电机学第一章磁路PPT讲稿.ppt

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1、电机学第一章磁路第1页，共66页，编辑于2022年，星期日一、重点一、重点:1 1、磁路的基本定律磁路的基本定律;2 2、铁磁材料的特性及基本磁化曲线、铁磁材料的特性及基本磁化曲线;3、铁心损耗、铁心损耗.重点与难点重点与难点二、难点二、难点:1 1、磁滞回线；、磁滞回线；2 2、铁心损耗；、铁心损耗；3 3、磁路的计算。、磁路的计算。第2页，共66页，编辑于2022年，星期日首先介绍磁路的几个常用物理量。首先介绍磁路的几个常用物理量。磁感应强度磁感应强度B：表征磁场中某点磁场强弱及方向的物理量，它是一个表征磁场中某点磁场强弱及方向的物理量，它是一个矢量，通常可用磁通密度的概念来理解它。单位为

2、：矢量，通常可用磁通密度的概念来理解它。单位为：T（特）。（特）。磁通磁通：在均匀磁场中在均匀磁场中=BA。单位为。单位为:wb（韦伯）（韦伯）第3页，共66页，编辑于2022年，星期日第一章 磁路 磁场强度磁场强度H：也是一个矢量。也是一个矢量。B=H ，通常可用单位距离上的磁位降，通常可用单位距离上的磁位降的概念来理解它。单位为的概念来理解它。单位为A/m。4.磁导率磁导率：表示物质导磁能力的大小，表示物质导磁能力的大小，铁磁材料的磁导率铁磁材料的磁导率Fe要比非铁磁材料磁导率要比非铁磁材料磁导率大得多。大得多。非铁磁材料磁导率接近真空磁导率非铁磁材料磁导率接近真空磁导率0=410-7 H

3、/m。常用的铁磁材料磁导率常用的铁磁材料磁导率Fe=（20008000）0。第4页，共66页，编辑于2022年，星期日1-11-1磁路的基本定律磁路的基本定律 一、磁路的概念一、磁路的概念:磁路：磁路：磁通所通过的路径磁通所通过的路径.见图。见图。主磁通：主磁通：由于铁心的导磁性能比空气要好得多，所由于铁心的导磁性能比空气要好得多，所以绝大部分磁通将在铁心内通过以绝大部分磁通将在铁心内通过,这部分磁通称为主这部分磁通称为主磁通。磁通。漏磁通：漏磁通：围绕载流线圈、部分铁心和铁心周围的空间，围绕载流线圈、部分铁心和铁心周围的空间，还存在少量分散的磁通，这部分磁通称为漏磁通。还存在少量分散的磁通，

4、这部分磁通称为漏磁通。第5页，共66页，编辑于2022年，星期日 主磁路：主磁路：主磁通所通过的路径。主磁通所通过的路径。漏磁路：漏磁路：漏磁通所通过的路径。漏磁通所通过的路径。励磁线圈：励磁线圈：用以激励磁路中磁通的载流线圈。用以激励磁路中磁通的载流线圈。励磁电流：励磁电流：励磁线圈中的电流。励磁线圈中的电流。直流直流:直流磁路直流磁路 l 例如例如:直流电机直流电机l 交流交流:交流磁路交流磁路l 例如例如:变压器变压器 第6页，共66页，编辑于2022年，星期日二、磁路的基本定律二、磁路的基本定律1 1安培环路定律安培环路定律 定律内容定律内容:沿任何一条闭合回线，磁场强度的线积沿任何一

5、条闭合回线，磁场强度的线积分值恰好等于该闭合回线所包围的总电流值（代数分值恰好等于该闭合回线所包围的总电流值（代数和）。和）。公式公式:附图附图1-2,有有:第7页，共66页，编辑于2022年，星期日 2 2磁路的欧姆定律磁路的欧姆定律 附图附图1-3a 定律内容定律内容:作用在作用在磁路上的磁动势等于磁路内的磁路上的磁动势等于磁路内的 磁通量磁通量乘以磁阻。乘以磁阻。公式公式:式中：式中：相应的相应的模拟模拟电路图电路图1-3b.第8页，共66页，编辑于2022年，星期日 点击书本进入例题点击书本进入例题1-1例例题题第9页，共66页，编辑于2022年，星期日 定律内容定律内容:穿出穿出(或

6、进入或进入)任一闭和面的总磁通量任一闭和面的总磁通量恒等于零恒等于零(或者说或者说,进入任一闭合面的磁通量恒等进入任一闭合面的磁通量恒等于穿出该闭合面的磁通量于穿出该闭合面的磁通量),),这就是磁通连续性定这就是磁通连续性定律。律。公式公式公式公式:又称磁路的并联定律又称磁路的并联定律。3 3磁路的基尔霍夫第一定律磁路的基尔霍夫第一定律附图附图1-41-4第12页，共66页，编辑于2022年，星期日 4 4磁路的基尔霍夫第二定律磁路的基尔霍夫第二定律 定律背景定律背景:磁路计算时，总是把整个磁路分成若干段，每磁路计算时，总是把整个磁路分成若干段，每段为同一材料、相同截面积，且段内磁通密度处处相

7、等，段为同一材料、相同截面积，且段内磁通密度处处相等，从而磁场强度亦处处相等。从而磁场强度亦处处相等。定律内容定律内容:沿任何闭合磁路的总磁动势恒等于各段磁路磁位沿任何闭合磁路的总磁动势恒等于各段磁路磁位降的代数和。降的代数和。公式公式:又称磁路的串联定律。又称磁路的串联定律。附图附图1-51-5第13页，共66页，编辑于2022年，星期日1-2 1-2 常用的铁磁材料及其特性常用的铁磁材料及其特性一、铁磁物质的磁化一、铁磁物质的磁化 铁磁物质包括铁镍钴以及它们的合金。铁磁物质包括铁镍钴以及它们的合金。铁磁材料在外磁场中呈现很强的磁性，此现象称为铁磁材料在外磁场中呈现很强的磁性，此现象称为铁磁

8、物铁磁物质的磁化质的磁化。磁畴示意图磁畴示意图1-61-6。第14页，共66页，编辑于2022年，星期日二、磁化曲线和磁滞回线二、磁化曲线和磁滞回线 1 1起始磁化曲线起始磁化曲线 定义定义:将一块尚未磁化的铁磁材料进行磁化，当磁场将一块尚未磁化的铁磁材料进行磁化，当磁场强度强度H H由零逐渐增大时，磁通密度由零逐渐增大时，磁通密度B B将随之增大，曲线将随之增大，曲线B=f(H)B=f(H)就称为起始磁化曲线就称为起始磁化曲线.曲线附图曲线附图1-7.1-7.分析分析:起始磁化曲线基本上可分为四段起始磁化曲线基本上可分为四段 ,如下如下第15页，共66页，编辑于2022年，星期日第16页，共

9、66页，编辑于2022年，星期日 铁磁材料铁磁材料 磁化曲线见示意磁化曲线见示意图图1-7.1-7.l应用应用:设计电机和变压器时，为使主磁路内得设计电机和变压器时，为使主磁路内得到较大的磁通量而又不过分增大励磁磁动势，到较大的磁通量而又不过分增大励磁磁动势，通常把铁心内的工作磁通密度选择在膝点附近。通常把铁心内的工作磁通密度选择在膝点附近。第17页，共66页，编辑于2022年，星期日 2 2磁滞回线磁滞回线 示意图示意图:图图1-81-8。剩磁剩磁:去掉外磁场之后，铁磁材料内仍然保留的去掉外磁场之后，铁磁材料内仍然保留的 磁通密度磁通密度 。矫顽力矫顽力:要使要使B B值减小到零，必须加上相

10、应的反值减小到零，必须加上相应的反 向外向外磁场，此反向磁场强度磁场，此反向磁场强度HcHc称为矫顽力。称为矫顽力。磁滞磁滞:铁磁材料所具有的这种磁通密度铁磁材料所具有的这种磁通密度B B的变化滞后于磁的变化滞后于磁场强度场强度H H变化的现象。变化的现象。磁滞现象是铁磁材料的另一个特性。磁滞现象是铁磁材料的另一个特性。第18页，共66页，编辑于2022年，星期日 3 3基本磁化曲线基本磁化曲线 定义定义:对同一铁磁材料，选择不同的磁场强度进行对同一铁磁材料，选择不同的磁场强度进行反复磁化，可得一系列大小不同的磁滞回线反复磁化，可得一系列大小不同的磁滞回线,再将各再将各磁滞回线的顶点联接起来，

11、所得的曲线。磁滞回线的顶点联接起来，所得的曲线。附示意图附示意图1-91-9。第19页，共66页，编辑于2022年，星期日三、铁磁材料三、铁磁材料 1 1软磁材料软磁材料 定义定义:磁滞回线窄、剩磁和矫顽力都很小的材料。磁滞回线窄、剩磁和矫顽力都很小的材料。附图附图1-11a1-11a 常用软磁材料常用软磁材料:铸铁、铸钢和硅钢片等。铸铁、铸钢和硅钢片等。软磁材料的磁导率较高软磁材料的磁导率较高,故用以制造电机和变压器的铁心。故用以制造电机和变压器的铁心。第20页，共66页，编辑于2022年，星期日 2 2硬磁硬磁(永磁永磁)材料材料 定义定义:磁滞回线宽、剩磁和矫顽力都很大的铁磁材料称磁滞回

12、线宽、剩磁和矫顽力都很大的铁磁材料称为硬磁材料，又称为永磁材料。为硬磁材料，又称为永磁材料。附图附图1-11b 1-11b 磁性能指标磁性能指标 剩磁剩磁 矫顽力矫顽力 最大磁能积最大磁能积第21页，共66页，编辑于2022年，星期日种类示意图第22页，共66页，编辑于2022年，星期日 四、铁心损耗四、铁心损耗 1 1磁滞损耗磁滞损耗 定义定义:铁磁材料置于交变磁场中时，磁畴相铁磁材料置于交变磁场中时，磁畴相互间不停地摩擦、消耗能量、造成损耗，这种互间不停地摩擦、消耗能量、造成损耗，这种损耗称为磁滞损耗。损耗称为磁滞损耗。公式公式:应用应用:由于硅钢片磁滞回线的面积较小，故由于硅钢片磁滞回线

13、的面积较小，故电机和变压器的铁心常用硅钢片叠成。电机和变压器的铁心常用硅钢片叠成。第23页，共66页，编辑于2022年，星期日 2 2涡流损耗涡流损耗 涡流涡流:当通过铁心的磁通随时间变化时当通过铁心的磁通随时间变化时,根据电根据电磁感应定律磁感应定律,铁心中将产生感应电动势铁心中将产生感应电动势,并引起并引起环流环流,环流在铁心内部围绕磁通作旋涡状流动环流在铁心内部围绕磁通作旋涡状流动 称为涡流。示意图称为涡流。示意图1-121-12。定义定义:涡流在铁心中引起的损耗。涡流在铁心中引起的损耗。公式公式:应用应用:为减小涡流损耗，电机和变压器的铁心都为减小涡流损耗，电机和变压器的铁心都用含硅量

14、较高的薄硅钢片叠成。用含硅量较高的薄硅钢片叠成。第24页，共66页，编辑于2022年，星期日3 3铁心损耗铁心损耗 定义定义:铁心中磁滞损耗和涡流损耗之和。铁心中磁滞损耗和涡流损耗之和。表达式表达式:铁心损耗与频率的铁心损耗与频率的1.31.3次方次方,磁通密度的平方和铁心重磁通密度的平方和铁心重量成正比。量成正比。第25页，共66页，编辑于2022年，星期日一、直流磁路的计算一、直流磁路的计算l导言导言:磁路计算时，通常是先给定磁通量，然后计算所需磁路计算时，通常是先给定磁通量，然后计算所需要的励磁磁动势。对于少数给定励磁磁动势求磁通量的逆要的励磁磁动势。对于少数给定励磁磁动势求磁通量的逆问

15、题，由于磁路的非线性，需要进行试探和多次迭代，才问题，由于磁路的非线性，需要进行试探和多次迭代，才能得到解答。能得到解答。1-3 1-3 磁路的计算磁路的计算第26页，共66页，编辑于2022年，星期日l磁路计算分为两种类型：磁路计算分为两种类型：l1）给定磁通，计算所需的励磁磁动势（正问题）。）给定磁通，计算所需的励磁磁动势（正问题）。l2）给定励磁磁动势，计算磁路内的磁通量（逆问题）。）给定励磁磁动势，计算磁路内的磁通量（逆问题）。l一、正问题计算步骤如下：一、正问题计算步骤如下：将磁路按材料性质和截面尺寸不同分成数段。将磁路按材料性质和截面尺寸不同分成数段。计算各段的有效面积计算各段的有

16、效面积Ak和平均长度和平均长度lk。计算各段磁路的平均磁通密度计算各段磁路的平均磁通密度Bk。根据根据 Bk求出对应的磁场强度求出对应的磁场强度Hk，对铁磁材料查磁化曲，对铁磁材料查磁化曲 线。线。计算出各段的磁压降计算出各段的磁压降Hk lk，求出所需磁动势，求出所需磁动势 Hk lk。第27页，共66页，编辑于2022年，星期日l二、逆问题的计算步骤如下：二、逆问题的计算步骤如下：l l 假定假定。l 按正问题计算步骤，计算出励磁磁动势按正问题计算步骤，计算出励磁磁动势F。l 用用F与给定的励磁磁动势与给定的励磁磁动势F 相比较，如不相等相比较，如不相等 （达不（达不到要求），可按比例重新

17、假定到要求），可按比例重新假定，继续计算，继续计算l ，直到符合要求为止。，直到符合要求为止。l该方法也叫试探法。该方法也叫试探法。l第28页，共66页，编辑于2022年，星期日 1简单串联磁路 定义:不计漏磁影响，仅有一个磁回路的无分支磁路.附图1-13.l 点击书本进入例题1-2例例题题第29页，共66页，编辑于2022年，星期日2简单并联磁路 定义:指考虑漏磁影响，或磁回路有两个以上分支的磁路。点击书本进入例题1-例例题题第32页，共66页，编辑于2022年，星期日二、直流电机的空载磁路和磁化曲线 1.空载磁路及其计算 定义:直流电机的空载磁场是指励磁绕组内通有直流励磁电流时由励磁磁动势

18、单独激励的磁场。2.直流电机的磁化曲线 曲线示意图1-16。电机的磁化曲线体现了电机磁路的非线性，这种非线性使电机运行特性的数学表达复杂化。工程分析中，常用线性分析加上适当修正的办法来考虑非线性的影响。第38页，共66页，编辑于2022年，星期日三、交流磁路的特点 1.交流磁路中，激磁电流是交流，因此磁路中的磁动势及其所激励的磁通均随时间而交变，但每一瞬时仍和直流磁路一样，遵循磁路的基本定律；2.就瞬时值而言，通常情况下，可以使用相同的基本磁化曲线；3.磁通量和磁通密度均用交流的幅值表示，磁动势和磁场强度则用有效值表示。第39页，共66页，编辑于2022年，星期日 交变磁通的效应:(1)磁通量

19、随时间交变，必然会在激磁线圈内产生感应电动势；(2)磁通量随时间交变，必然会在铁心中产生铁心损耗。(3)磁饱和现象会导致电流、磁通和电动势波形的畸变。第40页，共66页，编辑于2022年，星期日l线圈产生的磁链为lL为线圈的电感1-4 电抗与磁导的关系电抗与磁导的关系1.1.电抗与磁导的关系电抗与磁导的关系第41页，共66页，编辑于2022年，星期日l线圈的电抗为l交流电机和变压器中，磁通分为主磁通和漏磁通，对应的电抗分为激磁电抗和漏磁电抗第42页，共66页，编辑于2022年，星期日l（1）磁阻串联时）磁阻串联时磁路由一个磁动势源与磁路由一个磁动势源与2个磁阻串联组成。个磁阻串联组成。2.2.等效电抗等效电抗第43页，共66页，编辑于2022年，星期日l串联后的总磁阻为l总磁导为l总电抗为第44页，共66页，编辑于2022年，星期日l（2）磁阻并联时）磁阻并联时第45页，共66页，编辑于2022年，星期日l并联后的总磁阻为l总磁导为l总电抗为第46页，共66页，编辑于2022年，星期日磁路与电路的对偶性磁路与电路的对偶性l（3）磁阻）磁阻 形联接时形联接时第47页，共66页，编辑于2022年，星期日l作业作业 1-2,1-3,1-4,1-5，1-9小提示:本章内容已结束,及时复习可以巩固学习效果。第48页，共66页，编辑于2022年，星期日