電機及拖動-第1章磁路

大連理工大學(xué)電氣工程系第1章磁路1.1磁場的基本物理量1.2物質(zhì)的磁性能1.3磁路的基本定律1.4鐵心線圈電路1.1磁場的基本物理量1.2物質(zhì)的磁性能1.3磁路的基本定律1.4鐵心線圈電路返回主頁電機與拖動大連理工大學(xué)電氣工程系1.1磁場的基本物理量電流的磁場第1章磁路直導(dǎo)線電流的磁場線圈電流的磁場右手螺旋定則大拇指方向表示導(dǎo)線電流方向四指回轉(zhuǎn)方向表示磁感線方向四指回轉(zhuǎn)方向表示線圈電流方向大拇指方向表示線圈內(nèi)部磁感線方向ii大連理工大學(xué)電氣工程系1.磁通Φ

單位：Wb2.磁感應(yīng)強度B

單位：T

在均勻磁場中：B=ΦA(chǔ)Wb/m2

3.磁場強度

H

單位：A/m1.1磁場的基本物理量——

磁通密度大連理工大學(xué)電氣工程系μ0=4π×10－7H/mBH

=H與B的區(qū)別①H∝I，與介質(zhì)的性質(zhì)無關(guān)。②

B與電流的大小和介質(zhì)的性質(zhì)均有關(guān)。4.磁導(dǎo)率

單位：H/m真空中的磁導(dǎo)率:1.1磁場的基本物理量大連理工大學(xué)電氣工程系1.2

物質(zhì)的磁性能

按磁導(dǎo)率分類：非磁性物質(zhì)、磁性物質(zhì)。一、非磁性物質(zhì)

≈

0

1.順磁物質(zhì)（如空氣）：略大于

0

。2.反磁物質(zhì)（如銅）：

略小于

0。二、磁性物質(zhì)1.高導(dǎo)磁性

第1章磁路※鑄鋼：≈1000

0

硅鋼片：≈(6000~7000)

0

坡莫合金：比

0大幾萬倍。

0

大連理工大學(xué)電氣工程系

磁性物質(zhì)內(nèi)部存在著很多很小的“磁疇”。磁疇（磁化前）磁疇（磁化后）

磁性物質(zhì)的高導(dǎo)磁性被廣泛應(yīng)用于變壓器和電機中。1.2物質(zhì)的磁性能大連理工大學(xué)電氣工程系起始磁化曲線BHO2.磁飽和性

≠常數(shù)

磁化曲線（B－H曲線）abcdB=f(H)B=0H1.2物質(zhì)的磁性能大連理工大學(xué)電氣工程系3.磁滯性B的變化總是滯后于H的變化BHOHmBm

剩磁－Hm

矯頑磁力Br

－Hc－BmHc－Br磁滯回線BHO基本磁化曲線1.2物質(zhì)的磁性能大連理工大學(xué)電氣工程系常用磁性材料的基本磁化曲線1.2物質(zhì)的磁性能大連理工大學(xué)電氣工程系(1)

硬磁物質(zhì)

B－H

曲線寬，Br大、Hc大。用于制造永磁鐵。(2)

軟磁物質(zhì)

B－H

曲線窄，Br小、Hc小。用于制造變壓器、電機和電器等的鐵心。(3)矩磁物質(zhì)

B－H

曲線形狀接近矩形，Br大、Hc小。用于計算機中，作記憶單元。

按磁滯回線的不同，磁性物質(zhì)可分為1.2物質(zhì)的磁性能大連理工大學(xué)電氣工程系1.3

磁路的基本定律＋u－ΦΦ主磁通漏磁通磁路i第1章磁路大連理工大學(xué)電氣工程系一、磁路歐姆定律μcAclcμ0A0l0+u－iΦ全電流定律:Bc=ΦA(chǔ)cHc=

Bc

c∮Hdl=I鐵心中：氣隙中：左邊=

∮H

dl

=∮H

dl=Hc

lc＋H

0l0

1.3磁路的基本定律=Φc

Ac

B0=ΦA(chǔ)0Hc=

B0

0=Φ

0

A0

1.恒定磁通的磁路歐姆定律大連理工大學(xué)電氣工程系磁阻:=(Rmc＋Rm0)Φ=RmΦRm=Rmc+Rm0lc

cAc=(＋)Φl0

0A0lc

cAc=＋l0

0A0右邊=

I=NI

=F因此RmΦ

=FΦ

=FRm

磁路歐姆定律1.3磁路的基本定律

NI一定時，因Rm0的存在，使Φ大大減小；

若要保持Φ一定，則需增大磁通勢F。

由于

c0，因此

Rm0

Rmc

。（磁通勢）大連理工大學(xué)電氣工程系2.交變磁通的磁路歐姆定律

磁路歐姆定律：

磁通勢幅值：磁阻抗：其中：磁阻磁抗1.3磁路的基本定律大連理工大學(xué)電氣工程系二、磁路基爾霍夫定律1.磁路基爾霍夫第一定律閉合面i1i2Φ1Φ2Φ3l1l3l2Φ3－Φ1－Φ2

=

0任一閉合面：Φ=02.磁路基爾霍夫第二定律

F1－F2

=∮Hdl

=∮Hdl

=H1l1－H2l2

磁位差Um

Um

=Hl

Um

=

F1.3磁路的基本定律大連理工大學(xué)電氣工程系【例1.3.1】圖示磁路是由兩塊鑄鋼鐵心及它們之間的一段空氣隙構(gòu)成。各部分尺寸為：l0/2=0.5cm，l1=30cm，l2=12cm，A0=A1=10cm2，

A2=8cm2

。線圈中的電流為直流電流。今要求在空氣隙處的磁感應(yīng)強度達到B0=1T，問需要多大的磁通勢？A1A2l1l2l0/2II

解：(1)磁路中的磁通

=B0A0=1×0.001Wb=0.001Wb(2)各段磁路的磁感應(yīng)強度

B0=1TB1==T=1TA10.0010.0011.3磁路的基本定律大連理工大學(xué)電氣工程系B2==T=1.25TA20.0010.0008A1A2l1l2l0/2II(3)各段磁路的磁場強度由磁化曲線查得：

H1

=9.2A/cmH2

=14A/cmH0==A/mB0014×10－7=796000A/m=7960A/cm1.3磁路的基本定律大連理工大學(xué)電氣工程系A(chǔ)1A2l1l2l0/2II(4)各段磁路的磁位差

Um0

=H0l0

=7960×1A=7960AUm1

=H1l1=9.2×30A=276AUm2

=H2l2=14×12A=168A(5)磁通勢

F

=Um0＋Um2＋Um2=(7960＋276＋168)A=8404A1.3磁路的基本定律大連理工大學(xué)電氣工程系【例1.3.2】圖示磁路由硅鋼制成。磁通勢F1=N1I1=F2=N2I2，線圈的繞向及各量的方向如圖所示。磁路左右對稱，具體尺寸為：A1=A2=8cm2，l1=l2=30cm，A3=20cm2，l3=10cm。若已知3=0.002Wb，問兩個線圈的磁通勢各是多少？I2Φ3N2I1N1Φ1Φ2

解：由磁路基爾霍夫定律可得3－2－1=0

Um1＋Um3=F1Um2＋Um3=F2已知：F1=F2，l1=l2

可得：Um1=

Um2l2l3N1l1N2A1A2A31.3磁路的基本定律大連理工大學(xué)電氣工程系即H1l1=H2l2

H1=

H2因此B1=

B21=2

由于1=2=320.0022=Wb=0.001Wb所以B1==T=1.25T

1A10.0018×10－4A1A2A3l2l3N1l1N2I2Φ3N2I1N1Φ1Φ2A1A3A21.3磁路的基本定律大連理工大學(xué)電氣工程系B3==T=1T

3A30.00220×10－4由磁化曲線查得：

H1

=6.5A/mH3

=3A/m最后求得

F1=F2

=Um1＋Um3=H1l1＋H3l3=(6.5×30＋3×10)A=225A1.3磁路的基本定律大連理工大學(xué)電氣工程系1.4鐵心線圈電路一、直流鐵心線圈電路ΦΦ

勵磁

U＋U－I→I→NI→

URI=

線圈的功率：

P=RI2

電壓與電流的關(guān)系:第1章磁路大連理工大學(xué)電氣工程系二、交流鐵心線圈電路1.電磁關(guān)系勵磁：u→i→Ni→Φ→e→eddt=－Ndidt=－Lddt=－Nu=Ri－e－e

Φ的磁路為非線性磁路。設(shè)

=m

sinωt則

e

=－N

mcosωt=Em

sin(

t－90°)1.4鐵心線圈電路＋u－iΦe

e

Φ－

+－

+大連理工大學(xué)電氣工程系E=4.44fNΦm

的磁路為線性磁路。漏電感：NiL

=漏電抗：X=L=2fLE=－j4.44fNΦm漏磁電動勢：E

=－jXIu=uR－e－eσU=UR－Eσ－E=－E＋j

L

I＋RI=－E+(

R＋j

L)I=－E+ZI漏阻抗1.4鐵心線圈電路＋u－iΦe

e

Φ－

+－

+大連理工大學(xué)電氣工程系U=－E

忽略漏阻抗，有U4.44fNΦm=

則當U、f

一定時，Φm

基本不變。2.功率關(guān)系有功功率:P=UIcos=PCu+PFe

銅損耗

鐵損耗=RI2+(Ph+Pe)

磁滯損耗

渦流損耗1.4鐵心線圈電路大連理工大學(xué)電氣工程系(1)磁滯損耗Ph

(2)渦流損耗Pe

ΦΦ

銅損耗使線圈發(fā)熱，鐵損耗使鐵心發(fā)熱。減小鐵損耗的方法：①使用軟磁材料減小Ph

。②增大鐵心的電阻率，減小渦流及其損耗

。③用很薄的硅鋼片疊成鐵心，減小渦流及其損耗

。渦流損耗(a)(b)1.4鐵心線圈電路0.35mm0.30mm0.27mm0.22mm大連理工大學(xué)電氣工程系Ph=Vf∮HdB

磁滯損耗系數(shù)磁場交變的頻率磁感應(yīng)強度最大值鐵心的體積磁滯回線的面積※

電工鋼片:α=1.6~2.3