电机的基本原理

电机的基本原理
B
(3) 磁动势和安培环路定律
磁场强度沿一路径 L 的线积分定

L
义为该路径上的磁压降，也称为磁 A
压，用符号U表示，单位为A，即

U Hdl
dl H
在电机中，H与Ll同方向
磁场强度沿任一闭合路径的线积分
等于该路径所包围的电流的代数和，
即称为安培环路定律
k

l Hdl Ii i 1
包括变压器(输入和输出的电压不同)、变频机(输入和输出的 频率不同)、变流机(输入和输入的波形不同，将直流变为交 流)和移相器(输入和输出的相位不同)。 控制电机——不以功率转换为主要职能，在电气、机械系统 中起调节、放大和控制作用。 • 根据运动方式分 旋转电机——产生旋转运动 静止电机——不产生运动 直线电机——产生直线运动
旋转的转子பைடு நூலகம்
电机的基本原理
旋转磁场
旋转电机
平移的动子 平移的磁场
平面形直线电机
轴向平移的磁场
圆筒形直线电机
轴向平移的动子
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• 根据供电电源分 直流电机——使用或产生直流电 交流电机——使用或产生交流电 在交流电机中，根据供电电源相数的不同，又可将电机分为 单相电机和三相电机。
• 根据同步速度(磁场转速)分 直流电机——没有固定的同步速度的电机 变压器——静止设备 同步电机——转速等于同步速度的电机 感应电机——作为电动机运行时，速度总低于同步速；作为发 电机运行时，速度大于同步速 交流换向器电机——速度可以从同步速度以下调至同步速度以 上。
的。 最常见的电机是旋转电机， 它产生旋转运动， • 有一静止部分（称为定子） • 一旋转部分（称为转子） • 二者之间有一空气隙。
电机的基本原理
电机的基本原理
电机的种类多种多样，一般有以下几种分类方式： • 按照能量转换方式分
电动机——将电能转换为机械能 发电机——将机械能转换为电能 电能转换装置——将一种形式的电能转换为另一种形式的电能，
dl
显然，如果H与l同方向，则相量相乘变为代数相乘 H
电机的基本原理
磁场强度方向与路径方 向同方向
电机的基本原理
电流的正方向与积分路径的方向之间 符合右手螺旋关系。
k
l Hdl Ii i 1
i2 i1 i3
如果H与L方向相同，且在L上H处处相同
HL
由于磁场为电流所激发，上式中闭合路径所包围的电流数称为
N
电机的基本原理
当线圈中的磁链发生变化时，线圈中将产生电动势，称为 感应电动势。
感应电动势的大小与磁链的变化率成正比 感应电动势的方向倾向于产生一电流，若该电流能流通， 所产生的磁场将阻止线圈磁链的变化。
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• 若电动势、电流和磁通的正方向如图1-3所示，即电流正方 向与磁通正方向符合右手螺旋关系，正电动势产生正电流， 则感应电动势可表示为
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2 磁场与磁路 2.1 与磁场有关的基本概念 (1)磁感应强度、磁场强度和磁导率 • 磁场是由电流(运动电荷)或永磁体在其周围空间产生的一种
特殊形态的物质，可用磁感应强度和磁场强度来表征其大小 和方向。 • 磁感应强度定义为通以单位电流单位长度导体在磁场中所受
的力，是一个矢量，用B表示，单位为特斯拉(T)，也称为磁
• 铁磁材料主要是铁、镍、钴以及它们的合金，其磁导率是非铁 磁材料磁导率的几十倍至数千倍。由于材料的磁导率变化范围
很大，常采用相对磁导率r来表征材料的导磁性能，r为材料的
磁导率与真空磁导率的比值
r

0
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(2)磁通与磁通连续性定理
• 磁通是通过磁场中某一面积A的磁力线数，用表示，定义为
变压器将发电机产生的电压升高，经过高压电力网传输 到用户侧，再用变压器将高电压降低到适于用户使用的 电压等级------变压器。 • 在用户侧，利用电能驱动电动机工作，带动生产机械， 实现电能向机械能的转换-----电动机。
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1.2 电机的基本构成和分类 电机是基于电磁感应定律实现能量转换的装置。 要实现能量转换，必须 • 有一个磁场，磁场与两个或两个以上的电路耦合。 • 电机中的能量转换，就是通过有关电路中磁链的变化来实现
电机的基本原理
1. 概述 1.1 电机在国民经济中的重要作用 • 与其它形式的能量相比，电能具有大量生产、来源广泛、
集中管理、便于输送、使用方便等优点。 • 电机是一种与电能密切相关的能量转换装置，可以实现
电能和机械能、电能和电能之间的转换 • 自然界里的能量，可以通过特定装置转换为机械能并驱
动发电机运动，产生电能------发电机。 • 为降低传输过程中的电能损失，通常采用高压输电，用
通密度，或简称磁密。
• 磁场强度也是一个矢量，用H表示，单位为A/m，与磁感应
强度之间满足
B＝H • 为磁导率，决定于磁场所在点的材料特性，单位为H/m。
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• 根据材料的导磁性能，可将其分为铁磁材料和非铁磁材料
• 非铁磁材料的磁导率可认为与真空的磁导率0相同，为410-
7H/m。
BdA
A
单位为韦伯（Wb）。 在图1-1所示的均匀磁场中， 穿过面积A的磁通为
BAcos
式中，为面积A的法线方向 与B之间的夹角。
图1-1 磁通
电机的基本原理 磁通（量）的计算
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•磁通连续性定理：由于磁力线是闭合的，对于任何一个闭合曲面，进 入该闭合曲面的磁力线数应等于穿出该闭合曲面的磁力线数。若规定 磁力线从曲面穿出为正、进入为负，则通过闭合曲面的磁通恒为零。
磁动势，用F表示，单位为A。
通常我们称磁路的磁压为该磁路所需的磁动势，隐去了磁压 这一概念。
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k
l Hdl Ii i2 i1 i3 i 1
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(4)磁链与电磁感应定律
•处于磁场中的一个N匝线圈，若 其各匝通过的磁通都相同，则 经过该线圈的磁链为
e d
dt
单位为V。上式称为电磁感应定律。
• 若磁场由交流电流产生，则磁通随
时间变化，所产生的电动势称为变压器
电动势。
• 若通过线圈的磁通不随时间变 化，但线圈与磁场之间有相对运动，也
图1-3 电流、磁通和 电动势的正方向