第七章 机电能量转换原理
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入门通俗理解电机原理附各种电机原理图1821年,法拉第制作了一个装置,这个装置能将电能转化成机械能,被认为是世界上第一台电动机。
法拉第的装置组成非常简单:将水银注入一个圆形容器里面,中间放置一块永磁体,一根长的导线一端悬挂,另一端浸入容器里的水银里面,最后再外接一个直流电源。
原理也很简单,永磁体产生的磁场与导线产生的磁场相互作用,产生一个使导线绕轴旋转的力。
法拉第的天才之处在于想到了用水银(常温液体,有良好的导电性)解决了电机连续旋转的所需要的换向问题。
法拉第的电机验证了机电能量转换可以连续进行的,为电机的发展奠定了坚实的基础。
当然现代电机和法拉第的电机模型有了较大的区别,但原理都是完全一致的:都是两个磁场相互作用。
我们从小学就知道,磁铁分N极和S极,磁力线从N极出发,最后回到S极;磁铁同极相斥,异极相吸。
磁铁磁极之间的相互作用示意图如下:利用磁极之间的相互作用力,理论上我们可以移动一个磁极,让另外一个磁极跟着运动,如果第一个磁极旋转的话,另一个磁极也会跟着旋转。
但是这样无法称之为电机,因为旋转一个磁极需要的是机械能,这样本质上是机械能之间的转换,不是电能和机械能之间的转换。
那怎么办呢?安培定律告诉我们,磁场本质是由电流产生的,我们想要的是磁场之间的相互作用,因此主要有电流即可,一个很自然的想法就是:能不能将两个磁场中的一个用线圈来产生呢?——当然可以,永磁同步电机就是这么干的,具体见下图:我们一般将永磁体放在转子上,定子是一个线圈,线圈通电后,也会产生一个磁场。
根据我们的直观感觉,很容易得出如下结论:当两个磁场轴线正对着的时候(上图左),磁场之间有相互吸引力,这个力是径向的,不会产生转矩。
当两个磁场轴线有一定夹角的时候(上图中),磁场之间有相互吸引力,但是这个力既有径向分量,也有切向分量,因此会产生一定的转矩。
当两个磁场轴线垂直的时候(上图右),磁场之间有相互吸引力,但是这个力主要是切向分量,因此产生转矩最大。
【专业知识】旋转电机的定义是什么【学员问题】旋转电机的定义是什么?【解答】旋转电机(以下简称电机)是依靠电磁感应原理而运行的旋转电磁机械,用于实现机械能和电能的相互转换。
发电机从机械系统吸收机械功率,向电系统输出电功率;电动机从电系统吸收电功率,向机械系统输出机械功率。
电机运行原理基于电磁感应定律和电磁力定律。
电机进行能量转换时,应具备能作相对运动的两大部件:建立励磁磁场的部件,感生电动势并流过工作电流的被感应部件。
这两个部件中,静止的称为定子,作旋转运动的称为转子。
定、转子之间有空气隙,以便转子旋转。
电磁转矩由气隙中励磁磁场与被感应部件中电流所建立的磁场相互作用产生。
通过电磁转矩的作用,发电机从机械系统吸收机械功率,电动机向机械系统输出机械功率。
建立上述两个磁场的方式不同,形成不同种类的电机。
例如两个磁场均由直流电流产生,则形成直流电机;两个磁场分别由不同频率的交流电流产生,则形成异步电机;一个磁场由直流电流产生,另一磁场由交流电流产生,则形成同步电机。
电机的磁场能量基本上储存十气隙中,它使电机把机械系统和电系统联系起来,并实现能量转换,因此,气隙磁场又称为祸合磁场。
当电机绕组流过电流时,将产生一定的磁链,并在其祸合磁场内存储一定的电磁能量。
磁链及磁场储能的多少随定、转子电流以及转子位置不同而变化,由此产生电动势和电磁转矩,实现机电能量转换。
这种能量转换理论上是可逆的,即同一台电机既可作为发电机也可作为电动机运行。
但实际上,一台电机制成后,由十两种运行状态下电机的参数和!特性方面的原因,很准满足两种运行状态下的客观要求,因此,同一台电机不经改装和重新设计,不可任意改变其运行状态。
电机内部能量转换过程中,存在电能、机械能、磁场能和热能。
热能是由电机内部能量损耗产生的。
对电动机而言:从电源输入的电能一祸合电磁场内储能增量+电机内部的能量损耗+输出的机械能对发电机而言:从机械系统输入的机械能=辐合电磁场内储能增量+电机内部的能量损耗+输出的电能以上内容均根据学员实际工作中遇到的问题整理而成,供参考,如有问题请及时沟通、指正。
电机与拖动绪论一、名词解释1. 磁场:电流周围的效应2.磁动势(磁通势、磁势):产生磁场的源泉3.磁场强度:表征距离磁源即磁动势一定位置的地方,磁动势影响强度的一个物理量。
4.磁场感应强度(磁通密度):表征距离磁源即磁动势一定位置的地方,磁动势感应能力强弱的一个物理量。
5.磁通量Φ:垂直穿过某一截面(面积为S)磁力线的数目6.磁阻:就是磁力线通过磁路时所遇到的阻碍,磁阻与磁路的长度成正比,与磁路的磁导率成反比,并与磁路的截面积成反比7电感:其实质表征的就是电磁装置电与磁转换能力的大小。
二、填空1、在电机中磁场的几个常用量分别是磁动势、磁场强度、磁感应强度、磁通等。
2、进行磁路分析和计算时,常用到磁路的基本定律有全电流定律、磁路的欧姆定律、磁路的基尔霍夫定律。
3、电机的电流有交、直流之分,所以,旋转电机也有直流电机与交流电机两大类。
4、旋转电机是一种机电能量转换的机电装置。
5、把电能转换机械能的电机称为电动机; 把机械能转换电能的电机称为电发电机。
三、判断题1、垂直穿过线圈的磁通量随时间变化,必然会在线圈中产生感应电动势。
(√)2、棱次定律表明垂直穿过线圈的变化磁通,会在线圈中产生电动势。
(√)3、棱次定律表明线圈中的感生磁场的方向始终是与原磁场变化率的方向一致的。
(×)4、棱次定律表明线圈中的感生磁场的方向始终是与原磁场方向一致的。
(×)六、问答题 1.电磁作用原理的综述有电流必定产生磁场,即“电生磁” ;磁场变化会在导体或线圈中产生感应电动势,即“动磁生电” ;载流导体在磁场中要受到电磁力的作用,即“电磁生力”第一章直流电机的原理与结构一、名词解释(一)1.电枢:在电机中能量转换的主要部件或枢纽部分2.换向:直流电机电枢绕组元件从一条支路经过固定不动的电刷短路,后进入另一条支路,元件中的电流方向改变的过程。
3.额定值:在正常的、安全的条件下,电气设备所允许的最大工作参数。
(二) 1.电机:机电能量(或机电信号)转换的电磁装置2.直流电机:直流电能与机械能量进行转换的电磁装置3.直流发电机:把机械能量转换为直流电能的电磁装置4.直流电动机:把直流电能转换为机械能量的电磁装置5.交流电机:交流电能与机械能量进行转换的电磁装置6.交流电动机:把交流电能转换为机械能量的电磁装置7.交流发电机:把机械能量转换为交流电能的电磁装置(三)第一节距:同一元件的两个元件边在电枢圆周上所跨的距离(四)极距:相邻两个磁极轴线之间的距离(五)电角度:磁场在空间变化一周的角度表示二、填空1、铁心损耗一般包括磁滞损耗、涡流损耗。