電機(jī)學(xué) 第一章

電機(jī)學(xué)第一章第1頁，共54頁，2023年，2月20日，星期一一、重點(diǎn):1、磁路的基本定律;2、鐵磁材料的特性及基本磁化曲線;3、鐵心損耗.※重點(diǎn)與難點(diǎn)二、難點(diǎn):

1、磁滯回線；2、鐵心損耗；3、磁路的計(jì)算。第2頁，共54頁，2023年，2月20日，星期一1-1磁路的基本定律

一、磁路的概念:

磁路：磁通所通過的路徑.見圖１－１。

主磁通：由于鐵心的導(dǎo)磁性能比空氣要好得多，所以絕大部分磁通將在鐵心內(nèi)通過,這部分磁通稱為主磁通。

漏磁通：圍繞載流線圈、部分鐵心和鐵心周圍的空間，還存在少量分散的磁通，這部分磁通稱為漏磁通。第3頁，共54頁，2023年，2月20日，星期一

主磁路：主磁通所通過的路徑。

漏磁路：漏磁通所通過的路徑。勵(lì)磁線圈：用以激勵(lì)磁路中磁通的載流線圈。

勵(lì)磁電流：勵(lì)磁線圈中的電流。直流:直流磁路例如:直流電機(jī)交流:交流磁路例如:變壓器

第4頁，共54頁，2023年，2月20日，星期一二、磁路的基本定律1．安培環(huán)路定律

定律內(nèi)容:沿任何一條閉合回線，磁場強(qiáng)度的線積分值恰好等于該閉合回線所包圍的總電流值（代數(shù)和）。

公式:

附圖1-2,有:第5頁，共54頁，2023年，2月20日，星期一

2．磁路的歐姆定律

附圖1-3a

定律內(nèi)容:作用在磁路上的磁動(dòng)勢等于磁路內(nèi)的磁通量乘以磁阻。

公式:

式中：

相應(yīng)的模擬電路圖1-3b.

第6頁，共54頁，2023年，2月20日，星期一

點(diǎn)擊書本進(jìn)入例題1-1例題第7頁，共54頁，2023年，2月20日，星期一

[例1—1]

有一閉合鐵心磁路，鐵心的截面積，磁路的平均長度L=0.3m，鐵心的磁導(dǎo)率，套裝在鐵心上的勵(lì)磁繞組為500匝。試求在鐵心中產(chǎn)生1T的磁通密度時(shí)，所需的勵(lì)磁磁動(dòng)勢和勵(lì)磁電流。？？？第8頁，共54頁，2023年，2月20日，星期一

解用安培環(huán)路定律來求解。磁場強(qiáng)度

磁動(dòng)勢

勵(lì)磁電流

返回第9頁，共54頁，2023年，2月20日，星期一

定律內(nèi)容:穿出(或進(jìn)入)任一閉和面的總磁通量恒等于零(或者說,進(jìn)入任一閉合面的磁通量恒等于穿出該閉合面的磁通量),這就是磁通連續(xù)性定律。

公式:

又稱磁路的并聯(lián)定律。

3．磁路的基爾霍夫第一定律

附圖1-4第10頁，共54頁，2023年，2月20日，星期一

4．磁路的基爾霍夫第二定律

定律背景:磁路計(jì)算時(shí)，總是把整個(gè)磁路分成若干段，每段為同一材料、相同截面積，且段內(nèi)磁通密度處處相等，從而磁場強(qiáng)度亦處處相等。

定律內(nèi)容:沿任何閉合磁路的總磁動(dòng)勢恒等于各段磁路磁位降的代數(shù)和。

公式:

又稱磁路的串聯(lián)定律。

附圖1-5返回第11頁，共54頁，2023年，2月20日，星期一1-2常用的鐵磁材料及其特性一、鐵磁物質(zhì)的磁化

鐵磁物質(zhì)包括鐵鎳鈷以及它們的合金。鐵磁材料在外磁場中呈現(xiàn)很強(qiáng)的磁性，此現(xiàn)象稱為鐵磁物質(zhì)的磁化。

磁疇示意圖1-6。

第12頁，共54頁，2023年，2月20日，星期一二、磁化曲線和磁滯回線

1．起始磁化曲線

定義:將一塊尚未磁化的鐵磁材料進(jìn)行磁化，當(dāng)磁場強(qiáng)度H由零逐漸增大時(shí)，磁通密度B將隨之增大，曲線B=f(H)就稱為起始磁化曲線.

曲線附圖1-7.

分析:起始磁化曲線基本上可分為四段,如下第13頁，共54頁，2023年，2月20日，星期一起始磁化曲線oa段ab段bc段cd段飽和膝點(diǎn)第14頁，共54頁，2023年，2月20日，星期一

鐵磁材料磁化曲線見示意圖1-7.應(yīng)用:

設(shè)計(jì)電機(jī)和變壓器時(shí)，為使主磁路內(nèi)得到較大的磁通量而又不過分增大勵(lì)磁磁動(dòng)勢，通常把鐵心內(nèi)的工作磁通密度選擇在膝點(diǎn)附近。第15頁，共54頁，2023年，2月20日，星期一

2．磁滯回線

示意圖:圖1-8。

剩磁:去掉外磁場之后，鐵磁材料內(nèi)仍然保留的磁通密度。

矯頑力:要使B值從減小到零，必須加上相應(yīng)的反向外磁場，此反向磁場強(qiáng)度Hc稱為矯頑力。

磁滯:鐵磁材料所具有的這種磁通密度B的變化滯后于磁場強(qiáng)度H變化的現(xiàn)象。

磁滯現(xiàn)象是鐵磁材料的另一個(gè)特性。

第16頁，共54頁，2023年，2月20日，星期一

3．基本磁化曲線

定義:對(duì)同一鐵磁材料，選擇不同的磁場強(qiáng)度進(jìn)行反復(fù)磁化，可得一系列大小不同的磁滯回線,再將各磁滯回線的頂點(diǎn)聯(lián)接起來，所得的曲線。

附示意圖1-9。

第17頁，共54頁，2023年，2月20日，星期一三、鐵磁材料

1．軟磁材料

定義:

磁滯回線窄、剩磁和矯頑力都很小的材料。附圖1-11a

常用軟磁材料:鑄鐵、鑄鋼和硅鋼片等。

軟磁材料的磁導(dǎo)率較高,故用以制造電機(jī)和變壓器的鐵心。第18頁，共54頁，2023年，2月20日，星期一

2．硬磁(永磁)材料

定義:磁滯回線寬、剩磁和矯頑力都很大的鐵磁材料稱為硬磁材料，又稱為永磁材料。附圖1-11b

磁性能指標(biāo)剩磁矯頑力最大磁能積第19頁，共54頁，2023年，2月20日，星期一種類示意圖永磁材料種類鑄造型鋁鎳鈷稀土鈷釹鐵硼鐵氧體粉末型鋁鎳鈷第20頁，共54頁，2023年，2月20日，星期一

四、鐵心損耗

1．磁滯損耗

定義:

鐵磁材料置于交變磁場中時(shí)，磁疇相互間不停地摩擦、消耗能量、造成損耗，這種損耗稱為磁滯損耗。

公式:

應(yīng)用:由于硅鋼片磁滯回線的面積較小，故電機(jī)和變壓器的鐵心常用硅鋼片疊成。第21頁，共54頁，2023年，2月20日，星期一

2．渦流損耗

渦流:當(dāng)通過鐵心的磁通隨時(shí)間變化時(shí),根據(jù)電磁感應(yīng)定律,鐵心中將產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢,并引起環(huán)流,環(huán)流在鐵心內(nèi)部圍繞磁通作旋渦狀流動(dòng)稱為渦流。示意圖1-12。

定義:渦流在鐵心中引起的損耗。

公式:

應(yīng)用:為減小渦流損耗，電機(jī)和變壓器的鐵心都用含硅量較高的薄硅鋼片疊成。第22頁，共54頁，2023年，2月20日，星期一3．鐵心損耗

定義:

鐵心中磁滯損耗和渦流損耗之和。

表達(dá)式:鐵心損耗與頻率的1.3次方,磁通密度的平方和鐵心重量成正比。返回第23頁，共54頁，2023年，2月20日，星期一一、直流磁路的計(jì)算導(dǎo)言:

磁路計(jì)算時(shí)，通常是先給定磁通量，然后計(jì)算所需要的勵(lì)磁磁動(dòng)勢。對(duì)于少數(shù)給定勵(lì)磁磁動(dòng)勢求磁通量的逆問題，由于磁路的非線性，需要進(jìn)行試探和多次迭代，才能得到解答。

1-3磁路的計(jì)算第24頁，共54頁，2023年，2月20日，星期一

1．簡單串聯(lián)磁路

定義:不計(jì)漏磁影響，僅有一個(gè)磁回路的無分支磁路.

附圖1-13.

點(diǎn)擊書本進(jìn)入例題1-2例題第25頁，共54頁，2023年，2月20日，星期一[例1—2]

若在例l—l的磁路中，開一個(gè)長度

的氣隙，問鐵心中激勵(lì)1T的磁通密度時(shí)，所需的勵(lì)磁磁動(dòng)勢為多少?已知鐵心截面積，。考慮到氣隙磁場的邊緣效應(yīng)，在計(jì)算氣隙的有效面積時(shí)，通常在長、寬方向務(wù)增加δ值。第26頁，共54頁，2023年，2月20日，星期一解用磁路的基爾霍夫第二定律來求解。鐵心內(nèi)的磁場強(qiáng)度:氣隙磁場強(qiáng)度:鐵心磁位降:氣隙磁位降:勵(lì)磁磁動(dòng)勢:返回第27頁，共54頁，2023年，2月20日，星期一2．簡單并聯(lián)磁路

定義:指考慮漏磁影響，或磁回路有兩個(gè)以上分支的磁路。

點(diǎn)擊書本進(jìn)入例題1-３例題第28頁，共54頁，2023年，2月20日，星期一

[例1—3]

圖1—14a所示并聯(lián)磁路，鐵心所用材料為DR530硅鋼片，鐵心柱和鐵軛的截面積均為，磁路段的平均長度，氣隙長度勵(lì)磁線圈匝數(shù)匝。不計(jì)漏磁通，試求在氣隙內(nèi)產(chǎn)生=1．211T的磁通密度時(shí)，所需的勵(lì)磁電流i。第29頁，共54頁，2023年，2月20日，星期一解：畫出圖l—14b所示模擬電路圖。由于兩條并聯(lián)磁路是對(duì)稱的，故只需計(jì)算其中一個(gè)磁回路即可。根據(jù)磁路基爾霍夫第一定律，得

根據(jù)磁路基爾霍夫第二定律，

由圖1—14a可知、中間鐵心段的磁路長度第30頁，共54頁，2023年，2月20日，星期一左、右兩邊鐵心段的磁路長度均為

(2)中間鐵心段的磁位降磁通密度為(1)氣隙磁位降第31頁，共54頁，2023年，2月20日，星期一中間鐵心段的磁位降為左、右兩邊鐵心段的磁位降為（3）左、右兩邊鐵心的磁位降,磁通密度為第32頁，共54頁，2023年，2月20日，星期一

(4)總磁動(dòng)勢和勵(lì)磁電流返回第33頁，共54頁，2023年，2月20日，星期一二、直流電機(jī)的空載磁路和磁化曲線

1.空載磁路及其計(jì)算

定義:直流電機(jī)的空載磁場是指勵(lì)磁繞組內(nèi)通有直流勵(lì)磁電流時(shí)由勵(lì)磁磁動(dòng)勢單獨(dú)激勵(lì)的磁場。

2.直流電機(jī)的磁化曲線

曲線示意圖1-16。

電機(jī)的磁化曲線體現(xiàn)了電機(jī)磁路的非線性，這種非線性使電機(jī)運(yùn)行特性的數(shù)學(xué)表達(dá)復(fù)雜化。工程分析中，常用線性分析加上適當(dāng)修正的辦法來考慮非線性的影響。

第34頁，共54頁，2023年，2月20日，星期一三、交流磁路的特點(diǎn)

1.交流磁路中，激磁電流是交流，因此磁路中的磁動(dòng)勢及其所激勵(lì)的磁通均隨時(shí)間而交變，但每一瞬時(shí)仍和直流磁路一樣，遵循磁路的基本定律；

2.就瞬時(shí)值而言，通常情況下，可以使用相同的基本磁化曲線；

3.磁通量和磁通密度均用交流的幅值表示，磁動(dòng)勢和磁場強(qiáng)度則用有效值表示。第35頁，共54頁，2023年，2月20日，星期一

交變磁通的效應(yīng):

(1)磁通量隨時(shí)間交變，必然會(huì)在激磁線圈內(nèi)產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢；

(2)磁通量隨時(shí)間交變，必然會(huì)在鐵心中產(chǎn)生鐵心損耗。

(3)磁飽和現(xiàn)象會(huì)導(dǎo)致電流、磁通和電動(dòng)勢波形的畸變。

小提示:本章內(nèi)容已結(jié)束,及時(shí)復(fù)習(xí)可以鞏固學(xué)習(xí)效果。返回第36頁，共54頁，2023年，2月20日，星期一主磁通漏磁通圖1-1變壓器的磁路返回漏磁通漏磁通漏磁通第37頁，共54頁，2023年，2月20日，星期一圖1-2安培環(huán)路定律HL返回第38頁，共54頁，2023年，2月20日，星期一圖1-3無分支鐵心磁路A)無分支鐵心磁路AN

i返回第39頁，共54頁，2023年，2月20日，星期一B)模擬電路圖F返回第40頁，共54頁，2023年，2月20日，星期一圖1-4磁路的基爾霍夫第一定律ANi返回第41頁，共54頁，2023年，2月20日，星期一圖1-5磁路的基爾霍夫第二定律i返回

第42頁，共54頁，2023年，2月20日，星期一圖1-6磁疇(A)未磁化

(B)磁化返回外加磁場H

第43頁，共54頁，2023年，2月20日，星期一BH圖1-7鐵磁材料的起始磁化曲線abcd返回

第44頁，共54頁，2023年，2月20日，星期一圖1-8鐵磁材料的磁滯回線HBabcdef返回

第45頁，共54頁，2023年，2月20日，星期一圖1-9基本磁化曲線基本磁化曲線HB返回

第46頁，共54頁，2023年，2月20日，星期一圖1-11

a）軟磁材料的磁滯曲線B返回A)軟磁材料H

第47頁，共54頁，2023年，2月20日，星期一圖１－１１b）硬磁材料的磁滯曲線返回BHB)硬磁材料