《電機及拖動基礎》第二版第一章-緒論

第一節(jié)課程內(nèi)容簡介第二節(jié)基本電磁定律第三節(jié)鐵磁材料特性第四節(jié)磁路基本定律及計算方法第一章緒論第一節(jié)課程內(nèi)容簡介電力拖動系統(tǒng)動力學直流電機直流電動機的起動調(diào)速與四象限運行變壓器交流電機電樞繞組電動勢與磁通勢本書主要內(nèi)容包括：第一節(jié)課程內(nèi)容簡介本書主要內(nèi)容包括：異步電動機異步電動機的各種運行方式分析同步電機現(xiàn)代交流電機調(diào)速技術(shù)微特電機電動機的選擇等第一節(jié)課程內(nèi)容簡介電機學電力拖動電機及拖動基礎第一節(jié)課程內(nèi)容簡介機械能電能發(fā)電機電動機變壓器電能是現(xiàn)代能源的主要形式，易于轉(zhuǎn)換、傳輸、分配和控制。第一節(jié)課程內(nèi)容簡介生產(chǎn)機械電動機電力拖動各種機床軋鋼機械礦山機械紡織機械印刷機械造紙機械化工機械石化機械起重機械家用電器第一節(jié)課程內(nèi)容簡介和諧號動車組通訊衛(wèi)星神舟載人火箭第二節(jié)基本電磁定律基本電磁定律全電流定律電磁感應定律電磁力定律……基本電磁定律是各種電機運行原理的基礎第二節(jié)基本電磁定律一、全電流定律（安培環(huán)路定律）設空間有

根導體，沿任意圍繞這

根導體的閉合路徑對磁場強度的線積分就等于該閉合路徑所包圍的導體電流的代數(shù)和

。圖1.1全電流定律

電流的符號由右手螺旋法則確定，即當導體電流的方向與積分路徑的方向呈右手螺旋關系時，電流為正。第二節(jié)基本電磁定律和兩積分路徑結(jié)果相同：

積分結(jié)果與積分路徑無關，只與閉合路徑內(nèi)包圍的導體電流的大小和方向有關。一、全電流定律（安培環(huán)路定律）圖1.1全電流定律

第二節(jié)基本電磁定律二、電磁感應定律閉合回路中的磁通量隨時間發(fā)生變化，該線圈中必然有感應電勢產(chǎn)生，稱這種現(xiàn)象為電磁感應。

將線圈放置在磁場之中，設線圈交鏈的磁鏈為

。若磁場本身發(fā)生變化或線圈與磁場存在相對運動，使磁鏈

發(fā)生變化，那么線圈就會感應出電動勢。該電動勢會在線圈內(nèi)產(chǎn)生電流，以阻止磁鏈

的變化，稱為楞次定律。第二節(jié)基本電磁定律二、電磁感應定律式中：線圈中的感應電勢將傾向于阻止線圈中磁鏈的變化，其中感應電勢與磁鏈變化滿足下式關系第二節(jié)基本電磁定律圖1.2電磁感應定律

數(shù)學描述為：

設電流的正方向與電動勢的正方向一致，電流方向與磁通方向符合右手螺旋法則。第二節(jié)基本電磁定律在電機中電磁感應現(xiàn)象主要表現(xiàn)在兩個方面：

切割電動勢

線圈與磁場有相對運動，導線切割磁力線時，導線內(nèi)產(chǎn)生感應電動勢。

變壓器電動勢磁通本身就是由交流電流所產(chǎn)生，也就是說磁通本身隨時間在變化著，這樣產(chǎn)生的電勢稱為變壓器電勢。（線圈與磁場相對靜止）第二節(jié)基本電磁定律1.切割電動勢圖1.3右手定則感應電動勢的方向——右手定則。第二節(jié)基本電磁定律2.變壓器電動勢設線圈與磁場相對靜止，與線圈交鏈的磁通隨時間按正弦規(guī)律變化：

于是可得:感應電動勢幅值第二節(jié)基本電磁定律電動勢與磁通的相位關系:電動勢的變化規(guī)律與磁通變化規(guī)律相同，但相位滯后

90°。感應電動勢的有效值：第二節(jié)基本電磁定律三、電磁力定律

將長度為的導體放置在磁感應強度為

的磁場中，通入電流后，導體會受到力的作用，這種力就稱為電磁力，其表達式為：對于長直載流導體，若磁場與之垂直：即電磁力定律，也稱為畢奧-薩伐定律。第二節(jié)基本電磁定律電磁力、磁場和載流導體的關系由左手定則確定。圖1.5左手定則第三節(jié)鐵磁材料特性一、鐵磁材料的磁導率

磁介質(zhì)的磁導率為對于均勻各向同性磁介質(zhì)，和是同方向的。磁場強度矢量磁感應強度非鐵磁材料磁導率均為常數(shù)，且接近真空磁導率第三節(jié)鐵磁材料特性鐵磁材料的磁導率要比非鐵磁材料磁導率大得多。鐵磁材料包括鐵、鈷、鎳以及它們的合金。

電機中常用的鐵磁材料的磁導率第三節(jié)鐵磁材料特性利用磁疇假說，可以分析鐵磁材料具有良好導磁性能的原因。圖1.6鐵磁材科中的磁疇

磁化前磁化后第三節(jié)鐵磁材料特性鐵磁材料的磁化過程圖1.7鐵磁材料的基本磁化曲線在外磁場作用下，磁感應強度將發(fā)生變化，二者之間的關系曲線稱為磁化曲線，表示為。第三節(jié)鐵磁材料特性

磁化曲線可分為四段。第三節(jié)鐵磁材料特性在oa段：外磁場H較弱，B增大速度較慢。第三節(jié)鐵磁材料特性在ab段：隨著H的不斷增加，使B迅速增加。第三節(jié)鐵磁材料特性在bc段：B的增加逐漸緩慢下來，開始出現(xiàn)磁飽和現(xiàn)象。第三節(jié)鐵磁材料特性

c點以后，H再增加，B的增加也很有限，出現(xiàn)了深度飽和現(xiàn)象。第三節(jié)鐵磁材料特性

由于飽和現(xiàn)象在bc段開始出現(xiàn)，磁導率隨H的增加反而變小，因此，在磁導率曲線上有最大值存在。第三節(jié)鐵磁材料特性二、磁滯現(xiàn)象

被磁化了的鐵磁材料在外磁場消失后，磁疇的排列將部分的向原始狀態(tài)恢復，但不可能完全恢復到原始狀態(tài)。鐵磁材料中這種的變化滯后于的變化的現(xiàn)象稱為磁滯現(xiàn)象。磁滯現(xiàn)象是鐵磁材料的另一個特性。第三節(jié)鐵磁材料特性圖1.8鐵磁材料的磁滯回線鐵磁材料循環(huán)磁化過程的磁滯回線：·B的變化總是滯后H的變化·B-H曲線是封閉曲線·上升磁化曲線與下降磁化曲線不重合，鐵磁材料的磁化過程不可逆第三節(jié)鐵磁材料特性對同一鐵磁材料，選擇不同的磁場強度進行反復磁化，可得一系列大小不同的磁滯回線，再將各磁滯回線的頂點聯(lián)接起來，所得的曲線即為基本磁化曲線。圖1.9磁滯回線與基本磁化曲線第三節(jié)鐵磁材料特性磁滯回線很窄的鐵磁材料稱為軟磁材料，在電機中常用的有硅鋼片、鑄鐵、鑄鋼等。磁滯回線很寬的鐵磁材料，通常也形象地稱為硬磁材料或永磁材料。電機常用的永磁材料有鐵氧體、稀土鈷、釹鐵硼等。與軟磁材料相比，硬磁材料的磁導率很小。第三節(jié)鐵磁材料特性鐵磁材料在交變磁場作用下的反復磁化過程中，磁疇會不停地轉(zhuǎn)動，相互之間會不斷摩擦，要消耗一定的能量，產(chǎn)生功率損耗。這種損耗稱為磁滯損耗。第四節(jié)磁路基本定律及計算方法磁場求解磁路求解引入磁路確定磁動勢、磁通和磁路結(jié)構(gòu)的關系磁路基本定律磁路歐姆定律、磁路基爾霍夫第一定律和第二定律等。第四節(jié)磁路基本定律及計算方法一、磁路基本定律

1.磁路歐姆定律

圖1.10閉合磁路示意圖

主磁通漏磁通漏磁通很小可忽略不計第四節(jié)磁路基本定律及計算方法根據(jù)全電流定律有因，而可推得：磁路歐姆定律

磁動勢磁導磁阻磁路歐姆定律表明，磁通量與磁動勢成正比，與磁阻成反比。第四節(jié)磁路基本定律及計算方法2.磁路基爾霍夫第一定律

圖1.11分段磁路示意圖主磁路可分為三段計算。第四節(jié)磁路基本定律及計算方法各段的磁動勢、主磁通、平均磁場強度、磁路長度、截面積、磁導率分別定義如下：分段序號磁動勢主磁通平均磁場強度路徑長截面積磁導率123第四節(jié)磁路基本定律及計算方法由磁通連續(xù)性原理，通過節(jié)點的總磁通的代數(shù)和為零。磁路基爾霍夫第一定律

磁路基爾霍夫第一定律表明，進入或流出任一節(jié)點或閉合面的總磁通量的代數(shù)和等于零。第四節(jié)磁路基本定律及計算方法3.磁路基爾霍夫第二定律

由路徑和構(gòu)成的閉合磁路第四節(jié)磁路基本定律及計算方法又：故：第四節(jié)磁路基本定律及計算方法由和組成的閉合磁路，由全電流定律可得：第四節(jié)磁路基本定律及計算方法綜上：磁路基爾霍夫第二定律

稱為磁壓降，為閉合磁路上磁壓降的代數(shù)和。沿任一閉合磁路上磁動勢的代數(shù)和等于磁壓降的代數(shù)和第四節(jié)磁路基本定律及計算方法磁路基爾霍夫第二定律表明，沿任一閉合磁路上磁動勢的代數(shù)和等于磁壓降的代數(shù)和磁路歐姆定律表明，磁通量與磁動勢成正比，與磁阻成反比。磁路基爾霍夫第一定律表明，進入或流出任一節(jié)點或閉合面的總磁通量的代數(shù)和等于零總結(jié)：第四節(jié)磁路基本定律及計算方法磁路電路磁路非線性電路線性基本物理量及公式單位基本物理量及公式單位磁動勢FA電動勢eV磁通ΦWb電流iA磁通密度BT電流密度jAVΩ歐姆定律i=e/R磁路和電路中有關物理量及基本方程的對應關系如下：第四節(jié)磁路基本定律及計算方法二、磁路計算

磁路計算是電機分析設計中的重要環(huán)節(jié)，包含兩類問題：給定磁通求磁動勢

給定磁動勢求磁通

電機的磁路計算通常屬于第一種類型的問題。對于第二種類型的問題，一般要用迭代法進行計算。第四節(jié)磁路基本定律及計算方法對于一般的磁路，給定磁通求磁動勢的具體步驟如下：1.將磁路分段，保證每段磁路的均勻性；

2.計算各段磁路的截面積和平均長度；

3.根據(jù)給定磁通，確定各段磁路的平均磁感應強度；4.由磁密確定對應的磁場強度；5.計算各段磁路上的磁壓降，并求得所需的磁動勢以上方法亦稱為分段計算法。第四節(jié)磁路基本定律及計算方法迭代法求解：反復給定并修正磁通初值，計算磁動勢；直到與給定磁動勢相等或二者之差小于給定誤差。即：滿足條件的即為所求。對于第二種類型的磁路計算問題，即給定磁動勢求磁通。由于磁路的非線性關系，解決這類問題的常用方法為迭代法。第四節(jié)磁路基本定律及計算方法迭代法實質(zhì)上是將第二類問題轉(zhuǎn)化為第一類問題進行計算，然后根據(jù)結(jié)果進行修正，迭代計算，并逐步逼近理論結(jié)果。

反之，則根據(jù)前面計算結(jié)果，對

進行適當調(diào)整，再重復上述過程繼續(xù)計算，直至計算結(jié)果滿足精度要求。第四節(jié)磁路基本定律及計算方法三、永磁體磁路計算

由于永磁體類硬磁材料性能的不斷提高，在電機和電氣工程中的應用日益廣泛,永磁體磁路分析計算成為必不可少的技術(shù)要求。圖1.12環(huán)形永磁體第四節(jié)磁路基本定律及計算方法圖1.13永磁體退磁曲線

永磁體是利用剩磁而工作的。永磁體工作于圖1.13所示的磁滯回線的去磁段CR，通稱為退磁曲線。第四節(jié)磁路基本定律及計算方法永磁體磁路計算已知磁路尺寸求磁通給定磁通設計永磁體第四節(jié)磁路基本定律及計算方法1.

已知磁路結(jié)構(gòu)，求解氣隙磁通由于氣隙的影響，磁路總磁阻增大，氣隙磁感應強度將低于，相當于產(chǎn)生了去磁作用。實際工作點下移為退磁曲線上的A點。設磁鋼內(nèi)的磁場強度為，氣隙磁場強度為。第四節(jié)磁路基本定律及計算方法由磁路基爾霍夫第二定律有不計邊緣效應并忽略漏磁有：即：故有：第四節(jié)磁路基本定律及計算方法即第四節(jié)磁路基本定律及計算方法

A點即為工作點，相應地，氣隙中的工作磁通為：上式為第象限的直線，斜率為，與退磁曲線的交點為A第四節(jié)磁路基本定律及計算方法工作點A點位于第Ⅱ象限，磁場強度H為負值，說明磁鐵工作時，其內(nèi)的實際磁場與原磁化場方向相反。第四節(jié)磁路基本定律及計算方法

永磁體的工作磁密不但與所用材料的退磁曲線的形狀有關，而且還與磁體長度與氣隙長度的比值有關。愈大則曲線斜率愈大(極限)，就愈接