1、Turbo-dynamo with 200MW Made in China（國產（國產200200MW汽輪發電機）汽輪發電機）u Electric Power Generation Generators 第1頁/共53頁Turbo-dynamo with 600MW Made in China國產國產600600MW汽輪發電機汽輪發電機第2頁/共53頁Stator of Turbo-dynamo with 330MW Made in China國產國產330330MW汽輪發電機汽輪發電機第3頁/共53頁 為了把發電廠發出的電力輸送到四面八方的用戶，需要將發電機輸出的 20 kV 左右的電壓升高

2、。在我國，一般升高到110kV、 220kV或500kV。為了輸送一定大小的功率、采用高電壓。20kV/500kV(220kV) 500kV(220kV)/110kV 110kV/35kV 35kV/10kV 10kV/380Vu變壓器的電壓等級變壓器的電壓等級第4頁/共53頁Close Bus to Generator（連接發電機的封閉母線）（連接發電機的封閉母線）High Voltage Port to Grid（與電網相連的高壓出線端）（與電網相連的高壓出線端）第5頁/共53頁第6頁/共53頁第7頁/共53頁40MVA 500kV 超高壓變壓器超高壓變壓器第8頁/共53頁1）各行業廣泛使

3、用電動機各行業廣泛使用電動機u 異步電動機異步電動機第9頁/共53頁第10頁/共53頁2） Motors Many New High-Tec Applications Information Technology (Radar Driving)（信息技術（雷達驅動）（信息技術（雷達驅動） ） Space Flight, Aviation, Navigation （航天航空航海）（航天航空航海） Medical Science (Medical Facilities)（生物醫學工程（多種醫療設備）（生物醫學工程（多種醫療設備） ）第11頁/共53頁 18331833年，直流電機年，直流電機188

4、51885年，異步電動機年，異步電動機18891889年，三相系統年，三相系統 汽發：消化引進，設計汽發：消化引進，設計600MW 700MW700MW水發水發, , 三峽電站；三峽電站； 500kV500kV輸電線路以及相應的變壓器；輸電線路以及相應的變壓器； 500kV500kV直流輸電，西電東送運行中直流輸電，西電東送運行中 ） 第12頁/共53頁1）研究領域研究領域 新要求：安全、可靠、經濟、環保新要求：安全、可靠、經濟、環保 新能源技術：風力發電，波浪發電新能源技術：風力發電，波浪發電,太陽能發電等太陽能發電等 機電一體化：電機、電力電子與微電子結合機電一體化：電機、電力電子與微電子

5、結合 節能電機與電機的節能控制節能電機與電機的節能控制第13頁/共53頁 新能源技術 風力發電第14頁/共53頁 太陽能發電第15頁/共53頁8.1 磁路及磁路的基本定律磁路及磁路的基本定律 ( (第16頁/共53頁1N2N2i1i2i1i1N2N( () ) 第17頁/共53頁1W2W 能量轉換裝置中的磁場與磁路能量轉換裝置中的磁場與磁路 i1輸入電能Input Energy電能Electric Energy磁場電氣回路電氣回路輸出電能Output Energyi2電能Electric Energy單相變壓器單相變壓器 磁場第18頁/共53頁轉子(Rotor)定子繞組(Stator wind

6、ing)定子鐵心(Stator core)電端口(Electric port)ABC旋轉電機能量轉換端口機械端口(Mechanical port)第19頁/共53頁機械能MechanicalEnergy 電能ElectricEnergy磁場機械承力部件電氣回路磁場第20頁/共53頁 發電機磁極單獨存在時不構成磁路發電機磁極單獨存在時不構成磁路發電機磁極與定子鐵心構成的磁路發電機磁極與定子鐵心構成的磁路有線圈有鐵心有線圈有鐵心才能構成磁路才能構成磁路有線圈沒有鐵心有線圈沒有鐵心時不構成磁路時不構成磁路第21頁/共53頁u 與磁路相關的基本物理量與磁路相關的基本物理量 a.a. 磁場強度磁場強度

7、H H A/m(Magnetic Field Intensity, H, A/m)2iHr第22頁/共53頁a. a. 磁場強度磁場強度 H H A/m2iHrH liH l磁壓降磁壓降0HFeH與(Magnetic Field Intensity, H, A/m)Fe0Fe0FN i磁動勢磁動勢第23頁/共53頁 b. 磁感應強度B（磁通密度）(Intensity of Magnetization / Density of Magnetic flux) 描述磁場強弱及方向的物理量。描述磁場強弱及方向的物理量。 單位單位(Unit)：T,Gs T,Gs ， 1Gs=101Gs=10-4-4T

8、T c. c. 磁通量磁通量 ( (Magnetic Flux) ) ( (垂直垂直) )穿過截面穿過截面S S的磁力線根數。的磁力線根數。 在均勻磁場，且在均勻磁場，且B B 與與S S垂直時，有垂直時，有 單位：單位：Wb Wb, Mx 1 1Mx=10=10-8-8WbBS.SB dS 第24頁/共53頁d. d. 磁導率磁導率磁導率磁導率表示物質導磁能力的大小。表示物質導磁能力的大小。 為磁導率，其單位為為磁導率，其單位為 H/m 磁場強度的單位為磁場強度的單位為 A/m真空的磁導率真空的磁導率 H/mBH70410鐵磁物質：鐵、鈷、鎳及其合金非鐵磁物質：空氣、水、油、銅、鋁 第25頁

9、/共53頁 邏輯：邏輯： 能量轉換需要能量轉換需要磁場磁場 要轉換很大的功率，需要很多的磁通要轉換很大的功率，需要很多的磁通 磁場由激磁電流產生，希望以小的激磁電流產生磁場由激磁電流產生，希望以小的激磁電流產生較多的磁通。首要問題是較多的磁通。首要問題是: : 研究激磁電流與磁路中磁通的關系：研究激磁電流與磁路中磁通的關系： （1 1）全電流定律全電流定律描述描述H-i 之間關系之間關系 （2）磁路歐姆定律磁路歐姆定律描述描述磁通與電流的關系磁通與電流的關系 第26頁/共53頁Ni2N iHR 1li螺線管solenoid第27頁/共53頁2N iHR 1li螺線管solenoid第28頁/共

10、53頁NiHl第29頁/共53頁其中其中: : F=Ni 磁路的總磁動勢磁路的總磁動勢 HFelFe 鐵心上的磁壓降鐵心上的磁壓降 H 氣隙上的磁壓降氣隙上的磁壓降若磁回路中存在氣隙，若磁回路中存在氣隙， 當氣隙長度當氣隙長度遠遠小于鐵心截面遠遠小于鐵心截面的邊長時，的邊長時， 鐵心和氣隙中分別為近似均勻磁場，則鐵心和氣隙中分別為近似均勻磁場，則: : 帶氣隙的鐵心磁路帶氣隙的鐵心磁路 Fe FeFNiH lHk kH li 第30頁/共53頁1N2N1i2i1 12 2FN iN iHl 第31頁/共53頁 安培環路定律安培環路定律: :沿空間任意條閉合回路，磁場強度沿空間任意條閉合回路，磁

11、場強度H 的線積分等于該閉合回路所包圍的電流的代數和。的線積分等于該閉合回路所包圍的電流的代數和。i3l H dl i2 i1注：若注：若 i 與與 l 符合右手螺符合右手螺旋關系，旋關系， 取正號，否則取負取正號，否則取負 。其中大拇指所指為其中大拇指所指為 i 的方向，的方向，四指為四指為 l 方向。方向。123()iii lH dlirr2 2）全電流定律一般形式）全電流定律一般形式第32頁/共53頁,B A B=HH (Ohms Law for uniform magnetic circuit)FeFeBlNiFlA 第33頁/共53頁FeFeBlNiFlA mFRmF mlRSmR1

12、mmSRlm第34頁/共53頁1) 引入磁動勢引入磁動勢, 磁阻磁阻,磁導有什么作用磁導有什么作用?2) 磁導與哪些因素有關磁導與哪些因素有關?3) 從磁路歐姆定律出發，磁通從磁路歐姆定律出發，磁通 的大小受哪些因的大小受哪些因數的影響？數的影響？思考思考 (Ponder): 第35頁/共53頁0FemFemFelFRRSS其中 : : 鐵心部分對應的磁阻 : 氣隙部分對應的磁阻 mFeRmRmRmFeR: : 鐵心中消耗的磁動勢: : 氣隙中消耗的磁動勢FelFe0第36頁/共53頁()mmFNi 1mmARl第37頁/共53頁第38頁/共53頁第39頁/共53頁鐵磁材料的磁化特性（B BH

13、 H 曲線/ /磁化曲線）1) 1) 鐵磁材料的磁化特性鐵磁材料的磁化特性B=f(H)BHO起始磁化曲線: B=f (H)0BH第40頁/共53頁起始磁化曲線(Origin B-H curve ): B=f (H) oa為起始段(Starting section) ab為線性段(Linear section) bc為飽和段(Saturation section) 隨 H 的變化而變化 ()Fef HFe非鐵磁材料的非鐵磁材料的磁化特性磁化特性：B=0 H膝點0BHBHOB=f(H)abcd( )Fef H第41頁/共53頁 磁密落后于磁場強度，亦即磁通落后于產生該磁通的磁密落后于磁場強度，亦即

14、磁通落后于產生該磁通的激磁電流的現象，稱為磁滯現象激磁電流的現象，稱為磁滯現象( (Magnetic hystersis ) )。 鐵磁材料進行周期性磁化所反映的物理現象 BH0mBmHmBmHcHrBBH0rBcH2 2） 磁滯回線磁滯回線剩磁(Remanence)矯頑力(coercive force) 第42頁/共53頁基本磁化曲線或平均磁化曲線:(Average magnetization curve)第43頁/共53頁 交流鐵心線圈電路交流鐵心線圈電路eddeNdtdt dieLdt turnee第44頁/共53頁2)2)關于公式關于公式 (Formula) eBlveBlvlBlab

15、vBfecde+_第45頁/共53頁u 電機分析中所用其它物理定律電機分析中所用其它物理定律 0sB ds 12 12（1）磁通連續性定律(Magnetic flux continuity law) 第46頁/共53頁（2 2）電磁力定律）電磁力定律 (Electromagnetic force) 載流導體在磁場中要受到電磁力，若導體中電流為i，導體長度為l，導體所在處的磁通密度為B，則電磁力為：()fiB lrrr當電流 i 的方向與磁密 B 的方向垂直時電磁力大小為：fB li注：電磁力方向由注：電磁力方向由左左手定則手定則 決定決定第47頁/共53頁（3 3）三個電路定律）三個電路定律

16、(Three laws of circuit) 0I 0U 11331()0I RI Ru 123()0III 2u1R2R3R1I2I3I1u01UI Z 第48頁/共53頁RIUERIUE.U=RI+(-E) URIE&（a）直流電路 （b）交流電路iueNNUIE.u=Ri+(-e) URIE&第49頁/共53頁 當鐵心中磁通交變時，要產生鐵心損耗，它由磁滯損耗與渦流損耗兩部分組成。(1(1）磁滯損耗）磁滯損耗 (Hystereis loss) 鐵磁材料置于交變磁場中時，材料被反復交變磁化，其分子運動所消耗的能量。 磁滯損耗與磁滯回線的面積、電流頻率f、鐵心體積V 成正比。 u 鐵心的交流損耗鐵心的交流損耗 (Loss in iron core)hhmPK f BV第50頁/共53頁 當通過鐵心的磁通隨時間變化時，鐵心中將產生感應電勢，因為鐵心可以導電，因而在其中引起環流。這些環流在鐵心內部圍繞磁通作渦流狀流動，稱為渦流。渦流在鐵心中引起的損耗，稱為渦流