电机学 2010级卓越工程师班
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第一讲电机学基础 ·机电能量转换装置 ·电机本体基本结构 ·能量守恒原理 ·旋转电机类型 ·磁化特性与损耗 ·定转子磁场的同步性 2022-3-12 上海交通大学电气工程系谢宝昌 2
2022-3-12 上海交通大学电气工程系 谢宝昌 2 第一讲 电机学基础 • 机电能量转换装置 • 电机本体基本结构 • 能量守恒原理 • 旋转电机类型 • 磁化特性与损耗 • 定转子磁场的同步性
学 能量 装置 电 机（械） 机械 功率 电动机 损耗 电能功率 机械能/功率 发电机 磁场1V^ 刚体1 运动 电绝缘 导体 气隙 气 支撑 磁场力◆ 磁场 轴承 电流 隙 磁场2U 刚体2 固定 铜耗 磁滞损耗 磁屏蔽 →软铁磁性材料 铁耗 涡流损耗 2022-3-12 上海交通大学电气工程系谢宝昌 3
2022-3-12 上海交通大学电气工程系 谢宝昌 3 电 机 学 能量 功率 (械) 电能/功率 机械能/功率 电动机 发电机 导体 电流 刚体1 运动 刚体2 固定 磁场1 磁场2 气 隙 磁场力 支撑 轴承 气隙 磁场 铜耗 机械 损耗 软铁磁性材料 铁耗 磁滞损耗 涡流损耗 装置 磁屏蔽 电绝缘
旋转电机本体基本结构 电城 电端口2 铁芯 绕组 转子 正 机械口 转轴 隙 铁芯 绕组 简化三端口模型 定子 2022-3-12 上海交通大学电气工程系谢宝昌 4
2022-3-12 上海交通大学电气工程系 谢宝昌 4 定子 铁芯 旋转电机本体基本结构 气 隙 绕组 转子 铁芯 绕组 转轴 电端口1 电端口2 机械口 简化三端口模型
能量守恒原理 输入能量=输出能量+系统能量损耗 输入功率=输出功率+系统功率损耗 系统功率损耗=铜耗+铁耗+机械损耗+附加损耗 空载损耗=铁耗+机械损耗+附加损耗 电动机空载：输出机械能、机械功率等于零； 发电机空载：输出电能、电功率等于零； 电机是机电能量转换装置，而不是能源！ 电机要输出电能（机械能）必须要输入机械能（电能）。 2022-3-12 上海交通大学电气工程系谢宝昌 5
2022-3-12 上海交通大学电气工程系 谢宝昌 5 能量守恒原理 输入能量=输出能量+系统能量损耗 系统功率损耗=铜耗+铁耗+机械损耗+附加损耗 空载损耗=铁耗+机械损耗+附加损耗 电动机空载：输出机械能、机械功率等于零； 发电机空载：输出电能、电功率等于零； 输入功率=输出功率+系统功率损耗 电机是机电能量转换装置，而不是能源！ 电机要输出电能（机械能）必须要输入机械能（电能）
电机分类 ·直流电机 鼠笼转子 旋转电机类型 一异步电机 绕线转子 交流电机 小同步电机 旋转磁极式 旋转电枢式 定子电流 气隙磁场 转子电流 电机类型 交流电 旋转磁场 交流电 交流异步电机 交流电 旋转磁场 直流电 交流同步电机 直流电 静止磁场 交流电 直流电机/交流同步电机 直流电 ??? 直流电 N/A 2022-3-12 上海交通大学电气工程系谢宝昌 6
2022-3-12 上海交通大学电气工程系 谢宝昌 6 旋转电机类型 定子电流 交流电 交流电 直流电 直流电 气隙磁场 旋转磁场 旋转磁场 静止磁场 ？？？ 转子电流 交流电 直流电 交流电 直流电 电机类型 交流异步电机 交流同步电机 直流电机/交流同步电机 N/A 直流电机 交流电机 异步电机 同步电机 旋转磁极式 旋转电枢式 鼠笼转子 绕线转子 电机分类
软铁磁性材料磁化曲线与损耗 B Br 初始磁化曲线 磁滞回线 -Hc H Hc 基本磁化曲线 Br 磁滞损耗： 磁滞回线面积=单位体积磁滞能量损耗 p.=HdBldv 涡流损耗： 薄板正弦磁通密度涡流损耗 p.=.Edv 铁耗=磁滞损耗+涡流损耗 2022-3-12 上海交通大学电气工程系谢宝昌 7
2022-3-12 上海交通大学电气工程系 谢宝昌 7 软铁磁性材料磁化曲线与损耗 磁滞回线 初始磁化曲线 磁滞损耗： 磁滞回线面积=单位体积磁滞能量损耗 涡流损耗： 薄板正弦磁通密度涡流损耗 基本磁化曲线 铁耗=磁滞损耗+涡流损耗 H B 0 Hc Br -Hc -Br p f H dB dV c h [ ] 1 pe J EdV
定转子磁场的同步性 Bs 定子一对磁极 转子两对磁极 O 的 被 Br 8 Highlights★★★★★ & 产生恒定电磁转矩的条件： 定转子各一对磁极 (1)定转子磁极数相同； 电磁转矩恒为零 (2)定转子磁场保持相对静止。 Tem 盈 ★★★★★电流给定 ⑧ 条件下，电磁转 0 4π 矩存在极限！ 定子两对磁极 周期性电磁转矩 转子一对磁极 2022-3-12 上海交通大学电气工程系谢宝昌 8
2022-3-12 上海交通大学电气工程系 谢宝昌 8 定转子磁场的同步性 Bs Br 0 Tem 0 2 3 4 定转子各一对磁极 周期性电磁转矩 定子一对磁极 转子两对磁极 定子两对磁极 转子一对磁极 Highlights ★ ★ ★ ★ ★ 产生恒定电磁转矩的条件： （1）定转子磁极数相同； （2）定转子磁场保持相对静止。 ★ ★ ★ ★ ★电流给定 条件下，电磁转 矩存在极限！ 电磁转矩恒为零