電機(jī)學(xué)下cht1

1、y.q.xiong 2005-5第1章 導(dǎo)論 第第1章章 導(dǎo)論導(dǎo)論 電機(jī)中的基本電磁定律電機(jī)中的基本電磁定律電機(jī)的基本概念電機(jī)的基本概念電機(jī)的分類電機(jī)的分類電機(jī)中使用的材料電機(jī)中使用的材料渦流與渦流損耗渦流與渦流損耗鐵耗鐵耗 鐵磁材料特性鐵磁材料特性鐵磁材料的磁導(dǎo)率鐵磁材料的磁導(dǎo)率 磁滯與磁滯損耗磁滯與磁滯損耗磁化曲線磁化曲線全電流定律全電流定律電磁感應(yīng)定律電磁感應(yīng)定律電磁力定律電磁力定律 磁路基本定律及其計(jì)算方法磁路基本定律及其計(jì)算方法 磁路基本定律磁路基本定律自感和互感自感和互感磁路計(jì)算方法磁路計(jì)算方法 概述概述y.q.xiong 2005-5第1章 導(dǎo)論 21.1 概述概述 1. 電機(jī)的

2、基本概念電機(jī)的基本概念電機(jī)電機(jī)是依據(jù)電磁感應(yīng)定律和電磁力定律，由電路和磁路構(gòu)是依據(jù)電磁感應(yīng)定律和電磁力定律，由電路和磁路構(gòu)成的能實(shí)現(xiàn)機(jī)電能量轉(zhuǎn)換或信號(hào)傳遞與轉(zhuǎn)換的裝置。成的能實(shí)現(xiàn)機(jī)電能量轉(zhuǎn)換或信號(hào)傳遞與轉(zhuǎn)換的裝置。 e = b l vf = b l i機(jī)械能機(jī)械能電電 能能電路電路磁路磁路y.q.xiong 2005-5第1章 導(dǎo)論 31.1 概述概述 2. 電機(jī)的分類電機(jī)的分類 按運(yùn)動(dòng)方式分類按運(yùn)動(dòng)方式分類按功能分類按功能分類 電機(jī)電機(jī) 電機(jī)電機(jī) y.q.xiong 2005-5第1章 導(dǎo)論 41.1 概述概述 3. 電機(jī)中使用的材料電機(jī)中使用的材料 導(dǎo)電材料：銅線。構(gòu)成電路。導(dǎo)電材料：銅線

3、。構(gòu)成電路。 導(dǎo)磁材料：硅鋼片。構(gòu)成磁路。導(dǎo)磁材料：硅鋼片。構(gòu)成磁路。 結(jié)構(gòu)材料：鑄鐵、鑄鋼和鋼板。承受力。結(jié)構(gòu)材料：鑄鐵、鑄鋼和鋼板。承受力。 絕緣材料：聚酯漆、環(huán)氧樹(shù)脂、玻璃絲帶等。用于導(dǎo)絕緣材料：聚酯漆、環(huán)氧樹(shù)脂、玻璃絲帶等。用于導(dǎo)體之間和各類構(gòu)件之間的絕緣處理。電機(jī)常用絕緣材體之間和各類構(gòu)件之間的絕緣處理。電機(jī)常用絕緣材料按性能劃分為料按性能劃分為a、e、b、f、h、c等等6個(gè)等級(jí)。如個(gè)等級(jí)。如b級(jí)絕緣材料可在級(jí)絕緣材料可在130下長(zhǎng)期使用，超過(guò)下長(zhǎng)期使用，超過(guò)130則很快則很快老老 化，但化，但h級(jí)絕緣材料允許在級(jí)絕緣材料允許在180下長(zhǎng)期使用。下長(zhǎng)期使用。 y.q.xiong 20

4、05-5第1章 導(dǎo)論 51.2 鐵磁材料特性鐵磁材料特性1. 鐵磁材料的磁導(dǎo)率鐵磁材料的磁導(dǎo)率 磁導(dǎo)率的定義磁導(dǎo)率的定義 =b/h 非鐵磁材料的磁導(dǎo)率非鐵磁材料的磁導(dǎo)率 0 = 410-7 h/m 為常數(shù)為常數(shù) 鐵磁材料的磁導(dǎo)率鐵磁材料的磁導(dǎo)率fe fe0 fe為非常數(shù)，隨為非常數(shù)，隨b的變化而變化的變化而變化 存在存在磁飽和現(xiàn)象磁飽和現(xiàn)象：當(dāng)鐵磁材料中的：當(dāng)鐵磁材料中的b達(dá)到一定的程度達(dá)到一定的程度后，隨著后，隨著h的增加，的增加，b的增加逐漸變慢，因此的增加逐漸變慢，因此fe隨著隨著h的增加而減小。的增加而減小。y.q.xiong 2005-5第1章 導(dǎo)論 61.2 鐵磁材料特性鐵磁材料特

5、性2. 磁化曲線磁化曲線 在外磁場(chǎng)在外磁場(chǎng)h作用下，磁感應(yīng)強(qiáng)作用下，磁感應(yīng)強(qiáng)度度b將發(fā)生變化，二者之間的將發(fā)生變化，二者之間的關(guān)系曲線稱為磁化曲線，記關(guān)系曲線稱為磁化曲線，記為為b=f (h)。相應(yīng)地，還可以。相應(yīng)地，還可以描繪磁導(dǎo)率與磁場(chǎng)強(qiáng)度的關(guān)描繪磁導(dǎo)率與磁場(chǎng)強(qiáng)度的關(guān)系曲線，記為系曲線，記為 =f(h),叫做磁叫做磁導(dǎo)率曲線。鐵磁材料的基本導(dǎo)率曲線。鐵磁材料的基本磁化曲線如下圖所示。磁化曲線如下圖所示。y.q.xiong 2005-5第1章 導(dǎo)論 71.2 鐵磁材料特性鐵磁材料特性3. 磁滯與磁滯損耗磁滯與磁滯損耗 磁滯：磁滯：被極化了的鐵磁材料在外磁場(chǎng)被極化了的鐵磁材料在外磁場(chǎng)撤除后，磁

6、疇的排列將不可能完全恢撤除后，磁疇的排列將不可能完全恢復(fù)到原始狀態(tài)，即初始隨機(jī)排列不復(fù)復(fù)到原始狀態(tài)，即初始隨機(jī)排列不復(fù)存在，對(duì)外也就會(huì)顯示出磁性。鐵磁存在，對(duì)外也就會(huì)顯示出磁性。鐵磁材料中這種材料中這種b的變化滯后于的變化滯后于h的變化的變化的現(xiàn)象被稱為磁滯。的現(xiàn)象被稱為磁滯。 磁滯回線磁滯回線：鐵磁材料的交變：鐵磁材料的交變(循環(huán)循環(huán))磁磁化過(guò)程。磁滯回線表明，上升磁化曲化過(guò)程。磁滯回線表明，上升磁化曲線與下降磁化曲線不重合，或者說(shuō)，線與下降磁化曲線不重合，或者說(shuō)，鐵磁材料的磁化過(guò)程是不可逆的。鐵磁材料的磁化過(guò)程是不可逆的。 不同鐵磁材料有不同的磁滯回線，且不同鐵磁材料有不同的磁滯回線，且同

7、一鐵磁材料，同一鐵磁材料，bm愈大，磁滯回線愈大，磁滯回線所包圍的面積也愈大。所包圍的面積也愈大。y.q.xiong 2005-5第1章 導(dǎo)論 81.2 鐵磁材料特性鐵磁材料特性3. 磁滯與磁滯損耗磁滯與磁滯損耗 軟磁材料軟磁材料：磁滯回線很窄的鐵磁材：磁滯回線很窄的鐵磁材料叫軟磁材料，在電機(jī)中常用的有料叫軟磁材料，在電機(jī)中常用的有硅鋼片、鑄鐵、鑄鋼等等。硅鋼片、鑄鐵、鑄鋼等等。 硬磁材料硬磁材料：磁滯回線很寬的鐵磁材：磁滯回線很寬的鐵磁材料，通常稱為硬磁材料或叫料，通常稱為硬磁材料或叫永磁材永磁材料料。電機(jī)中常用的永磁材料有鐵氧。電機(jī)中常用的永磁材料有鐵氧體、稀土鈷、釹鐵硼等。體、稀土鈷、釹

8、鐵硼等。 基本磁化曲線：基本磁化曲線：用不同的用不同的bm值可測(cè)值可測(cè)出不同的磁滯回線，而將所有磁滯出不同的磁滯回線，而將所有磁滯回線在第回線在第象限內(nèi)的頂點(diǎn)連接起來(lái)象限內(nèi)的頂點(diǎn)連接起來(lái)得到的磁化曲線就叫做基本磁化曲得到的磁化曲線就叫做基本磁化曲線或平均磁化曲線。線或平均磁化曲線。y.q.xiong 2005-5第1章 導(dǎo)論 91.2 鐵磁材料特性鐵磁材料特性3. 磁滯與磁滯損耗磁滯與磁滯損耗 磁滯損耗磁滯損耗：鐵磁材料在交變磁場(chǎng)作用下的反復(fù)磁化過(guò)程：鐵磁材料在交變磁場(chǎng)作用下的反復(fù)磁化過(guò)程中，磁疇會(huì)不停轉(zhuǎn)動(dòng)，相互之間會(huì)不斷摩擦，因而就要中，磁疇會(huì)不停轉(zhuǎn)動(dòng)，相互之間會(huì)不斷摩擦，因而就要消耗一定的

9、能量，產(chǎn)生功率損耗。這種損耗稱為磁滯損消耗一定的能量，產(chǎn)生功率損耗。這種損耗稱為磁滯損耗。耗。 磁滯損耗的大小與磁滯損耗與磁滯回線的面積、電流頻磁滯損耗的大小與磁滯損耗與磁滯回線的面積、電流頻率率f和鐵心體積和鐵心體積v成正比。成正比。 由于硅鋼片的磁滯回線面積很小，而且導(dǎo)磁性能好。因由于硅鋼片的磁滯回線面積很小，而且導(dǎo)磁性能好。因此，大多數(shù)電機(jī)、變壓器或普通電器的鐵心都采用硅鋼此，大多數(shù)電機(jī)、變壓器或普通電器的鐵心都采用硅鋼片制成。片制成。y.q.xiong 2005-5第1章 導(dǎo)論 101.2 鐵磁材料特性鐵磁材料特性4. 渦流與渦流損耗渦流與渦流損耗 渦流：渦流：鐵磁材料在交變磁場(chǎng)將有圍

10、繞磁通呈渦旋狀的感鐵磁材料在交變磁場(chǎng)將有圍繞磁通呈渦旋狀的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)和電流產(chǎn)生，簡(jiǎn)稱渦流。應(yīng)電動(dòng)勢(shì)和電流產(chǎn)生，簡(jiǎn)稱渦流。 渦流損耗：渦流損耗：渦流在其流通路徑上的等效電阻中產(chǎn)生的渦流在其流通路徑上的等效電阻中產(chǎn)生的i2r損耗稱為渦流損耗。損耗稱為渦流損耗。 渦流損耗與磁場(chǎng)交變頻率渦流損耗與磁場(chǎng)交變頻率f、厚度、厚度d和最大磁感應(yīng)強(qiáng)度和最大磁感應(yīng)強(qiáng)度bm的平方成正比，與材料的電阻率的平方成正比，與材料的電阻率成反比。成反比。 要減少渦流損耗，首先應(yīng)減小厚度，其次是增加渦流回要減少渦流損耗，首先應(yīng)減小厚度，其次是增加渦流回路中的電阻。電工鋼片中加入適量的硅，制成硅鋼片，路中的電阻。電工鋼片中加入適

11、量的硅，制成硅鋼片，顯著提高電阻率。顯著提高電阻率。y.q.xiong 2005-5第1章 導(dǎo)論 111.2 鐵磁材料特性鐵磁材料特性5. 鐵耗鐵耗 鐵耗：鐵耗：鐵磁材料在交變磁場(chǎng)作用時(shí)，磁滯損耗和渦流損鐵磁材料在交變磁場(chǎng)作用時(shí)，磁滯損耗和渦流損耗是同時(shí)發(fā)生的。因此，在電機(jī)和變壓器的計(jì)算中，當(dāng)耗是同時(shí)發(fā)生的。因此，在電機(jī)和變壓器的計(jì)算中，當(dāng)鐵心內(nèi)的磁場(chǎng)為交變磁場(chǎng)時(shí)，常將磁滯損耗和渦流損耗鐵心內(nèi)的磁場(chǎng)為交變磁場(chǎng)時(shí)，常將磁滯損耗和渦流損耗合在一起來(lái)計(jì)算，并統(tǒng)稱為鐵心損耗，簡(jiǎn)稱鐵耗。合在一起來(lái)計(jì)算，并統(tǒng)稱為鐵心損耗，簡(jiǎn)稱鐵耗。 鐵耗鐵耗 fbm2。其中。其中12，與材料性質(zhì)有關(guān)。與材料性質(zhì)有關(guān)。y.

12、q.xiong 2005-5第1章 導(dǎo)論 121.3 電機(jī)中的基本電磁定律電機(jī)中的基本電磁定律1. 全電流定律全電流定律 全電流定律（安培環(huán)路定全電流定律（安培環(huán)路定律）：磁場(chǎng)強(qiáng)度沿任意的律）：磁場(chǎng)強(qiáng)度沿任意的閉合路徑的線積分等于閉閉合路徑的線積分等于閉合路徑包圍的導(dǎo)體電流的合路徑包圍的導(dǎo)體電流的代數(shù)和。代數(shù)和。 電流是產(chǎn)生磁場(chǎng)的源。電流是產(chǎn)生磁場(chǎng)的源。321iiil dhl dlly.q.xiong 2005-5第1章 導(dǎo)論 131.3 電機(jī)中的基本電磁定律電機(jī)中的基本電磁定律2. 電磁感應(yīng)定律電磁感應(yīng)定律 匝數(shù)為匝數(shù)為n的線圈置于磁場(chǎng)中，的線圈置于磁場(chǎng)中，與線圈交鏈的磁鏈為與線圈交鏈的磁鏈

13、為，只要，只要發(fā)生了變化，線圈內(nèi)就會(huì)感應(yīng)發(fā)生了變化，線圈內(nèi)就會(huì)感應(yīng)出電動(dòng)勢(shì)。出電動(dòng)勢(shì)。 感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)傾向于在線圈內(nèi)產(chǎn)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)傾向于在線圈內(nèi)產(chǎn)生電流，以阻止生電流，以阻止的變化。的變化。 當(dāng)電動(dòng)勢(shì)的正方向與磁通方向當(dāng)電動(dòng)勢(shì)的正方向與磁通方向符合右手螺旋法則，則符合右手螺旋法則，則dtdndtdey.q.xiong 2005-5第1章 導(dǎo)論 141.3 電機(jī)中的基本電磁定律電機(jī)中的基本電磁定律3. 電磁力定律電磁力定律 磁場(chǎng)對(duì)電流的作用是磁場(chǎng)的基本特征之一。對(duì)于長(zhǎng)磁場(chǎng)對(duì)電流的作用是磁場(chǎng)的基本特征之一。對(duì)于長(zhǎng)直載流導(dǎo)體，若磁場(chǎng)與之垂直，則計(jì)算電磁力大小直載流導(dǎo)體，若磁場(chǎng)與之垂直，則計(jì)算電磁力大小的公

14、式為的公式為 f=b l i 。這就是通常所說(shuō)的電磁力定。這就是通常所說(shuō)的電磁力定律，也叫畢奧律，也叫畢奧-薩伐電磁力定律。式中電磁力薩伐電磁力定律。式中電磁力f、磁、磁場(chǎng)場(chǎng)b和載流導(dǎo)體和載流導(dǎo)體 l 的關(guān)系由左手定則確定。普通電機(jī)的關(guān)系由左手定則確定。普通電機(jī)中，中，l 通常沿軸線方向，而通常沿軸線方向，而b沿徑向方向。沿徑向方向。y.q.xiong 2005-5第1章 導(dǎo)論 151.4 磁路基本定律及其計(jì)算方法磁路基本定律及其計(jì)算方法 1. 磁路基本定律磁路基本定律 磁路：磁路：與電路相仿，將磁通比擬為電流，則磁路是磁通與電路相仿，將磁通比擬為電流，則磁路是磁通行經(jīng)的路徑。行經(jīng)的路徑。 磁

15、路歐姆定律磁路歐姆定律 磁動(dòng)勢(shì)磁動(dòng)勢(shì) f = ni磁阻磁阻 rm= l /a l為磁路的長(zhǎng)度，為磁路的長(zhǎng)度，a為鐵心截面積為鐵心截面積磁路歐姆定律：磁路歐姆定律： = f/rmy.q.xiong 2005-5第1章 導(dǎo)論 161.4 磁路基本定律及其計(jì)算方法磁路基本定律及其計(jì)算方法 1. 磁路基本定律磁路基本定律 磁路基爾霍夫第一定律磁路基爾霍夫第一定律 = 0 進(jìn)入或穿出任一封閉進(jìn)入或穿出任一封閉面的總磁通量的代數(shù)面的總磁通量的代數(shù)和等于零，或穿入任和等于零，或穿入任一封閉面的磁通量恒一封閉面的磁通量恒等于穿出該封閉面的等于穿出該封閉面的磁通量。磁通量。圖示的有分支磁路：圖示的有分支磁路：

16、1+2=3y.q.xiong 2005-5第1章 導(dǎo)論 171.4 磁路基本定律及其計(jì)算方法磁路基本定律及其計(jì)算方法 1. 磁路基本定律磁路基本定律 磁路基氏第二定律磁路基氏第二定律 任一閉合磁路上磁動(dòng)任一閉合磁路上磁動(dòng)勢(shì)的代數(shù)和恒等于磁勢(shì)的代數(shù)和恒等于磁壓降的代數(shù)和。壓降的代數(shù)和。回路回路：h1l1+h3l3=n1i1回路回路：-h2l2-h3l3=-n2i2回路回路：h1l1-h2l2=n1i1-n2i2f=ni=hl=rmy.q.xiong 2005-5第1章 導(dǎo)論 181.4 磁路基本定律及其計(jì)算方法磁路基本定律及其計(jì)算方法 1. 磁路基本定律磁路基本定律磁路與電路的比較磁路與電路的比

17、較磁路磁路電路電路磁通磁通 電流電流 i磁動(dòng)勢(shì)磁動(dòng)勢(shì) f 電動(dòng)勢(shì)電動(dòng)勢(shì) e磁阻磁阻 rm電阻電阻 r磁壓降磁壓降 hl電壓降電壓降 u磁導(dǎo)磁導(dǎo) m電導(dǎo)電導(dǎo) g歐姆定律歐姆定律 = f / rm歐姆定律歐姆定律 i=u / r基氏第一定律基氏第一定律 =0基氏第一定律基氏第一定律 i=0基氏第二定律基氏第二定律 f=hl=r 基氏第二定律基氏第二定律 e=u=iry.q.xiong 2005-5第1章 導(dǎo)論 191.4 磁路基本定律及其計(jì)算方法磁路基本定律及其計(jì)算方法 2. 磁路計(jì)算方法磁路計(jì)算方法 給定磁通給定磁通求磁動(dòng)勢(shì)求磁動(dòng)勢(shì)f。 給定磁動(dòng)勢(shì)給定磁動(dòng)勢(shì)f求磁通求磁通。 電機(jī)和變壓器設(shè)計(jì)中的磁路計(jì)算通常屬于第一種類型的電機(jī)和變壓器設(shè)計(jì)中的磁路計(jì)算通常屬于第一種類型的問(wèn)題。對(duì)于第二種類型的問(wèn)題，一般要用迭代法確定，問(wèn)題。對(duì)于第二種類型的問(wèn)題，一般要用迭代法確定，編程由計(jì)算機(jī)完成。磁路歐姆定律編程由計(jì)算機(jī)完成。磁路