电力拖动电机知识-电磁学的基本知识与基本定律.ppt
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1、第1章 电磁学的基本知识与基本定律 电机是实现电能与机械能转换的装置,这种转换是通过电磁场来完成的,只有深入分析电机内部的电磁过程,才能了解电机的各种特性。电磁场的抽象性,增加了该课程的难度第1章 预备知识-电磁学的基本知识与基本定律本章内容:电磁学的基本知识与基本定律;常用磁性材料(铁磁材料与永磁材料)及其特性。1.1 电路的基本定律 基尔霍夫电流定律(KCL):在电路节点上 基尔霍夫电压定律(KVL):在闭合回路中1.2 磁场的基本知识 通电导体周围会产生磁场,磁场是一个矢量。用磁通密度(简称磁密)或磁感应强度)B 描述磁场的强弱。图1.1 磁力线与电流之间的右螺旋关系B的单位为T,特斯拉
2、 为形象描绘磁场的空间分布情况,通常使用磁感应线为形象描绘磁场的空间分布情况,通常使用磁感应线磁力线。磁力线。用带有方向的闭合曲线表示磁力线,曲线上任意点的切线方向表示磁感应强度B B 的方向。通过该点垂直于B的单位面积的磁感应线数目等于该点B的大小。磁力线方向:NS电流与所产生的磁场方向用右手螺旋法则确定。磁感应强度B表示了单位面积上的磁通,故又被称为磁通密度。磁通量磁通量(1-1)对于均匀磁场,若B与S垂直,则上式变为 磁感应强度的通量。即穿过某一截面积S的磁力线总量。单位为:Wb,韦伯若B与S不垂直,S的法线与B的夹角为,则上式变为 磁场强度 H(1-2)介质中某点的磁感应强度B与介质磁
3、导率之比。载流导体会在周围介质中产生磁场形成磁路,同样大小的电流在周围介质中所产生的磁感应强度B的大小会因为介质的磁导率不同而有很大的不同!在磁路计算中,为了计算上的方便,还引入磁场强度H这一辅助物理量。它表示在磁场中,若充满不同的介质,不同质点处的H是相同的,与介质无关;但B会因为介质的不同而不同。H的单位:安/米(A/m);磁导率的单位:亨/米(H/m)真空的磁导率为一常数铁磁材料的磁导率不是常数,一般为铸钢材料的相对磁导率为矽钢材料的相对磁导率为在同样大小的电流下,铁心线圈的磁通比空心线圈的磁通大得多,这就是电机和变压器通常都用铁磁材料来制造的原因。磁动势磁动势:磁链磁链:在电路中,电流
4、I是由电动势E产生的;在磁路中,磁通是由磁动势F产生的。流过线圈电流i与线圈匝数N的乘积。磁阻磁阻:和电路中的电阻一样,磁路中也定义磁阻Rm,它对磁通起阻碍作用其中l为磁路平均长度,s为磁路截面积磁路的欧姆定律磁路的欧姆定律:表示N匝线圈所匝链的总磁通(单位:Wb韦伯)。电生磁,磁变生电1.3 基本电磁定律电生磁的基本定律电生磁的基本定律安培环路定律(磁动势、磁安培环路定律(磁动势、磁压降)压降)磁变生电的基本定律磁变生电的基本定律法拉第电磁感应定律法拉第电磁感应定律 电磁生力基本定律电磁生力基本定律电磁力定律电磁力定律磁路的欧姆定律磁路的欧姆定律1.3.1 电生磁电生磁的基本定律的基本定律安
5、培环路定律安培环路定律(1-3)若闭合磁力线上 H 处处相等,则上式变为:安培环路定律也称全电流定律。是表示电流与所产生的磁场之间关系的定律。设空间有多根载流导体,流过的电流分别为:则沿任何闭合路径l对磁场强度H的线积分,等于该闭合回路所包围的电流的代数和。电流的正负由右手螺旋定则确定。对于例图有:把磁路分成若干段,几何形状相同的为一段。如此,H沿整个磁路的线积分就等于每段磁路磁场强度与磁路长度乘积之和,即:电生磁电生磁的基本定律的基本定律安培环路定律(续)安培环路定律(续)称为第k段磁路的磁压降,F=NI为作用在整个磁路上的磁动势(磁动势的单位:安匝)。对于无分支磁路,由于各段磁路的磁通是相
6、等的,则全电流定理可以写成:注意:在铁磁材料构成的磁路中,由于磁路有饱和非线性现象,Rm不为恒值。故磁路欧姆定律常用作定性分析,不用于定量计算。1.3.2 磁变生电磁变生电的基本定律的基本定律法拉第电磁感应定律法拉第电磁感应定律(1-4)图1.2 磁通与其感应电势的正方向假定电动机惯例设定的参考方向变压器电势:能在线圈中产生感应电动势只有两种情况:一、绕组和磁场无相对位置运动,与绕组相交链的磁链 发生变化而在绕组中产生感应电动势变压器电动势;二、绕组和磁场间有相对位置运动,绕组中的导线切割磁场而产生感应电动势切割电动势。大小与磁链的变化率成正比,方向由楞次定律确定:楞次定律楞次定律楞次定律楞次
7、定律:闭合线圈中感应电流的方向总是使得它自己所产生的磁场反抗原来磁通量的变化。参考正方向:一般先选定的参考参考参考参考方向,再用右手螺旋定则确定e的参考参考参考参考方向。分析分析分析分析:当d/dt0时,e产生的应该与原来的方向相反(指向下),对应的感应电流由X流向A,对应e与参考方向相反,为负;当d/dt0时,e产生的应该与原来的方向相同(指向上),所以e和d/dt总是有相反的符号。磁变生电磁变生电的基本定律的基本定律法拉第电磁感应定律法拉第电磁感应定律(续续)当磁通按正弦规律变化时,即:则式(1-4)变为:若取 为参考相量,则:(1-5)变压器电势:(1-4)=2f图1.3 磁通(t)超前
8、感应电势e(t)90的相量图(1-13)图1.4 感应电势与磁场、导体运动速度之间的右手定则 设磁场的磁感应强度(磁密)为设磁场的磁感应强度(磁密)为设磁场的磁感应强度(磁密)为设磁场的磁感应强度(磁密)为B B,切割磁力线的导体长度,切割磁力线的导体长度,切割磁力线的导体长度,切割磁力线的导体长度为为为为l l,切割速度为,切割速度为,切割速度为,切割速度为v v,三者之间互相垂直,则导线中感应电势大小,三者之间互相垂直,则导线中感应电势大小,三者之间互相垂直,则导线中感应电势大小,三者之间互相垂直,则导线中感应电势大小为:为:为:为:我认识一个老中医,他开的中我认识一个老中医,他开的中我认
9、识一个老中医,他开的中我认识一个老中医,他开的中药调理不错,很有针对性,用药调理不错,很有针对性,用药调理不错,很有针对性,用药调理不错,很有针对性,用过过过过2 2个月,阳痿早射现在完全个月,阳痿早射现在完全个月,阳痿早射现在完全个月,阳痿早射现在完全好了。每次行房都好了。每次行房都好了。每次行房都好了。每次行房都3030分钟以上分钟以上分钟以上分钟以上.我老婆说我现在每次都能满足我老婆说我现在每次都能满足我老婆说我现在每次都能满足我老婆说我现在每次都能满足她!呵呵她!呵呵她!呵呵她!呵呵.他唯心号是:他唯心号是:他唯心号是:他唯心号是:msdf003msdf003,我就是通过这个方,我就是
10、通过这个方,我就是通过这个方,我就是通过这个方式和他联系让他帮我调理的!式和他联系让他帮我调理的!式和他联系让他帮我调理的!式和他联系让他帮我调理的!速度(切割、电机)电势:(1-15)图1.5 通电导体产生的电磁力与电流、磁场之间的左手定则1.3.3 1.3.3 电磁力定律电磁力定律1.3.4 磁路的欧姆定律磁路的欧姆定律图1.6 变压器的简单磁路 通电导体在磁场中受到磁场对它的通电导体在磁场中受到磁场对它的通电导体在磁场中受到磁场对它的通电导体在磁场中受到磁场对它的作用力称为电磁力。也称安培力。设直作用力称为电磁力。也称安培力。设直作用力称为电磁力。也称安培力。设直作用力称为电磁力。也称安
11、培力。设直导线导线导线导线l l与磁感应强度与磁感应强度与磁感应强度与磁感应强度B B的方向垂直,受力的方向垂直,受力的方向垂直,受力的方向垂直,受力方向用左手定则确定。方向用左手定则确定。方向用左手定则确定。方向用左手定则确定。电流所经过的路径称为电路电流所经过的路径称为电路电流所经过的路径称为电路电流所经过的路径称为电路,磁通,磁通,磁通,磁通所经过的路径称为磁所经过的路径称为磁所经过的路径称为磁所经过的路径称为磁路。通常用高磁导率材料组成路。通常用高磁导率材料组成路。通常用高磁导率材料组成路。通常用高磁导率材料组成磁路,通过磁路将磁通约束在磁路,通过磁路将磁通约束在磁路,通过磁路将磁通约
12、束在磁路,通过磁路将磁通约束在特定的路径中。对于均匀磁路:特定的路径中。对于均匀磁路:特定的路径中。对于均匀磁路:特定的路径中。对于均匀磁路:(1-15)其中,定义为磁路的磁阻磁阻。定义为磁导,磁导,反映材料的导磁能力。1.3.4 磁路的欧姆定律磁路的欧姆定律由于式(1-15)与电路的欧姆定律相似,故又称为磁路的欧姆定律。磁路的欧姆定律。根据和式:电感与励磁线圈匝数的平方、磁导率及铁心截面积成正比,与磁路长度成反比。1.3.5 线圈线圈电感电感 在有线圈的电路中,通常把单位电流所产生的磁链定义为线在有线圈的电路中,通常把单位电流所产生的磁链定义为线在有线圈的电路中,通常把单位电流所产生的磁链定
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