電機拖動1磁路

1、第一章磁 路 磁場和磁路 電機中鐵磁材料的特性 電機理論中常用的基本電磁定律直流磁路的計算小結(jié)1電機是以磁場為媒介，利用電磁感應(yīng)原理實現(xiàn)機械能與電能 之間能量的相互轉(zhuǎn)換的電磁設(shè)備。電機中的路電路磁路電流之路。是主磁通之路。用以引導(dǎo)主磁通，在其限定的范圍內(nèi)形成較強的工作磁場。用以引導(dǎo)電流而產(chǎn)生感應(yīng)電勢。.2主要由磁性物質(zhì)組成，能使磁力線集中通過的路徑，稱為磁路。在鐵心上繞制一個線圈，并給這個線圈通上電流，則產(chǎn)生一個磁場，這種電流稱為勵磁電流。若勵磁電流為直流，則這種磁路稱為直流磁路。若勵磁電流為交流，則這種磁路稱為交流磁路。經(jīng)過磁路閉合的磁通稱為主磁通。(教材圖1-1)部分經(jīng)過磁路，部分不經(jīng)過磁

2、路，或全部不經(jīng)過磁路的磁通，稱為漏磁通。1 磁場和磁路磁場是由電流產(chǎn)生的。.3一、磁感應(yīng)強度磁感應(yīng)強度 是表示磁場內(nèi)某點的磁場強弱和方向的物理量。它是一個向量。磁力線的方向與電流的方向符合右手螺旋法則。單位：特斯拉（T）即：描述磁場的基本物理量：通常用磁力線形象地描述空間磁場的強弱和方向。4二、磁通穿過某一截面S的磁感應(yīng)強度B的通量稱為磁通。即在均勻磁場中，若寫成則磁感應(yīng)強度B在數(shù)值上可以看成與磁場方向相垂直的單位面積所通過的磁通。故B又稱為磁通密度，簡稱磁密。單位：韋伯（Wb）.5三、磁場強度磁場強度 是在作磁場計算時所引用的一個物理量。它也是一個向量。單位：安/米（A/m）6四、磁導(dǎo)率磁導(dǎo)

3、率是一個用來表示磁場媒質(zhì)磁性的物理量。磁感應(yīng)強度 和磁場強度 的關(guān)系可用下式表示由實驗測出：真空中的磁導(dǎo)率0為注意：0是個常數(shù)。7相對磁導(dǎo)率r任何一種物質(zhì)的磁導(dǎo)率和真空的 磁導(dǎo)率的比值。按磁導(dǎo)率的大小，將物質(zhì)材料分為：非磁性材料：磁性材料：即不是常數(shù)，B與H呈現(xiàn)非線性。.如銅、鋁、絕緣材料和木材等。如鐵、鈷、鎳及其合金等。82 電機中鐵磁材料的特性一、高導(dǎo)磁性鐵磁材料內(nèi)部存在著很多很小的強烈磁化了的自發(fā)磁化單元，稱為 磁疇，它有一種特殊的引力。無外磁場時，磁疇排列混亂，磁場互相抵消，對外不顯磁性。在外磁場的作用下，磁疇就順外磁場方向轉(zhuǎn)動，從而顯出磁性。隨著外磁場的增強，磁疇就逐漸轉(zhuǎn)到與外磁場相

4、同的方向上。.9二、磁化曲線將鐵磁材料在外界磁場作用下做磁化試驗：改變勵磁磁動勢的大小，測出磁通密度B與磁場強度H，得到B與H的關(guān)系曲線B=f (H)，稱之為鐵磁材料的磁化曲線。BHO.b膝 點對于鐵磁材料，當(dāng)H較大時B之增加變緩甚至幾乎不增加的現(xiàn)象，稱為磁飽和現(xiàn)象。對于非鐵磁材料，磁導(dǎo)率為常數(shù)，故磁化曲線是一條直線。鐵磁材料的磁化曲線是非線性的。10三、磁滯現(xiàn)象和磁滯損耗鐵磁材料具有如下特點：它的磁化曲線具有飽和性，磁導(dǎo)率 不是常數(shù)，且隨 B 的變化而變化。鐵磁材料被反復(fù)磁化時， B-H 曲線不是單值的，是一條磁滯回線，如圖所示。把不同Hm值的各磁滯回線的頂點連接起來所得的曲線，稱為平均磁化

5、曲線。當(dāng)H減到零時，而B未減到零的現(xiàn)象，即B的變化滯后于磁場強度H變化的現(xiàn)象之稱為磁滯現(xiàn)象。要使剩磁消失，必須反向磁化，即反向施加一個磁場強度，其值稱為矯頑磁場強度Hc，簡稱矯頑力。.此時B所具有的數(shù)值Br ，稱為剩磁感應(yīng)強度，簡稱剩磁。11不同的鐵磁物質(zhì)其磁滯回線寬窄是不同的，當(dāng)鐵磁材料的磁滯回線較窄時，可用它的平均磁化曲線，即基本磁化曲線進行計算。 根據(jù)磁滯回線形狀的不同，鐵磁材料可分為硬磁材料和軟磁材 料。硬磁材料的磁滯回線胖寬，剩磁、矯頑力大，如 鎢 鋼、 鈷鋼等；軟磁材料的磁滯回線瘦窄，剩磁、矯頑力小，如硅 鋼片、鑄鋼等。由于電機鐵芯采用軟磁材料制成，其磁滯回線瘦窄，在進行磁路計算時

6、，為了簡化計算，不考慮磁滯現(xiàn)象，而用基本磁化曲線來表示 B 與 H 之間的關(guān)系，故通常所講的鐵磁材料的磁化曲線是指基本磁化曲線。鐵磁材料在交變磁場的作用下反復(fù)磁化時，內(nèi)部的磁疇不停地 往返倒轉(zhuǎn)，磁疇之間不停地互相摩擦而消耗能量，引起損耗。 這種損耗稱為磁滯損耗。它與磁通的頻率及磁密的幅值關(guān)系為12四、渦流損耗當(dāng)鐵芯中的磁通發(fā)生變化時，根據(jù)電磁感應(yīng)定律，將產(chǎn)生一個電流。此電流在鐵芯內(nèi)的流動狀況呈旋渦狀，故稱之為渦流。渦流在鐵芯電阻上的損耗稱為渦流損耗。渦流損耗與磁通的交變頻率、鐵芯中磁密的幅值、鋼片的電阻及鋼片厚度有關(guān)，可用下式表示：減少鋼片的厚度、增加鋼片的電阻可以減少渦流損耗。鐵芯中的磁滯損

7、耗和渦流損耗合稱為鐵芯損耗，簡稱鐵耗。當(dāng)硅鋼片的厚度和材料一定時，鐵耗與磁通頻率及磁密幅值的關(guān)系為：式中，=1.21.6.133電機理論中常用的基本電磁定律一、全電流定律.磁場強度 沿某封閉曲線的線積分等于貫穿此封閉曲線所圍成面的電流代數(shù)和。又稱為安培環(huán)路定律。電流的正負號要看它的方向與所選封閉曲線的方向是否符合右手螺旋法則而定。符合者取正，反之取負。全電流定律揭示電產(chǎn)生磁的本質(zhì)，闡明電流與其磁場的大小及方向的關(guān)系。14二、磁路基爾霍夫定律1. 磁路基爾霍夫第一定律在磁路的任何一個結(jié)點上，各個分支磁路中磁通的代數(shù)和恒等于零。即.15.2. 磁路基爾霍夫第二定律在磁路中沿任意閉合回路磁壓降的代數(shù)

8、和等于沿該回路磁動勢的代數(shù)和。即磁壓降磁動勢當(dāng)某段磁通的正方向與回路方向一致時，該段的 Hl 即為正，反之為負。當(dāng)勵磁電流的正方向與回路的向符合右手螺旋法則時，則該線圈的 IW 為正，反之為負。勵磁電流勵磁線圈匝數(shù)此定率實際上是安培環(huán)路定律的另一種表達式。16三、磁路歐姆定律F=IW 磁動勢磁 阻 由全電流定律： ，設(shè)均勻無分支磁路，得即.17 磁路磁阻主要取決于磁路的尺寸 和所用材料的磁導(dǎo)率。在使用磁路歐姆定律時，一定要考慮磁路的非線性與線性，且不可亂用。 由于磁性物質(zhì)的磁導(dǎo)率不是常數(shù)， 則由磁性物質(zhì)構(gòu)成的磁路具有非線性磁阻。18四、電磁感應(yīng)定律設(shè)有一匝數(shù)為W的線圈處于磁場中，它所交鏈的磁鏈

9、為則不論由于什么原因，當(dāng)該線圈所交鏈的磁鏈發(fā)生變化時，在線圈內(nèi)就有一感應(yīng)電動勢產(chǎn)生，這種現(xiàn)象稱為電磁感應(yīng)。感應(yīng)電動勢的大小，和該線圈所交鏈的磁鏈變化率成正比。感應(yīng)電動勢的方向，是該電動勢企圖在線圈內(nèi)產(chǎn)生電流所建立的磁通用來阻止線圈中磁通的變化。如果感應(yīng)電動勢的正方向與磁通的正方向符合右手螺旋關(guān)系，則電磁感應(yīng)定律可用下式表示：上式又稱為變壓器電動勢。19五、電磁力定律當(dāng)導(dǎo)體在恒定磁場中運動時，若導(dǎo)體、磁力線和運動方向三者互相垂直，則導(dǎo)體內(nèi)的感應(yīng)電動勢為：其方向可用右手定則確定。上式又稱為旋轉(zhuǎn)電動勢。載流導(dǎo)體在磁場中將受到力的作用，這種力是磁場與電流相互作用所產(chǎn)生的，故稱為電磁力。若磁場與導(dǎo)體相互

10、垂直，則作用在導(dǎo)體上的電磁力為：其方向可用左手定則確定。.204 直流磁路的計算計算步驟：1. 按照材料及截面的不同進行分段；2. 作出中心線，按照所給的尺寸計算出磁路的平均 長度 l1、l2、和截面積S1、S2、；3. 按已知的磁通，計算各段的磁感應(yīng)強度5. 按照磁路基爾霍夫第二定律求出所需要的結(jié)果。4. 從各材料的平均磁化曲線上找出與Bi對應(yīng)的Hi，或者 當(dāng)是常數(shù)時計算出 ；.21例1 一個閉合的均勻鐵芯線圈，其匝數(shù)為300，鐵芯中的磁感應(yīng) 強度為0.9T，磁路的平均長度為45cm，試求： 鐵芯材料為生鐵時線圈中的電流是多少？ 鐵芯材料為D41硅鋼片時線圈中的電流是多少？解：已知B=0.9

11、T查BH曲線，得不同鐵芯材料的磁場強度H為生鐵的H1=7000A/mD41硅鋼片的H2=200A/m由基爾霍夫第二定律 Hl=IW 得例 題22.I例2 有一環(huán)形鐵芯線圈，其內(nèi)徑 為10cm，外徑為15cm，鐵芯 材料為鑄鋼，磁路中有一個 空氣隙，其長度為0.2cm，設(shè) 線圈中通有1A電流，如果要 得到0.9T的磁感應(yīng)強度，試求 線圈的匝數(shù)是多少？解：磁路的平均長度（周長）為 B=0.9T查BH曲線，得H1=800A/m鐵芯中的磁壓降23.根據(jù)基爾霍夫第二定律，有線圈匝數(shù)為24例3 下圖所示的磁路具有勵磁線圈200匝，磁路各部分尺寸 均已在圖中標(biāo)出，其單位為厘米。該磁路用D41硅鋼片迭成。由于

12、考慮迭片間的少許空隙，在計算實際截面時，應(yīng)乘以一個鐵芯迭片系數(shù) k = 0.91，且需考慮氣隙磁通的擴張效應(yīng)?，F(xiàn)要求在此磁路中建立=1.8103 Wb的磁通，問需電流I為多少？0.52436218.54I5.5250.52436218.54I解：首先根據(jù)鐵芯的不同截面，將整個磁路劃分為五段，計算截面積時，以中心線為準(zhǔn)算平均長度。各段的平均長度為26有效厚度 b =幾何厚度鐵芯迭片系數(shù) k b = 5. 5 0.91 = 5cm各截面面積為S1 = 6 5 = 30cm2S2 = 3 5 = 15cm2S3 = 2 5 = 10cm2S4 = 4 5 = 20cm2由于氣隙的存在，產(chǎn)生擴張效應(yīng)，

13、所以氣隙的有效截面積可按下面近似公式計算。若截面積為矩形，邊長為 a 和 b若截面積為園形，半徑為 r則這里則27各段的磁感應(yīng)強度為查BH曲線，可得各段磁場強度為28空氣隙的磁場強度可以直接計算：295 交流磁路的特點交流電流勵磁，磁場發(fā)生變化，形成交流磁路。交變磁場作用下，鐵心中產(chǎn)生損耗。鐵磁材料的非線性特性（交流磁路飽和現(xiàn)象）， 對電機參數(shù)和性能有影響，如磁通、電流、電勢波形變化。 30提 示(習(xí)題1-10)12abcdgfeh1+ 2= (1)選節(jié)點a,根據(jù)基爾霍夫第一定律得：基爾霍夫第二定律得：H1Labcd+ 2H af Laf + H Lfe = i1 (2)H = /Sfe0 (3)查表得B1,進而得1= B1 Sabcd代入(1