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1、一、电机的定义,二、电机的分类,三、电机在航空中的应用,四、航空电机的工作条件,五、航空电机的特点,六、航空电机的基本技术要求,七、国产航空电机介绍及发展趋势,八、课程主要内容,九、学习方法,航空电机概论,一、电机（Electrical Machine）的定义：,电机是应用电磁感应原理实现机电能量转换的电磁机械。,发电机（Generator）,电动机(Motor),变压器(Transformer),变流机(Converter),电 能,机械能,电 能,电 能,电机学是阐述电机基本理论的学科,电机的定义,二、电机的分类,旋转电机,静止电机,直流电机,直流发电机（Direct-current Ge
2、nerator）,直流电动机,(Direct-current Motor),异步电动机,（Three-phase Induction Motor）,交流电机,同步发电机,(Synchronous Generator),变压器,电机,电机的分类,三、电机在航空中的应用,主电源发电机,变压器,电动机,变流机,控制电机,特种电机,电机在航空中的应用,主电源发电机,QF-6,QF-24,JF-60,ZCF-60,电机在航空中的应用,变压器,电机在航空中的应用,三相变压器,单相变压器,自耦变压器,电流互感器,电动机,电机在航空中的应用,泵用交流电机,泵用直流电机,特种电机,电机在航空中的应用,三相陀螺马
3、达,四、航空电机的工作条件,环境温度：,范围：-55+60,冲击值：100120,地面环境温度,高空气温,飞行速度对温度的影响,航空电机的工作条件,温度对电机性能的影响：,低温：电机主要材料的物理性质发生变化，甚至造成永久变形，如导电材料电阻率下降，绝缘材料开裂、弯曲和分层，润滑油脂粘度增加，橡胶制品硬化，导磁材料的导磁性能变坏，不同材料组合件由于线膨胀系数不同而产生应变等。,航空电机的工作条件,温度对电机性能的影响：,高温：造成绝缘材料加速老化，润滑油脂熔解而流出或挥发，导电材料电阻率增加，弹性材料的弹性变坏，结构材料的机械强度下降，不同的线膨胀系数造成组合件产生应变等。上述因素都会导致电机
4、的电磁性能变化或产生机械故障。,航空电机的工作条件,由地面到25 km高度，大气压力约降低40倍，空气的重量密度降低约30倍。,电机散热不良，温升增加易引起绝缘老化。,使电刷磨损加剧，火花增大，直流电机换向变坏，甚至产生环火，导致电机不能正常工作。,绝缘材料的绝缘性能变坏，耐压程度下降。,大气压力：,航空电机的工作条件,湿 度：,考核标准：40时，湿度953%,绝缘材料的绝缘电阻和击穿电压将大大下降。,电子元件表面吸附水分后，造成漏电，影响电子线路正常工作。,金属零件易产生腐蚀。,航空电机的工作条件,大气成分：,臭氧：几乎增加1720倍,使金属表面与有机材料氧化加剧，性能变坏。,霉菌：使电机绝
5、缘的外表变色，致使易吸湿，并使纺织品发酵和腐烂，绝缘性能下降，机械强度降低等。,航空电机的工作条件,盐雾：使绝缘材料老化、变质，绝缘电阻下降，金属表面腐蚀、变色，机械强度降低。,大气成分：,沙尘：将会降低绝缘材料的性能。进入电气设备中，影响电气产品的性能，严重时可造成产品的机械故障。,航空电机的工作条件,机械过载：,振动：活塞式发动机的振动频率2kHz4kHz，振动加速度20g；喷气式发动机的振动频率2kHz4kHz，振动加速度10g；影响：过剧的振动可能对航空电机造成一系列不良后果，当零件发生谐振时，带来的危害性更大，甚至使产品失效，结构件损伤，个别零部件折断，电机将不能正常工作。,航空电机
6、的工作条件,冲击：飞机在着陆时，常出现1 Hz左右的颠波冲击，小型飞机冲击过载可达4g6g，大型飞机可达10g。,航空电机的工作条件,机械过载：,恒加速度：主要在飞机爬高、转弯、俯冲等特技飞行时较为严重。歼击机可达9g，持续两分钟，轰炸机为4g，可持续20min，导弹发射时，可达5g20g，但持续时间极短。影响：主要是给电机加上一个附加力矩，引起间隙分配改变与变形。对电机零部件的机械强度与结构上应作足够的考虑。,航空电机的工作条件,机械过载：,环境温度：,范围：-55+60,冲击值：100120,大气压力：,40 倍变化,湿 度：,考核标准：40时，湿度953%,大气成分：,臭氧、霉菌、盐雾、
7、沙尘等,机械过载：,振动、冲击、恒加速度等,航空电机的工作条件,造成的问题：,绝缘、电气性能变坏;,散热和冷却问题;,直流电机换向困难。,航空电机的工作条件,五、航空电机的特点,满足一定功率下，体积小，重量轻，工作可靠；,重量功率比较小，寿命短（地面电机寿命一般为几十年）;,转速变化范围大，结构和运行情况特殊；,制作工艺复杂、选材优质、造价昂贵。,航空电机的特点,表2-2航空发电机相对重量,航空电机的特点,表2-3 航空电机与地面电机技术数据对照,航空电机的特点,六、航空电机的基本技术要求,电压：,低压直流发电机：28.5V,负极搭铁，单线制,交流发电机：115/200V,高压直流发电机：27
8、0V,频率：400Hz,相数：一般为三相四线制（中线搭铁）。,航空电机的基本技术要求,包括额定数据、工作条件、试验和验收方法等其它数据。,表2-6 我国航空电机基本技术要求,航空电机的基本技术要求,表2-7航空发电机的技术数据,航空电机的基本技术要求,七、国产航空电机介绍及发展趋势,发展趋势：,低压直流电源系统,变速变频交流电源系统（VSVF）,恒速恒频交流电源系统（CSCF）,变速恒频交流电源系统（VSCF）,高压直流电源系统,国产航空电机介绍及发展趋势,低压直流电源系统 高压直流电源系统 恒频交流电源系统（恒速恒频、变速恒频）变频交流电源系统,(主)电源系统一般分类：,国产航空电机介绍及发
9、展趋势,自1914年以来，28V低压直流电源系统，一直沿用至今。发电机容量一般为3kW、6kW、9kW、12kW、18kW。系统主要由直流发电机、调压器、控制保护器等组成。,低压直流电源系统,国产航空电机介绍及发展趋势,低压直流电源系统主要优点,国产航空电机介绍及发展趋势,低压直流电源系统主要缺点,国产航空电机介绍及发展趋势,1946年美国发明恒速传动装置，开辟了航空恒速恒频交流电源的时代。其额定电压为115/200V、频率为400Hz。恒频交流发电机容量一般为20、30、60、90、120、150kVA。,恒速恒频交流电源系统,国产航空电机介绍及发展趋势,恒速恒频交流电源系统主要优点,恒速恒
10、频交流电源系统主要缺点,国产航空电机介绍及发展趋势,上世纪70年代中期，首先在战斗机上得到应用；80年代后，用于民用飞机上。,变速恒频交流电源系统,如F/A-18、F-16C/D、F-20战斗机，A-4、AV-8B攻击机，“湾流”行政飞机，波音737-400飞机。,国产航空电机介绍及发展趋势,变速恒频交流电源系统主要优点,变速恒频交流电源系统主要缺点,国产航空电机介绍及发展趋势,从国外研制的最新型飞机看，有两个发展方向：(1)变频交流电源系统：民用客机 Boeing787：主电源4台250kVA变频起动发电机；A380：主电源4台150kVA变频发电机。,电源系统最新发展方向,国产航空电机介绍
11、及发展趋势,(2)高压直流电源系统：战斗机 主电源2台65kW高压直流发电机；主电源1台250kW高压直流起动发电机。,变频交流电源系统,最早在飞机上使用的交流电源系统。,变频交流电源系统主要优点：,国产航空电机介绍及发展趋势,变频交流电源系统主要缺点：,频率变化范围大。,高压直流电源系统,270V高压直流将是今后战斗机电源的主要发展方向。,高压直流电源系统主要优点：,国产航空电机介绍及发展趋势,高压直流电源系统关键技术：,国产航空电机介绍及发展趋势,低压直流在不断改进和完善；恒速恒频系统已得到广泛应用；变速恒频和高压直流系统发展趋势；变频交流系统在大飞机上开始应用；混合电源则根据用户的需要取
12、舍。,结论,国产航空电机介绍及发展趋势,八、课程主要内容,电磁基础知识 航空变压器 交流电机的绕组、磁势与电势 航空异步电机 航空同步电机 航空直流电机,课程主要内容,课程性质、地位,课程主要内容,高等数学,电路基础,工程数学,大学物理,课程主要内容,知道航空电机在飞行器及其各系统中的地位和作用、发展动态、最新研究成果和理论；理解航空电机的结构组成、工作原理及其基本运行理论；,总体目标要求,课程主要内容,掌握电磁运动的分析方法、航空电机的特性测试和基本的使用维护维修技术；具备应用航空电机学知识解决航空电气系统工程实际问题的基本能力。,总体目标要求,课程主要内容,九、学习方法,分析方法：,学习方
13、法,基本方法和理论,实验和实物解剖,九、学习方法,学习方法,回篇目录,基础知识,几个基本磁物理量之间的关系；基本电磁定律 磁化的过程及磁滞损耗；涡流及涡流损耗。,电机学中的基本电磁理论,掌握电路的基本物理量和基本定律及其在电机学中的主要应用特点；巩固电磁理论基本知识；掌握基本电磁理论在航空电机理论中的应用。,电机学中的基本电磁理论,教学目的及教学思路,一、几个基本电磁量之间的关系,一、几个基本电磁量之间的关系,一、几个基本电磁量之间的关系,（一）磁的基本物理量,一、几个基本电磁量之间的关系,磁感应强度,（二）基本物理量的定义,是表示磁场强弱的一个物理量，符号是，单位是T，它是一个矢量。,磁场的
14、强弱可由位于该磁场中的载流导体所受的电磁力来反映。,一、几个基本电磁量之间的关系,在电机中，气隙中的磁感应强度约为0.4T0.8T；铁芯中的磁感应强度约为1T1.8 T。,一、几个基本电磁量之间的关系,磁感应强度,（二）基本物理量的定义,一、几个基本电磁量之间的关系,磁 通,（二）基本物理量的定义,磁感应强度描述的只是空间每一点的磁场，如果要描述一个给定面上的磁场，就要引入另外一个物理量，叫磁通量，简称磁通，用表示，单位是Wb。,一、几个基本电磁量之间的关系,（二）基本物理量的定义,磁 通,一、几个基本电磁量之间的关系,（二）基本物理量的定义,dS为曲面的单元面积，其面积分为通过曲面的磁通量。
15、,磁 通,一、几个基本电磁量之间的关系,（二）基本物理量的定义,对于看不见的磁场，可用假想的磁力线表示B和的大小。规定磁力线上每一点的切线方向就是B的方向，同时规定通过磁场某点处垂直于的单位面积上的磁力线数目等于该点磁感应强度B的大小。显然：磁场强的地方，磁感应强度大，磁力线密，单位面积内的磁通一定也多；反之亦然。,磁 通,一、几个基本电磁量之间的关系,磁场强度,（二）基本物理量的定义,表征磁场性质的另一个物理量是磁场强度，它也是一 个矢量，用 表示，单位是A/m。,一、几个基本电磁量之间的关系,磁场强度,（二）基本物理量的定义,一、几个基本电磁量之间的关系,磁链、电感与感抗,（二）基本物理量
16、的定义,一、几个基本电磁量之间的关系,磁链、电感与感抗,（二）基本物理量的定义,一、几个基本电磁量之间的关系,磁链、电感与感抗,（二）基本物理量的定义,一、几个基本电磁量之间的关系,电磁力与电磁转矩,（二）基本物理量的定义,一、几个基本电磁量之间的关系,（二）基本物理量的定义,电磁力与电磁转矩,一、几个基本电磁量之间的关系,（三）基本物理量之间的关系,二、磁化的过程及磁滞损耗,电机学中的基本电磁理论,二、磁化的过程及磁滞损耗,二、磁化的过程及磁滞损耗,二、磁化的过程及磁滞损耗,二、磁化的过程及磁滞损耗,二、磁化的过程及磁滞损耗,三、涡流及涡流损耗,电机学中的基本电磁理论,三、涡流及涡流损耗,电
17、机学中的基本电磁理论,电机学中的基本电磁理论,四、基本电磁定律,基本电磁定律,四、基本电磁定律,法拉第电磁感应定律（右手定则）,电生磁，动磁生电。,基本电磁定律,四、基本电磁定律,法拉第电磁感应定律（右手定则）,基本电磁定律,四、基本电磁定律,楞次定律,感应电流所产生的磁通恒为阻止原磁通的变化。,基本电磁定律,四、基本电磁定律,基尔霍夫定律（KCL、KVL）,R-L电路,基本电磁定律,四、基本电磁定律,基尔霍夫定律（KCL、KVL）,R-L-M电路,基本电磁定律,四、基本电磁定律,安培全电流定律,毕萨电磁力定律,基本电磁定律,四、基本电磁定律,能量守恒定律,原理含义 在质量不变的物理系统内，能量总是守恒的。,基本电磁定律,四、基本电磁定律,能量守恒定律,电机中的能量守恒式,基本电磁定律,1、电机所涉及到的磁的基本物理量有哪些？2、电机所涉及到的基本电磁定律有哪些？3、什么是铁磁物质、磁畴、磁化和磁滞损耗？4、什么是涡流与涡流损耗？,返 回,作 业,电机学中的基本电磁理论,
