磁路的基本定律和鐵磁性材料的特性

1、電機(jī)與控制電機(jī)與控制系系 統(tǒng)統(tǒng)電力工程教研室電力工程教研室1、本課主要內(nèi)容、本課主要內(nèi)容: 變壓器變壓器 電電 機(jī)機(jī)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(jī)直流電機(jī)交流電機(jī)交流電機(jī)感應(yīng)電機(jī)感應(yīng)電機(jī)同步電機(jī)同步電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)分析勵(lì)磁系統(tǒng)分析電機(jī)學(xué)電機(jī)學(xué)勵(lì)磁功率單元?jiǎng)?lì)磁功率單元?jiǎng)?lì)磁調(diào)節(jié)器勵(lì)磁調(diào)節(jié)器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

2、和排除變壓器、電機(jī)和勵(lì)磁系統(tǒng)故障提供理論論據(jù)，為適應(yīng)部隊(duì)未來(lái)的工電機(jī)和勵(lì)磁系統(tǒng)故障提供理論論據(jù)，為適應(yīng)部隊(duì)未來(lái)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(shí)際、理論聯(lián)系實(shí)際2 2、注意各類電機(jī)和勵(lì)磁控制電路的共性、注意各類電機(jī)和勵(lì)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，理解為主電電 機(jī)機(jī) 學(xué)學(xué)電力工程教研室電力工程教研室第第 1 講講水輪機(jī)水輪機(jī) 機(jī)械能機(jī)械能發(fā)電機(jī)（發(fā)電機(jī)（10.520kV）電能）電能升壓升壓變壓器變壓器汽輪機(jī)汽輪機(jī)（110,220,330,500kV）輸電線路輸電線路變壓器變壓器( (降壓降壓)()(380V,

3、220V) ) 用戶用戶緒緒 論論0.1 0.1 電機(jī)在國(guó)民經(jīng)濟(jì)中的作用電機(jī)在國(guó)民經(jīng)濟(jì)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(jī)機(jī)械能內(nèi)燃機(jī)機(jī)械能同步發(fā)電機(jī)（電能）同步發(fā)電機(jī)（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）緒緒 論論 血管疏通機(jī)血管疏通機(jī) 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(jī)機(jī) 電車電車 導(dǎo)彈系統(tǒng)導(dǎo)彈系統(tǒng) 國(guó)防

4、國(guó)防 交通交通 指揮系統(tǒng)指揮系統(tǒng) 電力機(jī)車電力機(jī)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(jī)二、我們周圍的電機(jī)緒緒 論論0.2 0.2 電機(jī)工業(yè)發(fā)展概況電機(jī)工業(yè)發(fā)展概況一、一、直流電機(jī)的產(chǎn)生和形成直流電機(jī)的產(chǎn)生和形成 18211821年年二、二、交流電機(jī)的產(chǎn)生和形成交流電機(jī)的產(chǎn)生和形成 18321832年年三、三、電機(jī)理論和設(shè)計(jì)、制造技術(shù)的逐步完善電機(jī)理論和設(shè)計(jì)、制造技術(shù)的逐步完善 2020世紀(jì)世紀(jì)四、四、電機(jī)的發(fā)展新趨勢(shì)電機(jī)的發(fā)展新趨勢(shì) 新材料電機(jī)，電子電機(jī)，超導(dǎo)電機(jī)。新材料電機(jī)，電子電機(jī)，超導(dǎo)電機(jī)。五、五、我國(guó)電機(jī)工業(yè)發(fā)展概況我國(guó)電機(jī)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

5、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(jī)容量較小單機(jī)容量較小 單機(jī)容量較大單機(jī)容量較大 緒緒 論論0.3 0.3 電機(jī)所用材料電機(jī)所用材料 一、導(dǎo)電材料一、導(dǎo)電材料 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(jí)按耐熱強(qiáng)度分絕緣等級(jí)按耐熱強(qiáng)度分A級(jí)級(jí) E級(jí)級(jí)B級(jí)級(jí)F級(jí)級(jí)H級(jí)級(jí)C級(jí)級(jí)最高允許工作溫度最高允許工作溫度105120130155180180最高允許溫升最高允許溫升607580100135第一章第一章 磁磁 路路電機(jī)、變壓器的工作原理：電機(jī)、變壓器的工作原理：電磁感應(yīng)原理電磁感應(yīng)原理電機(jī)

6、：電機(jī)：實(shí)現(xiàn)實(shí)現(xiàn)機(jī)電機(jī)電能量或能量或電電信號(hào)相互轉(zhuǎn)換的信號(hào)相互轉(zhuǎn)換的電磁電磁裝置；裝置；第一章第一章 磁磁 路路變壓器：變壓器：實(shí)現(xiàn)實(shí)現(xiàn)電電能量或能量或電電信號(hào)轉(zhuǎn)換的信號(hào)轉(zhuǎn)換的電磁電磁裝置。裝置。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：一、磁路的概念：磁通磁通( (磁力線磁力線) )所經(jīng)過(guò)的路徑。所經(jīng)過(guò)的路徑。鐵磁性鐵磁性材料材料Fe 第一章第一章 磁磁 路路1 1、鐵磁性材料存在的兩個(gè)現(xiàn)象：、鐵磁性材料存在的兩個(gè)現(xiàn)象： （1 1）磁飽和現(xiàn)象：）磁飽和現(xiàn)象： 磁感應(yīng)強(qiáng)度（磁場(chǎng)密度）磁感應(yīng)強(qiáng)度（磁場(chǎng)密度）B和外加磁場(chǎng)強(qiáng)度和外加磁場(chǎng)強(qiáng)度H的變化不成正的

7、變化不成正比；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：磁滯：當(dāng)當(dāng)H=0時(shí)，時(shí)，B0 ; ;交流反復(fù)磁化，分子摩擦，存在磁滯交流反復(fù)磁化，分子摩擦，存在磁滯損耗；損耗； 渦流：渦流：交流反復(fù)磁化交流反復(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 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(chǎng)中沿任一閉合回路，磁場(chǎng)強(qiáng)度在磁場(chǎng)中沿任一閉合回路，磁場(chǎng)強(qiáng)度H的線積分等于穿過(guò)該回的

8、線積分等于穿過(guò)該回路所有電流的代數(shù)和。路所有電流的代數(shù)和。 LLHdliHdlHLNiF 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：mFR B dABA BlFNiHll(BH )ANi ANAikill NAkl 令令 i （磁路不飽和）（磁路不飽和）ml1RA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：01230 （以穿入為負(fù)，穿出為正）（以穿入為負(fù)，穿出為正） 表明：表明： 穿出（或進(jìn)入）任一閉合面的穿出（或進(jìn)入）任一閉合面的總磁通量恒等于零。總磁通量恒等于零。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

9、基爾霍夫第二定律：mmFR磁動(dòng)勢(shì)磁壓降mFNiHLR iimmmFFNiH LH LH LHRRR11221122 5 5、電磁感應(yīng)定律：、電磁感應(yīng)定律： 當(dāng)穿過(guò)導(dǎo)電回路所限定面積中的磁通發(fā)生變化時(shí)，在該導(dǎo)當(dāng)穿過(guò)導(dǎo)電回路所限定面積中的磁通發(fā)生變化時(shí)，在該導(dǎo)電回路中就產(chǎn)生感應(yīng)電勢(shì)及感應(yīng)電流。感應(yīng)電勢(shì)的大小正比于電回路中就產(chǎn)生感應(yīng)電勢(shì)及感應(yīng)電流。感應(yīng)電勢(shì)的大小正比于磁通對(duì)時(shí)間的變化率，其真實(shí)方向可由楞次定律決定。磁通對(duì)時(shí)間的變化率，其真實(shí)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(dòng)勢(shì)變壓器電動(dòng)勢(shì)（2 2）右手定則：）右手定則： 運(yùn)動(dòng)電動(dòng)勢(shì)（切割電動(dòng)勢(shì)）運(yùn)動(dòng)電動(dòng)勢(shì)（切割電動(dòng)勢(shì)

10、）6 6、電磁力定律（左手定則）：、電磁力定律（左手定則）：ddeNdtdt Blve fBli 第一章第一章 磁磁 路路 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FE=F/RmI=U/RI(KCL)=0(KCL) I=0RmR(KVL)Ni= Rm(KVL) e= iRG=1/RmG=1/R第一章第一章 磁磁 路路三、磁路與電路的對(duì)比三、磁路與電路的對(duì)比電電 路路磁磁 路路電路有電路有I時(shí)就有功率損耗時(shí)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在導(dǎo)體中流過(guò)在導(dǎo)體中流過(guò), ,導(dǎo)體外無(wú)電流導(dǎo)體外無(wú)電流在鐵心中和空氣中流過(guò)在鐵心中和空氣中流過(guò)在一定溫度下不變?cè)谝欢?/p>

11、度下不變 隨隨B非線性變化非線性變化線性電路計(jì)算時(shí)可疊加線性電路計(jì)算時(shí)可疊加線性時(shí)可疊加，非線性時(shí)不可線性時(shí)可疊加，非線性時(shí)不可由上可知：由上可知：磁路和電路形似而非本似。磁路和電路形似而非本似。物理量物理量第一章第一章 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 =410-7H/m，而，而Fe 50000體積約為體積約為10-15m3 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、磁化曲線（起始磁化曲線、磁滯回線、基本磁化曲線） 1 1

12、、起始磁化曲線、起始磁化曲線 定義：定義：對(duì)尚未磁化的鐵磁材料進(jìn)行磁化，其對(duì)應(yīng)的對(duì)尚未磁化的鐵磁材料進(jìn)行磁化，其對(duì)應(yīng)的B=f（H）叫起始磁化曲線。叫起始磁化曲線。 特點(diǎn)：特點(diǎn)： 單向磁化：?jiǎn)蜗虼呕?四段：四段： 膝點(diǎn)：膝點(diǎn)：b 非線性：非線性：FeBH FeBH 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)第一章第一章 磁磁 路路2 2、磁滯回線、磁滯回線 對(duì)鐵磁性材料進(jìn)行反對(duì)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(diǎn)：特點(diǎn)： 剩磁剩磁Br ： 磁滯現(xiàn)象：磁滯現(xiàn)象： 矯頑力矯頑力Hc ： 磁滯回線：磁滯回線：退磁曲線退磁曲線第一章第一章 磁磁 路路3 3、基本磁化曲線、基本磁

13、化曲線( (平均平均磁化曲線磁化曲線) ) 基本磁化曲線基本磁化曲線不是不是起始磁化曲線起始磁化曲線，但差別，但差別不大，可近似認(rèn)為兩者不大，可近似認(rèn)為兩者相同。相同。 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：磁滯回線形狀：細(xì)長(zhǎng)條形，細(xì)長(zhǎng)條形，狹窄，面積小，狹窄，面積小， (BH)max較小較小。 特點(diǎn)：特點(diǎn)：Br小，小，高，易磁化；高，易磁化；Hc小，容易退磁。小，容易退磁。 材料：材料：電工鋼片、硅鋼片、電工鋼片、硅鋼片、鐵鎳合金、鐵合金氧磁體、純鐵、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(chǎng)所：適用場(chǎng)

14、所：用于電機(jī)、變壓用于電機(jī)、變壓器、電磁鐵等易于被反復(fù)磁化的器、電磁鐵等易于被反復(fù)磁化的場(chǎng)所。場(chǎng)所。第一章第一章 磁磁 路路2 2、硬磁材料、硬磁材料（永磁材料）（永磁材料） 磁滯回線磁滯回線形狀：形狀：闊葉形，較寬闊葉形，較寬。 特點(diǎn)：特點(diǎn)：Br較大較大，Hc較大較大，磁滯回磁滯回線較寬線較寬，(BH)max較大較大。 材料：材料：鎢鋼、鈷鋼、鋁鎳鈷、鐵鎢鋼、鈷鋼、鋁鎳鈷、鐵氧體、稀土永磁（稀土鈷、釹鐵硼）氧體、稀土永磁（稀土鈷、釹鐵硼）等。等。 適用場(chǎng)所：適用場(chǎng)所：用于永久磁鐵。用于永久磁鐵。 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、

15、磁滯損耗ph ： 磁化過(guò)程中，由于磁疇不斷改變方向，磁化過(guò)程中，由于磁疇不斷改變方向，使磁分子振動(dòng)加劇，溫度升高，造成能使磁分子振動(dòng)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。一。無(wú)法消除無(wú)法消除 2 2、渦流損耗、渦流損耗pe ： 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 、B越高，越高，A越大越大，損耗越大。，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：消除方法：薄片、絕緣；增大電阻。薄片、絕緣；增大電阻。 3 3、鐵心損耗、鐵心損耗 pFe： 電工硅鋼片：電工硅鋼片：ehFepppGBfCpmFeFe

16、23 . 1A第一章第一章 磁磁 路路1 1、簡(jiǎn)單串聯(lián)磁路、簡(jiǎn)單串聯(lián)磁路 例例1-21-2：注意邊緣效應(yīng)問(wèn)題注意邊緣效應(yīng)問(wèn)題圖圖1-131-131.3 1.3 磁路的計(jì)算磁路的計(jì)算一、直流磁路的計(jì)算一、直流磁路的計(jì)算第一章第一章 磁磁 路路2 2、簡(jiǎn)單并聯(lián)磁路、簡(jiǎn)單并聯(lián)磁路 例例1-31-3：注意邊緣效應(yīng)問(wèn)題注意邊緣效應(yīng)問(wèn)題圖圖1-141-14第一章第一章 磁磁 路路二、直流電機(jī)的空載磁路和磁化曲線二、直流電機(jī)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： 0f 第一章第一章 磁磁 路路2 2、

17、直流電機(jī)的磁化曲線：、直流電機(jī)的磁化曲線：起始磁化曲線起始磁化曲線圖圖1-161-16第一章第一章 磁磁 路路三、永磁磁路的計(jì)算特點(diǎn)三、永磁磁路的計(jì)算特點(diǎn) 典型空載磁路：典型空載磁路：0HlHFMM1 1、特點(diǎn)：、特點(diǎn)： 作為磁動(dòng)勢(shì)源，永作為磁動(dòng)勢(shì)源，永久磁鐵對(duì)磁路提供的磁久磁鐵對(duì)磁路提供的磁動(dòng)勢(shì)并非是恒值，而是動(dòng)勢(shì)并非是恒值，而是與外磁路的磁阻有關(guān)。與外磁路的磁阻有關(guān)。圖圖1-17第一章第一章 磁磁 路路2 2、幾個(gè)概念：、幾個(gè)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(diǎn)：）工作點(diǎn)：a00,()()MMMMMMMMMMlHH

18、B AB AAABBHAAAlHA 磁磁通通連連續(xù)續(xù)性性MMAltgA10() 圖圖1-18退磁曲線退磁曲線第一章第一章 磁磁 路路四、直流磁路和交流磁路的特點(diǎn)對(duì)比四、直流磁路和交流磁路的特點(diǎn)對(duì)比 ( (一一) )直流磁路的特點(diǎn)直流磁路的特點(diǎn) 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；、直流磁路的磁化曲線即起始磁化曲線；3 3、由于磁化后磁路工作穩(wěn)定，所以鐵心損耗較?。?、由于磁化后磁路工作穩(wěn)定，所以鐵心損耗較小；第一章第一章 磁磁 路路( (二二) )交流磁路的特點(diǎn)交流磁路的特點(diǎn) 1 1、交流磁路的磁化為、交流磁路的磁化為反復(fù)周期性反復(fù)周期性磁化；磁化； 2 2、交流磁路的磁化曲線為、交流磁路的磁化曲線為基本磁化曲線基本磁化曲線( (平均磁化曲線平均磁化曲線) )，不是不是起始磁化曲線起始磁化曲線，二者近似等同；，二者近似等同； 3 3、鐵心損耗較大；、鐵心損耗較大； 4 4、磁飽和現(xiàn)象會(huì)導(dǎo)致磁化電流、磁通和感應(yīng)電勢(shì)的波形畸、磁飽和現(xiàn)象會(huì)導(dǎo)致磁化電流、磁通和感應(yīng)電勢(shì)的波形畸變；變； 5 5、磁通量、磁通量和磁通密度和磁通密度B用交流的最值表示，磁動(dòng)勢(shì)用交流的最值表示，磁動(dòng)勢(shì)F和磁場(chǎng)和磁