1、2.2 常用的基本定律與定則常用的基本定律與定則2.2.1 電機磁場的描述電機磁場的描述電流電流 磁場磁場用磁場線描述用磁場線描述磁通磁通:S 與磁場線垂直的某面積與磁場線垂直的某面積（m m2 ) )SB =（T） 通過磁場中某一面積的磁場線的總數。通過磁場中某一面積的磁場線的總數。單位：單位：Wb。 (1) 磁感應強度磁感應強度 B B：矢量。：矢量。其數值其數值 B 表示磁場的強弱，表示磁場的強弱，其方向表示磁場的方向。其方向表示磁場的方向。在均勻磁場中：在均勻磁場中： 磁通密度磁通密度H ：矢量。矢量。0= 4107 H / mBH=方向與方向與B 的方向相同。的方向相同。單位：單位：

2、A/m。 磁導率磁導率： 真空中的磁導率真空中的磁導率:(2) 磁場強度磁場強度 HH 的大小：的大小：只與產生該磁場的電流大小成正只與產生該磁場的電流大小成正比，與介質的性質無關。比，與介質的性質無關。B 的大小：的大小：不僅與產生該磁場的電流大小有關，不僅與產生該磁場的電流大小有關，還與介質的性質有關。還與介質的性質有關。（H / m）HB鐵磁材料的磁性能鐵磁材料的磁性能 1.1.高導磁性高導磁性2.3 鐵磁材料的特性鐵磁材料的特性高導磁性、磁飽和性、磁滯性、非線性高導磁性、磁飽和性、磁滯性、非線性鐵磁物質的磁化鐵磁物質的磁化 鐵磁材料在外磁場中鐵磁材料在外磁場中 呈現很強的磁性，此呈現很

3、強的磁性，此現象稱為現象稱為鐵磁物質的磁化鐵磁物質的磁化。 0 0 鑄鋼：鑄鋼： 10000 硅鋼片：硅鋼片： (6000 7000)0當外磁場（或勵磁電流）增大到一定值時，磁性材當外磁場（或勵磁電流）增大到一定值時，磁性材料的全部磁疇的磁場方向都轉向與磁場的方向一致，料的全部磁疇的磁場方向都轉向與磁場的方向一致，磁化磁場的磁化磁場的磁感應強度磁感應強度B BJ J達到飽和值達到飽和值。 2.2.磁飽和特性磁飽和特性注注B BH H圖0.2 鐵磁材料的磁化曲線a ab bc cd d)(HfB)(HfFeHB0當有磁性物質存在時當有磁性物質存在時B與與H不成比例，不成比例， 與與I也不成比例也

4、不成比例。3.3.磁滯特性磁滯特性 磁感應強度滯后于磁場強度變化的性質稱磁性物磁感應強度滯后于磁場強度變化的性質稱磁性物質的磁滯性。質的磁滯性。磁滯回線磁滯回線: :呈現磁滯現象的呈現磁滯現象的B-HB-H閉合回線閉合回線.BH0HmBr剩磁剩磁HC矯頑矯頑力力HmBrHC圖圖0.3 鐵磁材料的磁滯回線鐵磁材料的磁滯回線BHO基本磁化曲線基本磁化曲線一、一、 直流電動機的工作原理直流電動機的工作原理E+NS電刷電刷換向片換向片直流電源直流電源電刷電刷換向器換向器線圈線圈IaIaAB12abcd電樞線圈電樞線圈注意：注意：換向片和線圈固定聯接，線圈無論怎樣轉換向片和線圈固定聯接，線圈無論怎樣轉動

5、，總是上半邊的電流向里，下半邊的電流向外。動，總是上半邊的電流向里，下半邊的電流向外。電刷壓在換向片上。電刷壓在換向片上。由左手定則，通電線圈在磁場的作用下，由左手定則，通電線圈在磁場的作用下，使線圈逆時針旋轉。使線圈逆時針旋轉。FFE+NS電刷電刷換向片換向片IaIaAB12abdc用右手定則判用右手定則判感應電動勢感應電動勢e的方向的方向電樞繞組電樞繞組電阻電阻RaaaRIEU輸出電壓輸出電壓eeNSAB12二、二、 直流發電機直流發電機的工作原理的工作原理abcdaIFF+-直流電動機的各種主要部件圖 他勵電機：他勵電機：勵磁繞組與電樞繞組的電源分開。勵磁繞組與電樞繞組的電源分開。并勵電

6、機：并勵電機：勵磁繞組與電樞繞組并聯到同一電源上。勵磁繞組與電樞繞組并聯到同一電源上。串勵電機：串勵電機：勵磁繞組與電樞繞組串聯接到同一電源勵磁繞組與電樞繞組串聯接到同一電源上。上。復勵電機：復勵電機：勵磁繞組與電樞繞組的聯接有串有并，接在勵磁繞組與電樞繞組的聯接有串有并，接在 同一電源上。同一電源上。M并勵并勵UIfM串勵串勵UM復勵復勵U直流電機的勵磁方式直流電機的勵磁方式M他勵他勵UfIfIaU3.3 直流電機的磁場和基本方程式直流電機的磁場和基本方程式avaeaNE2nCnapNe60avNTT aIapN2aTIC U=Ea+-IaRamecPCuapCufpFepTIEPaaMUI

7、P 13.6.2 3.6.2 并勵直流電動機的工作特性并勵直流電動機的工作特性NUU fNfIIaIfn aNaNNICeRCeUnaIfNfII直流電動機的工作特性，是指在直流電動機的工作特性，是指在U=UN，時時, , 轉速轉速n n、電磁轉矩、電磁轉矩T T和效率和效率 隨電樞電流隨電樞電流 而變化的關系。而變化的關系。1 1 轉速特性轉速特性條件：條件：2 2 轉矩特性轉矩特性aIfaIfT 3 3 效率特性效率特性思考：并勵直流電動機的勵磁繞思考：并勵直流電動機的勵磁繞組可否允許開路運行？為什么？組可否允許開路運行？為什么？3.6.3 3.6.3 串勵直流電動機的工作特性串勵直流電動

8、機的工作特性faII 特點：特點：)af(I)f(Ina1. 1. 轉速特性轉速特性當當I Ia a較小時，較小時，afIK aeaeICRCUn可得可得根據根據eaaefeaafeCRICUKCRIKCUn 思考：串勵直流電動機可否允許空載運思考：串勵直流電動機可否允許空載運行？為什么？行？為什么？UIf+_IaMEaRaRf3.8.3 3.8.3 并勵直流發電機的自勵過程并勵直流發電機的自勵過程 和自勵條件和自勵條件自勵過程：自勵過程： 并勵發電機建立電壓的過程。并勵發電機建立電壓的過程。定義：定義：自勵條件：滿足建壓的條件。自勵條件：滿足建壓的條件。1、自勵過程：、自勵過程：U)(foI

9、fU fI1234foIA由以上分析可知并勵發電機的自勵條件：由以上分析可知并勵發電機的自勵條件：1 1）電機必須有剩磁。）電機必須有剩磁。 2 2）勵磁繞組的接線與電樞旋轉方向必須正確）勵磁繞組的接線與電樞旋轉方向必須正確配合，以使勵磁電流產生的磁場方向與剩磁配合，以使勵磁電流產生的磁場方向與剩磁方向一致。方向一致。3 3）勵磁回路的電阻應小于與電機運行轉速下）勵磁回路的電阻應小于與電機運行轉速下相對應的臨界電阻。相對應的臨界電阻。2 2、自勵條件：、自勵條件：對于旋轉運動，方程式為對于旋轉運動，方程式為 dtdJTTLgGDmrJ422又因為又因為慣性轉矩（或慣性轉矩（或稱加速轉矩）稱加速

10、轉矩）602 n所以所以dtdnGDTTL3752式中式中 GDGD2 2飛輪轉矩飛輪轉矩 N Nm m2 2二、運動方程式二、運動方程式對于直線運動，方程式為對于直線運動，方程式為 dtdvmFFZ式中式中 F F拖動力拖動力 F FZ Z阻力阻力 慣性力慣性力 m m的單位為的單位為kgkg dtdvm電動機的工作狀態可由運動方程式判斷電動機的工作狀態可由運動方程式判斷 （1） 當當 T=TT=TL L ， 0dtdn電力拖動系統穩定運行電力拖動系統穩定運行（2） 當當 TTTTL L ， 0dtdn電力拖動系統加速運行電力拖動系統加速運行 （3） 當當 TTT - 90 - 90o o時

11、時時軸AE0.CE0.BE0.AI.CI.BI.d軸q軸 A軸A AX XZ ZB BCYFfNS+90+900 0FaFa(1) 0 90o時(負載為感性) FaFad，與Ff1反向，去磁性質Faq，與Ff1正交，交磁性質IadIa qI(2) 90o 0o時(負載為容性) FaFad，與Ff1同向，助磁性質Faq，與Ff1正交，交磁性質a qIadII當當角為不同值的電樞反應角為不同值的電樞反應 位置位置夾角夾角記作記作電樞反電樞反應性質應性質對電機的影響對電機的影響負載性質負載性質n(f)n(f)U U=0=00 0q q軸軸+90+900 0交軸交軸波形波形畸變畸變下降下降不變不變R

12、R=90=900 0d d軸軸+90+900 0直、去直、去削弱削弱不變不變下降下降L L=-90=-900 0d d軸軸+90+900 0直、助直、助增強增強不變不變上升上升C C0 00 090900 0d d、q q軸軸+90+900 0交、直去交、直去削弱削弱下降下降下降下降 R R、L L-90-900 0000 0d d、q q軸軸+90+900 0交、直助交、直助增強增強下降下降上升上升R R、C CaFafFFaFaqFadFadFaqFadFadFaqFdF 采用發電機慣例，以輸出電流作為電樞電流的正方向時，采用發電機慣例，以輸出電流作為電樞電流的正方向時，電樞的電壓方程為電

13、樞的電壓方程為 因因可可aX-電樞反應電抗電樞反應電抗稱為隱極同步電機的同步電抗，不計稱為隱極同步電機的同步電抗，不計飽和時，是一個常值。飽和時，是一個常值。Xs=Xa+XXs=Xa+X 不考慮磁飽和時不考慮磁飽和時同步發電機負載運行時物理量的關系：同步發電機負載運行時物理量的關系：二、凸極同步發電機的電壓方程和相量圖二、凸極同步發電機的電壓方程和相量圖fIfF0 0 E EadE ad adFaF Iaq aqE aqF E XI jaddXXXaqqXXX-交軸同步電抗交軸同步電抗-直軸同步電抗直軸同步電抗0 qI 0 Ed dj j0 UdI qdXI j IaRI ddXI j 返回凸

14、極同步發電機的向量圖凸極同步發電機的向量圖QE)(0qddQXXI jEE引入虛擬電動勢引入虛擬電動勢 ，使使確定內功率因數角確定內功率因數角 0Y可得可得對應的相量圖如對應的相量圖如圖圖所示所示由此得凸極同步發電機的等效電路，如由此得凸極同步發電機的等效電路，如圖圖所示所示0 0 EQE qI )(qddXXI j qXI j aRI dI Ij j0 返回角的確定角的確定7.8.1 7.8.1 投入并聯的條件和方法投入并聯的條件和方法(1) (1) 波形相同波形相同(2) (2) 頻率相同頻率相同(3) (3) 幅值相同幅值相同(4) (4) 相位相同相位相同(5) (5) 相序相同相序相

15、同1. 1. 并聯條件并聯條件發電機端電壓與電網電壓滿足以下條件：發電機端電壓與電網電壓滿足以下條件：整步過程：整步過程：為了將發電機投入并聯運行所進行為了將發電機投入并聯運行所進行的調節和操作過程。的調節和操作過程。準確整步法：準確整步法：將發電機調到完全符合投入并聯將發電機調到完全符合投入并聯條件，然后投入電網。條件，然后投入電網。自整步法：自整步法：先驗證發電機相序，拖到同步轉速先驗證發電機相序，拖到同步轉速，然后直接加入電網。，然后直接加入電網。準確同步法直接接法準確同步法直接接法接線圖向量圖電機各端與電網同相端對應，三燈泡同時亮、暗，當燈泡亮、暗頻率很低并且燈泡變暗的瞬間為合閘的最佳

16、時機。2.2.并聯方法并聯方法接線圖向量圖準確同步法交叉接法準確同步法交叉接法一相燈泡同端連接，另外兩組交叉連接，三組燈泡依次亮、暗一相燈泡同端連接，另外兩組交叉連接，三組燈泡依次亮、暗，當三組燈泡亮度旋轉速度很慢且第一組燈泡變暗的瞬間為合，當三組燈泡亮度旋轉速度很慢且第一組燈泡變暗的瞬間為合閘的最佳時機。閘的最佳時機。7.9.2 7.9.2 同步發電機的功角特性同步發電機的功角特性功角特性功角特性：當：當E E0 0和和U U保持不變時，發電機發出的電磁功保持不變時，發電機發出的電磁功率和功率角之間的關系率和功率角之間的關系)(dfPM忽略定子電阻時，忽略定子電阻時，)sinsincos(c

17、osddYY mUI)cos(cos2djYmUImUIPPM)sincos(dddqIImUsinqqUIX0(cos )ddEUIX)sincos(dddqMIImUP由凸極機向量圖，有由凸極機向量圖，有dd2sin)11(2sin20dqdMXXUmXUEmP代入上式，得功角特性表達式代入上式，得功角特性表達式基本電磁功率基本電磁功率附加電磁功率附加電磁功率靜態穩定的條件靜態穩定的條件 0ddedP0ddedP靜態穩定極限點：靜態穩定極限點： 其對應的功率稱為靜態穩定極限功率其對應的功率稱為靜態穩定極限功率 當電網或原動機偶然發生微小擾動時，若在擾動消失后發電機能自行回復到原運行狀態穩定

18、運行，則稱發電機是靜態穩定的；反之，就是不穩定的。整步功率系數slP2 工作方式工作方式 步進電動機的工作方式可分為：步進電動機的工作方式可分為：三相單三拍、三相三相單三拍、三相單雙六拍、三相雙三拍等。單雙六拍、三相雙三拍等。“三相三相”：定子有三相繞組；定子有三相繞組；“單單”：同時只讓一相繞組通電；同時只讓一相繞組通電；“雙雙”：同時有兩相繞組通電；同時有兩相繞組通電；“拍拍”：定子繞組改變一次通電方式；定子繞組改變一次通電方式；“三拍三拍”：通電三次完成一個循環。通電三次完成一個循環。（3）工作過程）工作過程轉子，使轉子的位置力圖使通電相磁路的磁阻轉子，使轉子的位置力圖使通電相磁路的磁阻最小，使轉、定子的齒對齊停止轉動。最小，使轉、定子的齒對齊停止轉動。A 相通電，相通電，A 方向的磁通方向的磁通經轉子