磁路基本定律和鐵磁性材料特性

1、磁路基本定律和鐵磁性材料特性 電機與控制電機與控制 系系 統(tǒng)統(tǒng) 磁路基本定律和鐵磁性材料特性 1 1、本課主要內(nèi)容、本課主要內(nèi)容: : 變壓器變壓器 電電 機機 2 2、本課意義、本課意義: : 本課程為專業(yè)基礎(chǔ)課，為熟悉后續(xù)專業(yè)本課程為專業(yè)基礎(chǔ)課，為熟悉后續(xù)專業(yè) 課程打好理論基礎(chǔ)。課程打好理論基礎(chǔ)。 直流電機直流電機 交流電機交流電機 感應(yīng)電機感應(yīng)電機 同步電機同步電機 勵磁系統(tǒng)分析勵磁系統(tǒng)分析 電機學(xué)電機學(xué) 勵磁功率單元勵磁功率單元 勵磁調(diào)節(jié)器勵磁調(diào)節(jié)器 磁路基本定律和鐵磁性材料特性 3 3、本課程的性質(zhì)、任務(wù)和學(xué)習(xí)方法、本課程的性質(zhì)、任務(wù)和學(xué)習(xí)方法 一、性質(zhì)一、性質(zhì) 專業(yè)技術(shù)基礎(chǔ)課專業(yè)技

2、術(shù)基礎(chǔ)課 二、任務(wù)二、任務(wù) 為學(xué)習(xí)專業(yè)課打下良好的基礎(chǔ)，為分析和排除變壓器、為學(xué)習(xí)專業(yè)課打下良好的基礎(chǔ)，為分析和排除變壓器、 電機和勵磁系統(tǒng)故障提供理論論據(jù)，為適應(yīng)部隊未來的工電機和勵磁系統(tǒng)故障提供理論論據(jù)，為適應(yīng)部隊未來的工 作創(chuàng)造條件。作創(chuàng)造條件。 三、學(xué)習(xí)方法三、學(xué)習(xí)方法 1 1、理論聯(lián)系實際、理論聯(lián)系實際 2 2、注意各類電機和勵磁控制電路的共性、注意各類電機和勵磁控制電路的共性 3 3、重視學(xué)習(xí)能力的培養(yǎng)、重視學(xué)習(xí)能力的培養(yǎng) ，理解為主，理解為主 磁路基本定律和鐵磁性材料特性 電電 機機 學(xué)學(xué) 電力工程教研室電力工程教研室 第第 1 1 講講 磁路基本定律和鐵磁性材料特性 水輪機水輪

3、機 機械能機械能發(fā)電機（發(fā)電機（10.520kV10.520kV）電能）電能升壓升壓變壓器變壓器 汽輪機汽輪機 （110,220,330,500kV110,220,330,500kV）輸電線路輸電線路變壓器變壓器( (降壓降壓)(380V,220V)(380V,220V) 用戶用戶 緒緒 論論 0.1 0.1 電機在國民經(jīng)濟中的作用電機在國民經(jīng)濟中的作用 一、產(chǎn)生、輸送和分配電能一、產(chǎn)生、輸送和分配電能 內(nèi)燃機機械能內(nèi)燃機機械能同步發(fā)電機（電能）同步發(fā)電機（電能）用電裝備，包括（雷達(dá)用電裝備，包括（雷達(dá), , 高炮高炮, ,指揮系統(tǒng)指揮系統(tǒng), ,導(dǎo)彈等）導(dǎo)彈等） 磁路基本定律和鐵磁性材料特性

4、緒緒 論論 血管疏通機血管疏通機 車床車床 醫(yī)療醫(yī)療 辦公設(shè)備辦公設(shè)備 工業(yè)工業(yè) 吊車吊車 醫(yī)療設(shè)備醫(yī)療設(shè)備 采礦采礦 空調(diào)空調(diào) 我們我們 水力排灌水力排灌 冰箱冰箱 家電家電 周圍周圍 農(nóng)業(yè)農(nóng)業(yè) 風(fēng)扇風(fēng)扇 的電的電 農(nóng)副產(chǎn)品加工農(nóng)副產(chǎn)品加工 火控系統(tǒng)火控系統(tǒng) 機機 電車電車 導(dǎo)彈系統(tǒng)導(dǎo)彈系統(tǒng) 國防國防 交通交通 指揮系統(tǒng)指揮系統(tǒng) 電力機車電力機車 雷達(dá)系統(tǒng)雷達(dá)系統(tǒng) 自控系統(tǒng)自控系統(tǒng) 二、我們周圍的電機二、我們周圍的電機 磁路基本定律和鐵磁性材料特性 緒緒 論論 0.2 0.2 電機工業(yè)發(fā)展概況電機工業(yè)發(fā)展概況 一、直流電機的產(chǎn)生和形成一、直流電機的產(chǎn)生和形成 18211821年年 二、交流電

5、機的產(chǎn)生和形成二、交流電機的產(chǎn)生和形成 18321832年年 三、電機理論和設(shè)計、制造技術(shù)的逐步完善三、電機理論和設(shè)計、制造技術(shù)的逐步完善 2020世紀(jì)世紀(jì) 四、電機的發(fā)展新趨勢四、電機的發(fā)展新趨勢 新材料電機，電子電機，超導(dǎo)電機。新材料電機，電子電機，超導(dǎo)電機。 五、我國電機工業(yè)發(fā)展概況五、我國電機工業(yè)發(fā)展概況 產(chǎn)量較低產(chǎn)量較低 產(chǎn)量較高產(chǎn)量較高 工藝技術(shù)落后工藝技術(shù)落后 工藝技術(shù)先進(jìn)工藝技術(shù)先進(jìn) 品種單一品種單一 規(guī)格齊全規(guī)格齊全 單機容量較小單機容量較小 單機容量較大單機容量較大 磁路基本定律和鐵磁性材料特性 緒緒 論論 0.3 0.3 電機所用材料電機所用材料 一、導(dǎo)電材料一、導(dǎo)電材料

6、 二、導(dǎo)磁材料二、導(dǎo)磁材料 三、絕緣材料三、絕緣材料 四、其它結(jié)構(gòu)材料四、其它結(jié)構(gòu)材料 絕緣等級按耐熱強度分絕緣等級按耐熱強度分A A級級E E級級B B級級F F級級H H級級C C級級 最高允許工作溫度最高允許工作溫度105105120120130130155155180180180180 最高允許溫升最高允許溫升606075758080100100135135 磁路基本定律和鐵磁性材料特性 第一章第一章 磁磁 路路 電機、變壓器的工作原理：電磁感應(yīng)原理電機、變壓器的工作原理：電磁感應(yīng)原理 電機：實現(xiàn)機電能量或電信號相互轉(zhuǎn)換的電磁裝置；電機：實現(xiàn)機電能量或電信號相互轉(zhuǎn)換的電磁裝置； 磁路基

7、本定律和鐵磁性材料特性 第一章第一章 磁磁 路路 變壓器：實現(xiàn)電能量或電信號轉(zhuǎn)換的電磁裝置。變壓器：實現(xiàn)電能量或電信號轉(zhuǎn)換的電磁裝置。 磁路基本定律和鐵磁性材料特性 第一章第一章 磁磁 路路 1.1 1.1 磁路的基本定律磁路的基本定律 一、磁路的概念：磁通一、磁路的概念：磁通( (磁力線磁力線) )所經(jīng)過的路徑。所經(jīng)過的路徑。 鐵磁性鐵磁性 材料材料 Fe 磁路基本定律和鐵磁性材料特性 第一章第一章 磁磁 路路 1 1、鐵磁性材料存在的兩個現(xiàn)象：、鐵磁性材料存在的兩個現(xiàn)象： （1 1）磁飽和現(xiàn)象：）磁飽和現(xiàn)象： 磁感應(yīng)強度（磁場密度）磁感應(yīng)強度（磁場密度）B B和外加磁場強度和外加磁場強度H

8、 H的變化不成正比；的變化不成正比； （2 2）磁滯損耗和渦流損耗現(xiàn)象：）磁滯損耗和渦流損耗現(xiàn)象： 磁滯：當(dāng)磁滯：當(dāng)H=0H=0時，時，B0 B0 ; ;交流反復(fù)磁化，分子摩擦，存在磁滯損交流反復(fù)磁化，分子摩擦，存在磁滯損 耗；耗； 渦流：交流反復(fù)磁化渦流：交流反復(fù)磁化 形成渦流損耗。形成渦流損耗。 2 2、磁路的兩種形式：、磁路的兩種形式： （1 1）直流）直流直流磁路直流磁路 （2 2）交流）交流交流磁路交流磁路鐵磁性鐵磁性 材料材料 Fe 磁路基本定律和鐵磁性材料特性 第一章第一章 磁磁 路路 二、磁路的基本定律二、磁路的基本定律 1 1、安培環(huán)路定律：、安培環(huán)路定律： 在磁場中沿任一閉

9、合回路，磁場強度在磁場中沿任一閉合回路，磁場強度H H的線積分等于穿過該回路的線積分等于穿過該回路 所有電流的代數(shù)和。所有電流的代數(shù)和。 L L Hdli HdlHLNiF 磁路基本定律和鐵磁性材料特性 第一章第一章 磁磁 路路 2 2、磁路的歐姆定律：、磁路的歐姆定律： m FR B dABA Bl FNiHll(BH ) A Ni ANA iki ll NA k l 令令 i （磁路不飽和）（磁路不飽和） m l1 R A 磁路基本定律和鐵磁性材料特性 第一章第一章 磁磁 路路 3 3、磁路的基爾霍夫第一定律：、磁路的基爾霍夫第一定律： 0 123 0 （以穿入為負(fù)，穿出為正）（以穿入為負(fù)

10、，穿出為正） 表明：表明： 穿出（或進(jìn)入）任一閉合面的總穿出（或進(jìn)入）任一閉合面的總 磁通量恒等于零。磁通量恒等于零。 磁路基本定律和鐵磁性材料特性 第一章第一章 磁磁 路路 4 4、磁路的基爾霍夫第二定律：、磁路的基爾霍夫第二定律： mm FR 磁動勢磁壓降 m FNiHLR ii mmm FFNi H L H LH LH RRR 1122 1122 磁路基本定律和鐵磁性材料特性 5 5、電磁感應(yīng)定律：、電磁感應(yīng)定律： 當(dāng)穿過導(dǎo)電回路所限定面積中的磁通發(fā)生變化時，在該導(dǎo)當(dāng)穿過導(dǎo)電回路所限定面積中的磁通發(fā)生變化時，在該導(dǎo) 電回路中就產(chǎn)生感應(yīng)電勢及感應(yīng)電流。感應(yīng)電勢的大小正比于電回路中就產(chǎn)生感應(yīng)

11、電勢及感應(yīng)電流。感應(yīng)電勢的大小正比于 磁通對時間的變化率，其真實方向可由楞次定律決定。磁通對時間的變化率，其真實方向可由楞次定律決定。 （1 1）楞次定律：）楞次定律： 變壓器電動勢變壓器電動勢 （2 2）右手定則：）右手定則： 運動電動勢（切割電動勢）運動電動勢（切割電動勢） 6 6、電磁力定律（左手定則）：、電磁力定律（左手定則）： dd eN dtdt Blve fBli 第一章第一章 磁磁 路路 磁路基本定律和鐵磁性材料特性 基本定律及公式基本定律及公式 磁路磁路電路電路磁路磁路電路電路 F FE E=F/R=F/Rm mI=U/RI=U/R I I(KCL)=0(KCL)=0(KCL

12、) I=0(KCL) I=0 R Rm mR R(KVL)Ni= R(KVL)Ni= Rm m(KVL) e= iR(KVL) e= iR G G=1/R=1/Rm mG=1/RG=1/R 第一章第一章 磁磁 路路 三、磁路與電路的對比三、磁路與電路的對比 電電 路路磁磁 路路 電路有電路有I I時就有功率損耗時就有功率損耗磁路中有磁路中有 就有磁路損耗就有磁路損耗 I I在導(dǎo)體中流過在導(dǎo)體中流過, ,導(dǎo)體外無電流導(dǎo)體外無電流 在鐵心中和空氣中流過在鐵心中和空氣中流過 在一定溫度下不變在一定溫度下不變 隨隨B B非線性變化非線性變化 線性電路計算時可疊加線性電路計算時可疊加線性時可疊加，非線性

13、時不可線性時可疊加，非線性時不可 由上可知：磁路和電路形似而非本似。由上可知：磁路和電路形似而非本似。 物理量物理量 磁路基本定律和鐵磁性材料特性 第一章第一章 磁磁 路路 1.2 1.2 常用的鐵磁材料及特性常用的鐵磁材料及特性 一、鐵磁物質(zhì)的磁化一、鐵磁物質(zhì)的磁化 一般認(rèn)為非鐵磁性材料的磁導(dǎo)率一般認(rèn)為非鐵磁性材料的磁導(dǎo)率 = = 0 0 = =441010-7 -7H/mH/m，而，而 Fe Fe 5000 5000 0 0 體積約為體積約為1010-15 -15m m3 3 磁路基本定律和鐵磁性材料特性 第一章第一章 磁磁 路路 二、磁化曲線（起始磁化曲線、磁滯回線、基本磁化曲線）二、磁

14、化曲線（起始磁化曲線、磁滯回線、基本磁化曲線） 1 1、起始磁化曲線、起始磁化曲線 定義：對尚未磁化的鐵磁材料進(jìn)行磁化，其對應(yīng)的定義：對尚未磁化的鐵磁材料進(jìn)行磁化，其對應(yīng)的B=fB=f（H H）叫叫 起始磁化曲線。起始磁化曲線。 特點：特點： 單向磁化：單向磁化： 四段：四段： 膝點：膝點：b b 非線性：非線性： Fe BH Fe B H BH 0 鐵鐵磁磁性性物物質(zhì)質(zhì) 非非鐵鐵磁磁性性物物質(zhì)質(zhì) 磁路基本定律和鐵磁性材料特性 第一章第一章 磁磁 路路 2 2、磁滯回線、磁滯回線 對鐵磁性材料進(jìn)行反對鐵磁性材料進(jìn)行反 復(fù)周期性磁化：復(fù)周期性磁化： 特點：特點： 剩磁剩磁B Br r ： 磁滯現(xiàn)

15、象：磁滯現(xiàn)象： 矯頑力矯頑力H Hc c ： 磁滯回線：磁滯回線： 退磁曲線退磁曲線 磁路基本定律和鐵磁性材料特性 第一章第一章 磁磁 路路 3 3、基本磁化曲線、基本磁化曲線( (平均磁平均磁 化曲線化曲線) ) 基本磁化曲線不是起基本磁化曲線不是起 始磁化曲線，但差別不始磁化曲線，但差別不 大，可近似認(rèn)為兩者相大，可近似認(rèn)為兩者相 同。同。 磁路基本定律和鐵磁性材料特性 第一章第一章 磁磁 路路 三、鐵磁材料的分類三、鐵磁材料的分類 1 1、軟磁材料、軟磁材料 磁滯回線形狀：細(xì)長條形，磁滯回線形狀：細(xì)長條形， 狹窄，面積小，狹窄，面積小， (BH)(BH)max max較小。 較小。 特點

16、：特點：B Br r小，小， 高，易磁化；高，易磁化；H Hc c 小，容易退磁。小，容易退磁。 材料：電工鋼片、硅鋼片、鐵材料：電工鋼片、硅鋼片、鐵 鎳合金、鐵合金氧磁體、純鐵、鎳合金、鐵合金氧磁體、純鐵、 鑄鐵、鑄鋼等。鑄鐵、鑄鋼等。 適用場所：用于電機、變壓器、適用場所：用于電機、變壓器、 電磁鐵等易于被反復(fù)磁化的場所。電磁鐵等易于被反復(fù)磁化的場所。 磁路基本定律和鐵磁性材料特性 第一章第一章 磁磁 路路 2 2、硬磁材料（永磁材料）、硬磁材料（永磁材料） 磁滯回線形狀：闊葉形，較寬。磁滯回線形狀：闊葉形，較寬。 特點：特點：B Br r較大，較大，H Hc c較大，磁滯回較大，磁滯回

17、線較寬，線較寬，(BH)(BH)max max較大。 較大。 材料：鎢鋼、鈷鋼、鋁鎳鈷、鐵氧材料：鎢鋼、鈷鋼、鋁鎳鈷、鐵氧 體、稀土永磁（稀土鈷、釹鐵硼）等。體、稀土永磁（稀土鈷、釹鐵硼）等。 適用場所：用于永久磁鐵。適用場所：用于永久磁鐵。 磁路基本定律和鐵磁性材料特性 第一章第一章 磁磁 路路 四、鐵心損耗四、鐵心損耗鐵磁材料的損耗鐵磁材料的損耗 1 1、磁滯損耗、磁滯損耗p ph h ： 磁化過程中，由于磁疇不斷改變方向，磁化過程中，由于磁疇不斷改變方向， 使磁分子振動加劇，溫度升高，造成能使磁分子振動加劇，溫度升高，造成能 量損耗。量損耗。電器設(shè)備發(fā)熱的原因之電器設(shè)備發(fā)熱的原因之 一。

18、一。無法消除無法消除 2 2、渦流損耗、渦流損耗p pe e ： 渦流使鐵芯發(fā)熱渦流使鐵芯發(fā)熱 ，造成能量損耗。，造成能量損耗。f f 、 B B越高，越高，A A越大，損耗越大。越大，損耗越大。電器設(shè)電器設(shè) 備發(fā)熱的原因之一。備發(fā)熱的原因之一。 消除方法：薄片、絕緣；增大電阻。消除方法：薄片、絕緣；增大電阻。 3 3、鐵心損耗、鐵心損耗 p pFe Fe： ： 電工硅鋼片：電工硅鋼片： ehFe ppp GBfCp mFeFe 23 . 1 A A 磁路基本定律和鐵磁性材料特性 第一章第一章 磁磁 路路 1 1、簡單串聯(lián)磁路、簡單串聯(lián)磁路 例例1-21-2：注意邊緣效應(yīng)問題：注意邊緣效應(yīng)問題

19、 圖圖1-131-13 1.3 1.3 磁路的計算磁路的計算 一、直流磁路的計算一、直流磁路的計算 磁路基本定律和鐵磁性材料特性 第一章第一章 磁磁 路路 2 2、簡單并聯(lián)磁路、簡單并聯(lián)磁路 例例1-31-3：注意邊緣效應(yīng)問題：注意邊緣效應(yīng)問題 圖圖1-141-14 磁路基本定律和鐵磁性材料特性 第一章第一章 磁磁 路路 二、直流電機的空載磁路和磁化曲線二、直流電機的空載磁路和磁化曲線 1 1、典型空載磁路：、典型空載磁路： 主磁通：主磁通： 主極漏磁通：主極漏磁通： 四條互相并聯(lián)的磁路：四條互相并聯(lián)的磁路： 0 f 磁路基本定律和鐵磁性材料特性 第一章第一章 磁磁 路路 2 2、直流電機的磁

20、化曲線：、直流電機的磁化曲線：起始磁化曲線起始磁化曲線 圖圖1-161-16 磁路基本定律和鐵磁性材料特性 第一章第一章 磁磁 路路 三、永磁磁路的計算特點三、永磁磁路的計算特點 典型空載磁路：典型空載磁路： 0 HlHF MM 1 1、特點：、特點： 作為磁動勢源，永久作為磁動勢源，永久 磁鐵對磁路提供的磁動磁鐵對磁路提供的磁動 勢并非是恒值，而是與勢并非是恒值，而是與 外磁路的磁阻有關(guān)。外磁路的磁阻有關(guān)。 圖圖1-171-17 磁路基本定律和鐵磁性材料特性 第一章第一章 磁磁 路路 2 2、幾個概念：、幾個概念： （1 1）工作線：）工作線： （2 2）退磁曲線（去磁曲線）：）退磁曲線（去磁曲線）： （3 3）工作點：）工作點：a a 0 0 ,() () M MMM M MM M M M l HHB AB A AA BBH AA Al H A 磁磁通通連連續(xù)續(xù)性性 M M Al tg A 1 0 () 圖圖1-181-18 退磁曲線退磁曲線 磁路基本定律和鐵磁性材料特性 第一章第一章 磁磁 路路 四、直流磁路和交流磁路的特點對比四、直流磁路和交流磁路的特點對比 ( (一一) )直流磁路的特點直流磁路的特點 1 1、直流磁路的磁化為單向磁化；、直流磁路的磁化為單向磁化； 2 2、直流磁路的磁化曲線即起始磁化曲線；、直流磁路的磁