlB0sB dS()fiB lrrrfB liBliiB铁磁材料包括铁、镍、钴以及它们的合金（其它材料铁磁材料包括铁、镍、钴以及它们的合金（其它材料称之为非铁磁材料）。将这些材料放入磁场后，材料称之为非铁磁材料）。将这些材料放入磁场后，材料内的磁场会显著增强。铁磁材料在外磁场中呈现很强内的磁场会显著增强。铁磁材料在外磁场中呈现很强的磁性，此想象称为铁磁材料的磁化。的磁性，此想象称为铁磁材料的磁化。未磁化未磁化 磁化后

6、磁化后i0.6.1.铁磁材料具有增磁作用（有很高导磁能力）铁磁材料具有增磁作用（有很高导磁能力）上图为同步电机转子线圈电上图为同步电机转子线圈电流）产生的磁场很弱（磁力线流）产生的磁场很弱（磁力线稀少）且分布在无限广阔的空稀少）且分布在无限广阔的空间。间。一旦转子插入定子，定转子磁一旦转子插入定子，定转子磁路中的磁场大大增强，且磁通路中的磁场大大增强，且磁通基本被约束在定子外圆以内的基本被约束在定子外圆以内的范围。范围。思考：为什么？思考：为什么？因为铁磁材料的磁导率因为铁磁材料的磁导率 要远远高于非铁磁材料要远远高于非铁磁材料的磁导率的磁导率 （非铁磁材料的磁导率一般都可近似认（非铁磁材料的

7、磁导率一般都可近似认为等于真空的磁导率为等于真空的磁导率 ，）。通常）。通常 。那么，一定的线圈电流在铁心磁路中激发的磁通比那么，一定的线圈电流在铁心磁路中激发的磁通比空气磁路中磁通大得多。空气磁路中磁通大得多。Fe040410/H m00(20006000)Fe0.6.2 0.6.2 铁磁材料具有磁饱和特性铁磁材料具有磁饱和特性BH0()Bf H0BH()Fef Habc铁磁材料的磁化曲线不铁磁材料的磁化曲线不是一条直线，是一条直线，会随铁磁材料内磁密会随铁磁材料内磁密 的变化而变化，当磁密的变化而变化，当磁密达到点后，铁磁材料内达到点后，铁磁材料内磁密磁密 呈现饱和想象，呈现饱和想象，也就

8、是说，此时磁场强也就是说，此时磁场强 度继续增加，铁磁材度继续增加，铁磁材料的磁导率料的磁导率 会迅速变会迅速变小，磁密小，磁密 增加会越来增加会越来越慢。越慢。/FeB HFeBBHBBH0B1.5BH?H倍()()ii(?)i倍0200040006000800000.20.40.60.811.21.41.61.80.6.3 0.6.3 铁磁材料具有磁滞特性铁磁材料具有磁滞特性BH0mBmHmBmHcHBiBH0BcHBH0mBmHmBmHcHBfVhhmPK f BG思考：如何尽量减小涡流损耗？思考：如何尽量减小涡流损耗？215050FemfPPBG1.21.62134i01-1-铁磁材料的磁化曲线铁磁材料的磁化曲线2-2-空气的磁化曲线空气的磁化曲线3 3、4-4-带气隙的铁心磁路的带气隙的铁心磁路的磁化曲线磁化曲线(3 3 4 4)12i1iBANiHliBH电电 路路磁磁 路路电流 I A磁通：Wb电流密度 J A/m2磁通密度 B T=Wb/m2电动势 E V磁动势 F A电阻 磁阻 1/H电导 S 磁导 H基尔霍夫第一定律 磁路节点定律 基尔霍夫第二定律全电流定律电路欧姆定律磁路欧姆定律lRS1GR0i 0u.EI RmlRS1mmR0.H lN i.mFR