振動電機學是強電類專業的技術基礎課,是在學習高等數學、物理、工程力學、電磁場、磁路和電路原理的基礎上研究振動電機的工作原理、主要結構、基礎理論、運行特性及試驗方法的一門課程,為電力系統、振動電機設計、自動控制等專業課打基礎。 振動電機是電力系統中的重要組成部分,它的運行狀態直接影響系統的工作;而振動電機原理和 特性又是進行振動電機設計和控制的理論依據。因此,學好振動電機學,對后續專業課的學習至關 重要。 振動電機學與物理、電路及磁路等課程的性質又很不相同。
(1)振動電機學是基礎理論課,又帶有專業性。它具體分析各種類型振動電機,既有理論又有實 際,不像電路及磁路課中分析的電阻、電感、電容,其電路不代表具體的電氣設備。
(2)振動電機學通過對具體振動電機的分析闡述基本電磁規律,具有復雜性和綜合性。各種電、 磁、力、熱和流體等方面的物理定律同時在振動電機中起作用,互相影響又互相制約,必須綜合 考慮。 分析各類振動電機的具體步驟為:
(1)建立實物模型。主要了解振動電機結構。
(2)建立物理模型。分析振動電機內部物理現象,即不同工況下的電、磁關系。
(3)建立數學模型。作出簡化假定,應用基本定律,建立振動電機中的電動勢、磁動勢、功 率和轉矩平衡方式,導出等效電踣。穩態運行時建立代數方程;動態時建立微分方程,也 稱為運動方程。
(4)坐標變換。為便于求解,按照問題的性質,需要對運動方程進行一定的變換。例如 在分析穩態不對稱運行問題時,采用對稱分量變換可以解耦;分析凸極同步振動電機的瞬態過程 時,采用dq0變換可以把變系數微分方程轉換為常系數微分方程等。
(5)求解。根據規定的運行條件,求出方程的解析解或數值解。
(6)分析結果。通過對解答的分析,即可確定所需的運行特性和數據。
(7)研究各類振動電機的特殊問題。如直流振動電機的換向,特殊用途振動電機等。
本課程常用的分析方法有:
(1)疊加原理。應用疊加原理的條件是,所分析的系統必須是線性系統。不計磁飽和 時,可以用疊加原理來分析振動電機內的各個磁場,并得到氣隙合成磁場以及相應的感應電動 勢。對于時間或空間具有周期性變化的量,可利用諧波分析法,將其分成基波和各次諧波, 再將各自的效果疊加起來。
(2)歸算。在變壓器和交流振動電機中,由于繞組的匝數不等、相數不等、頻率不同而引起 的困難,常常用歸算法來解決。歸算時要求滿足特定的約束,例如磁動勢守恒、功率守恒、 磁場儲能守恒等,以達到“等效”的要求。