河北科技大学教案用纸.doc
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1、第 1 页河 北 科 技 大 学 教 案 用 纸第 1 次课 2 学时注:本页为每次课教案首页上次课复习:本次课题(或教材章节题目):绪论 1.1 磁路的基本定律教学要求: 掌握磁路中的几个基本定律重 点: 磁路中的几个基本定律难 点: 磁路中的几个基本定律教学手段及教具: 讲授讲授内容及时间分配:绪论 35 分 基本定律 50 分 小结 5 分课后作业1-1 1-2参考资料1.许实章主编. 电机学. 机械工业出版社 2.章明涛主编.电机学(上、下册).科学出版社第 2 页河 北 科 技 大 学 教 案 用 纸绪论绪论 (introductionintroduction)一、电机及电机学概念(
2、electric machine and electric machine theory concept)1.电机定义:是指依据电磁感应定律实现电能的转换或传递的一种电磁装置。2.电机分类:(按运动方式分类)静止电机-变压器 电机直流电机 旋转电机 交流电机 异步电机同步电机3.电机在国民经济中的作用各行各业均离不开电机,它是衡量一个国家或一个地区发达程度户发展速度快慢的一个重要指标。4.电机的发展史分为三个阶段:直流电机的产生和形成时期;1交流电机的形成和发展时期;2电机理论、设计和制造工艺逐步达到完善化的时期。35.电机学及性质:专业基础课6.本门课学习方法:抓住主要矛盾;理论联系实际;善
3、于运用对比的方法。二、电机中的材料(materials)1.导电材料:线圈(铜、铝)2.导磁材料:铁磁材料(重点介绍)3.结构材料:铸铁、铸钢和钢板等4. 绝缘材料:聚酯漆、环氧树脂、玻璃丝带、电工纸、云母片等(A、E、B、F、H、C)第二章 磁 路1.1 电机中的基本电磁定律(basic electromagnetic laws)1. 磁路的概念磁路-磁通所经过的路径称第 3 页河 北 科 技 大 学 教 案 用 纸主磁通-通过我们所需要回路的磁通称漏磁通-通过我们不需要回路的磁通称主磁路-主磁通所经过的回路称漏磁通-漏磁通所经过的回路称直流磁通-直流电流产生的磁通称交流磁通-交流电流产生的
4、磁通称直流磁路-直流磁通所经过的路径称交流磁路-交流磁通所经过的路径称2. 磁路中的基本定律全电流定律安培环路定律 (law of total current)举例:P12 LH dli ?工程上: 线圈:IHl NIHl* 电流方向的判断:磁路的基尔霍夫第一定律: (电路中: )0 0i*说明磁通是连续的。磁路的基尔霍夫第二定律: (电路中: )NIHlue磁路欧姆定律: (电路中: FSl RFmSlRmRui=R=l Sl S)*铁磁材料的不为常数。mR3.补充:电磁感应定律 (electromagnetic inductive law)1dtdNdtde变压器电动势:同上;运动电动势:
5、Blve *判断方向:右手定则电磁力定律:2Bilf *判断方向:左手定则(主要用于分析旋转电机的电磁转矩)第 4 页例 1-1河 北 科 技 大 学 教 案 用 纸第 2 次课 2 学时注:本页为每次课教案首页上次课复习:安培环路定律 基尔霍夫磁路定律本次课题(或教材章节题目): 1.2 常用铁磁材料及其特性 1.3 磁路的计算教学要求: 1、了解常用的铁磁材料 2、掌握常用铁磁材料的特性和磁路的计算方法重 点: 1、常用铁磁材料的特性 2、磁路的计算难 点: 常用铁磁材料的特性教学手段及教具: 讲授讲授内容及时间分配:复习: 5 分1.2 常用铁磁材料及其特性 40 分1.3 磁路的计算
6、40 分小结 5 分课后作业1-3 1-4 1-5参考资料1.许实章主编. 电机学. 机械工业出版社 2.章明涛主编.电机学(上、下册).科学出版社第 5 页河 北 科 技 大 学 教 案 用 纸1.2 常用的铁磁材料及其特性常用的铁磁材料及其特性1、铁磁物质的磁化铁磁材料-包含铁、钴、镍以及他们的合金的材料称磁化-铁磁材料在外界磁场的作用下呈现很强的磁性,这种现象称磁化式铁磁材料的特性之一磁化后其导磁能力为空气的导磁能力 20006000 倍2、磁化曲线和磁滞回线a、起始磁化曲线(分为四段)开始磁化时, 外磁场较弱,磁通密度增加较慢随着磁场的增强,材料内大量磁畴开始转向趋于外磁场方向,使 B
7、 增加很快。当外磁场继续增大时,大部分磁畴以趋于一致,可转向得越来越少,使 B 的增加变慢。达到饱和以后,曲线变平,因为这时基本上没有可转向的磁畴了,此时 B=0H磁化曲线开始拐弯的点称为膝点。 见图 17b、磁滞回线将铁磁材料进行周期性磁化便得到图 1-8 中的 abcdefa 曲线,当去掉外磁场后,铁磁材料仍保留一定的磁密,称为剩磁 Br。为去掉剩磁 Br,需要加一定的反向外磁场,此反向外磁场强度称为矫顽力 Hc。Br 和 Hc 是两个重要参数,Hc 落后 Br 的特性称为磁滞,呈现磁滞现象的回线称为磁滞回线。磁滞现象是铁磁材料的另一个特性。基本磁化曲线 可表示为:)(HfB 将各磁滞回线
8、的顶点连接起来所得的曲线,称为基本磁化曲线。3、铁磁材料铁磁材料 软磁材料:高,小,磁滞回线窄而长,如:铸钢、硅钢、坡莫rB合金,制作电机铁心;硬磁材料: 不高,Br 大,磁滞回线宽而胖,制造永久磁铁;第 6 页河 北 科 技 大 学 教 案 用 纸4、铁心损耗磁滞损耗:磁畴之间产生摩擦而产生的,2 mhfBp 涡流损耗:涡流与铁心电阻相作用产生的损耗,见图 1-12 emFeRdBfp/222铁损:磁滞损耗+涡流损耗,23 . 1 mfeBfp1.3 磁路的计算磁路的计算1、直流电路的计算通常先给出 计算所需的励磁磁动势 F 根据匝数,求电流。也有个别的计算是逆运算 a、简单串联磁路的计算:
9、特点:磁路中各处磁通 相同,但由于各段磁路面积不同,磁密也不一样,故应先求各段的磁压降,然后相加便得到所需的磁动势 F。见 P21 例 1-2b、简单磁路并联特点:总磁通为各支路磁通之和以 P21 例 1-3 为例说明。2、直流电机的空载磁路和磁化曲线空载磁路及其计算:由图 1-15a 可见,总磁通可分为主磁通 0和漏磁通 f, (约占 0的 1525%)即:m=0+f由图 1-15a 可见,四极电机有四条并联支路,每条支路由五段组成:主磁极铁心 1定子磁轭 气隙 电枢齿 电枢铁心2345当选定某一回路后,根据各段的磁通和截面积,算出各段的磁密 Bk,再根据所用材料的基本磁化曲线,查的相应的磁
10、场强度 Hk,根据算出 F0即可。0 1FHnk k kl第 7 页河 北 科 技 大 学 教 案 用 纸第 3 次课 2 学时上次课复习:本次课题(或教材章节题目):2.1 变压器的基本结构和额定值 2.2 变压器的空载运行教学要求: 1、了解变压器的基本结构 2、掌握变压器空载运行时各物理量之间的关系重 点: 变压器的空载运行难 点: 变压器的空载运行教学手段及教具: 讲授、 实物 讲授内容及时间分配:2.1 变压器的基本结构和额定值 30 分 2.2 变压器的空载运行 55 分小结 5 分课后作业 2-1 参考资料1.许实章主编. 电机学. 机械工业出版社 2.章明涛主编.电机学(上、下
11、册).科学出版社第 8 页注:本页为每次课教案首页河 北 科 技 大 学 教 案 用 纸第二章第二章 变压器变压器 (transformertransformer)1.1.变压器的定义:它是一种静止的电机,通过线圈间的电磁感应电磁感应关系,将某一等级的交流电压转换为同频率同频率的另一等级的交流电压。2.2.变压器的用途:变换电压、电流、阻抗、耦合、隔离等3.3.电力变压器:用于电力系统升、降电压的变压器。2.1 变压器的基本结构和额定值变压器的基本结构和额定值(basicbasic structurestructure andand sumsum ofof transformertransfo
12、rmer)一、基本结构(basicbasic structurestructure)1.铁心:构成主磁路,机械骨架,由硅钢片迭成材料:0.35mm 厚涂有绝缘漆膜的硅钢片,导磁性能好,可减少铁损;铁心形状:矩形、十字形等;迭片方式:交迭式迭装2.线圈:导电部分,铜线或铝线*为便于线圈和铁心绝缘,低压靠近铁心柱在里面,高压在外面;线圈在铁心上排列方式: 同心式交迭式3.油箱和冷却装置:*变压器油的作用:绝缘和冷却4.绝缘套管:用于引线5.保护装置和其他二、变压器的分类(classificationclassification ofof transformertransformer)1. 按用途分
13、:升压、降压变压器;2. 按相数分:单相、三相变压器;3. 按线圈数:双线圈、三线圈、自耦变压器;4. 按铁心结构:心式、组式变压器;第 9 页5. 按冷却介质和冷却方式:油浸式、干式、风冷式变压器等;河 北 科 技 大 学 教 案 用 纸6. 容量大小:小型、中型、大型、特大型变压器。三、额定值:三、额定值:( (The sum settles a value) ):铭牌规定在额定使用条件下所输出的视在功率。NS:指变压器长时间运行所承受的工作电压。 (三相为线电压)NU:规定加在一次侧的电压;NU1:一次侧加额定电压,二次侧空载时的端电压。NU2:变压器额定容量下允许长期通过的电流有和(三
14、相为线电流) 。NINI1NI2:我国工频:50Hz;Nf还有额定效率、温升等额定值。单相变压器的关系式:NNNIUS三相变压器的关系式:NNNIUS3*:对于双线圈变压器一、二次侧的额定容量相等。 (由于其效率高)四、四、举例:一台 Y,d11 联接的三相变压器,额定容量为 3150kVA,U1N/U2N=35/6.3kV,求: 变压器一、二次额定电压和额定电流?变压器一、二次线圈的额定电压和额定电流?*思考题:原边加直流电压是否可以?为什么?2.22.2 变压器的空载运行变压器的空载运行(no-loadno-load operationoperation ofof singlesingle
15、 phasephase transformertransformer)1. 从空载和负载运行时的电磁关系出发,导出基本方程式、等效电路和相量图;2. 分析稳态运行性能(电压变化率、损耗和效率)*适用于三相变压器的对称运行。一、电磁现象(一、电磁现象(electromagneticelectromagnetic phenomenonphenomenon)第 10 页1. 空载定义:02 I河 北 科 技 大 学 教 案 用 纸2. 物理过程:10112211 01000144. 444. 4XIjEfNjEfNjENIFIUmm *电机中各物理量正方向的规定 3. 0和 1区别: 在性质上:0与
16、 I0非线性关系;1与 I0线性关系;在数量上:0占 99%以上;1占 1%以下;在作用上:0传递能量的媒介;1漏抗压降。 二、空载时各物理量(physicalphysical quantitiesquantities ofof no-loadno-load)1. 原边电压:变压器一次线圈所接的电网电压;1 U2. 空载电流:0 I 作用:一是用来激磁,产生主磁通;二是供空载损耗。 组成:raIII000 性质:感性无功; 大小:28%;,称为激磁电流。rarIIII00000u20AXu1 i0 e1axe21第 11 页河 北 科 技 大 学 教 案 用 纸*为什么越小越好?0I波形:磁路
17、饱和:尖顶波;磁路不饱和:正弦波。*实际需要:将尖顶波的空载电流等效为正弦波。3. 空载磁动势0 F建立空载磁场010 INF4. 主磁通感应的电动势设,则 tmsin0)90sin(210 11tfNdtdNem用相量表示时: mfNjE 1144. 4同理可得: mfNjE 2244. 4*结论:,在相位上滞后90。mNNfEE)()(2121m 5. 一次漏感电动势:1E设,则 tmsin11)90sin(2111 11tfNdtdNem mfNjE11144. 4 又可得: 10.1xIjE。式中:=常数, 为一次绕组的漏电抗。mRNfx2 1 126. 一次线圈电阻压降10rI7.
18、空载损耗0p3 . 120fBppppmFeCuFe*空载损耗约占(0.21)%,随容量的增大在变压器中所长的比例而减小。三、空载时的电磁关系(电磁关系(electromotiveelectromotive relationshiprelationship ofof no-loadno-load)第 12 页1. 电动势平衡方程:河 北 科 技 大 学 教 案 用 纸一次侧:10.1.10.10.1.1. ZIExIjrIEU忽略 I0Z1,则有: mfNEU11144. 4即 1111 44. 444. 4fNUfNEm* 结论:影响主磁通大小的因素是: 电源电压 U1、电源频率 f 和一次
19、侧线圈匝数 N1,与铁心材质及几何尺寸基本无关。二次侧:2.20. EU2. 变比: *降压 K1;升压 K1;NN UUUUNNEEK212012121*三相变压器:Y,d 接线:NN UUK21 3D,y 接线:NN UUK213Y,y 和 D,d 接线:NN UUK213. 等效电路:令: 0.0.1. )(IjxrZIEmmm*和的物理意义;mrmx则有:0.110.10.1.1. )()(IjxrIjxrZIEUmm式中:、和随磁路饱和程度的增加而减小。mzmxmr等效电路为: 1001ZIZIUm r1 x1 0 Irmxm1 U1 E变压器空载时的等效电路由于 rmr1 ,xmx
20、1 ,可得简化等效电路:mZIU01 第 13 页河 北 科 技 大 学 教 案 用 纸0 IRmXm1 U1 E变压器空载时的简化等效电路*空载电流的大小:取决于激磁阻抗的大小,从变压器运行的角度看,希望空载电流越小越好,因此变压器采用高导磁率的铁磁材料,以增大 Zm减少 I0,提高变压器的效率和功率因数。4. 相量图: 空载时的方程式:(总结)空载时的相量图:*变压器空载运行时,很低,一般在 0.10.2 之间。0cos第 14 页河 北 科 技 大 学 教 案 用 纸第 4 次课 2 学时注:本页为每次课教案首页上次课复习:空载运行时各物理量之间的关系本次课题(或教材章节题目):2.3
21、变压器的负载运行 2.4 基本方程式、等效电路教学要求: 掌握变压器的负载运行时各物理量之间的关系,基本方程式、等效电路重 点: 变压器的负载运行时各物理量之间的关系,基本方程式、等效电路难 点: 变压器的负载运行时各物理量之间的关系,基本方程式、等效电路教学手段及教具: 讲授讲授内容及时间分配:复习 5 分2.3 变压器的负载运行 40 分2.4 基本方程式、等效电路 40 分小结 5 分课后作业2-2 2-3参考资料1.许实章主编. 电机学. 机械工业出版社 2.章明涛主编.电机学(上、下册).科学出版社第 15 页2河 北 科 技 大 学 教 案 用 纸2.32.3 变压器的负载运行变压
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