電機(jī)理論基礎(chǔ) 第1篇 電路與磁路.ppt

1、第一篇 電路與磁路,第一章 電 路,1.1 電路的基爾霍夫定律 1.2 正弦交流電的基本概念 1.3 正弦量的相量表示法 1.4 電路定律的相量形式,內(nèi)容：,1.1 電路的基爾霍夫定律,注意：以上兩個(gè)定律中電壓、電流的正方向的規(guī)定,KCL規(guī)定了電路中任一節(jié)點(diǎn)處電流必須服從的約束關(guān)系，KVL則規(guī)定了電路中任一回路內(nèi)電壓必須服從的約束關(guān)系。這兩個(gè)定律僅與元件的相互連接有關(guān)，與元件本身的性質(zhì)無關(guān)。,1.2 正弦交流電的基本概念,正弦量間的相位關(guān)系：,同頻率正弦量的相位差等于它們的初相角之差，是一個(gè)與時(shí)間無關(guān)的常數(shù) ； 當(dāng)兩個(gè)同頻率正弦量的即時(shí)起點(diǎn)改變時(shí)，它們的初相角也跟著改變，但兩者的相位差仍保持不

2、變，即相位差與計(jì)時(shí)起點(diǎn)無關(guān)。,正弦電流 的三要素為幅值 Im，角頻率 和初相角 i 。,1.2 正弦交流電的基本概念,有效值I，頻率，初相位i也可用來表示正弦量的三要素。工程中使用的交流電氣設(shè)備銘牌上標(biāo)出的額定電流、電壓的數(shù)值均指有效值。常用的交流電壓表、電流表是有效值表，其上標(biāo)出的數(shù)值也為有效值。,有效值（均方根值 ） 正弦量的有效值為其振幅的 倍，與正弦量的頻率和初相位無關(guān)。根據(jù)這一關(guān)系常將正弦量i的表達(dá)式改寫成如下形式,1.3 正弦量的相量表示法,正弦量的相量圖,1.3 正弦量的相量表示法,1.4 電路定律的相量形式,第二章 磁 路,2.1 描述磁場(chǎng)的基本物理量和磁路的概念 2.2 磁路

3、的基本定律 2.3 磁路和電路的類比和區(qū)別 2.4 電機(jī)中常用的基本電磁定律 2.5 常用的鐵磁材料及其特性,內(nèi)容：,2.1 描述磁場(chǎng)的基本物理量和磁路的概念,描述電機(jī)中的磁場(chǎng)問題時(shí)，常用磁感應(yīng)強(qiáng)度B 、磁通、磁導(dǎo)率及磁場(chǎng)強(qiáng)度 H 等物理量。,磁通所走過的路徑稱為磁路,2.2 磁路的基本定律,1. 全電流定律（安培環(huán)路定律） 沿著任何一條閉合回線L，磁場(chǎng)強(qiáng)度H的線積分值恰好等于該閉合回路所包圍的總電流(電流代數(shù)和)，這就是安培環(huán)路定律。,電流的正方向與閉合回線L的環(huán)行方向符合右手螺旋關(guān)系，i 取正號(hào)，否則 i 取負(fù)號(hào)。,2.2 磁路的基本定律,2. 磁路的歐姆定律 作用在磁路上的磁勢(shì)F等于磁路

4、內(nèi)的磁通量乘以磁阻Rm，稱為磁路的歐姆定律。,2.2 磁路的基本定律,3. 磁路的基爾霍夫第一定律 進(jìn)入任一閉合曲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。稱該定律為磁路的基爾霍夫第一定律。,注意式中磁通正方向的規(guī)定,2.2 磁路的基本定律,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(chǎng)強(qiáng)度亦處處相等。 定律內(nèi)容: 沿任何閉合磁路的總磁勢(shì)恒等于各段磁路磁位降的代數(shù)和。,例題,例： 有一閉合鐵心磁路，鐵心的截面積A=3310-4m2 ，磁路的平均長(zhǎng)l=0.3m，鐵心的磁導(dǎo)率Fe=500

5、00 ，套裝在鐵心上的勵(lì)磁繞組為500匝。現(xiàn)在開一個(gè)長(zhǎng)度l510-4m的氣隙，試求在鐵心中產(chǎn)生1T的磁通密度時(shí)，所需的勵(lì)磁磁勢(shì)？考慮到氣隙磁場(chǎng)的邊緣效應(yīng)，計(jì)算氣隙的有效面積時(shí)，通常在長(zhǎng)、寬方向各增加一個(gè)l值。,用磁路的基爾霍夫第二定律求解,注意：氣隙雖然很短，但其磁位降卻占整個(gè)磁路磁位降的89%。,2.3 磁路和電路的類比,基本物理量,基本定律,2.3 磁路和電路的類比,電路與磁路的區(qū)別：,(1)電路中有電流流過時(shí)，就有功率損耗I2R；而在直流磁路中，維持一定的磁通量 時(shí)，鐵心中沒有功率損耗； (2)在電路中可以認(rèn)為電流全部在導(dǎo)線中流通，導(dǎo)線外幾乎沒有電流；在磁路中，則沒有絕對(duì)的磁絕緣體，除了

6、鐵心中的磁通之外，實(shí)際上總有相當(dāng)一部分漏磁通散布在周圍空氣中； (3)電路中導(dǎo)體的電阻率在一定溫度下變化不大；磁路中鐵心的磁導(dǎo)率不是一個(gè)常數(shù)，是磁通密度的函數(shù)； (4)對(duì)線性電路，計(jì)算時(shí)可以應(yīng)用疊加原理；但鐵心磁路在飽和時(shí)為非線性，疊加原理不適用。,2.4 電機(jī)中常用的基本電磁定律,1. 電磁感應(yīng)定律,相量圖表示 波形圖表示,電勢(shì)與磁通的相位關(guān)系：設(shè),2.4 電機(jī)中常用的基本電磁定律,2. 電磁力定律,磁場(chǎng)對(duì)電流有力的作用是磁場(chǎng)的基本特征之一（實(shí)際是磁場(chǎng)間的作用力）。實(shí)驗(yàn)表明，將長(zhǎng)度為l的導(dǎo)體置于磁場(chǎng)B中，通入電流i后，導(dǎo)體會(huì)受到力的作用，稱為電磁力。若磁場(chǎng)與導(dǎo)體互相垂直，則作用在導(dǎo)體上的電磁

7、力為 F=Bli,在旋轉(zhuǎn)電機(jī)里，作用在轉(zhuǎn)子載流導(dǎo)體上的電磁力將使轉(zhuǎn)子受到一個(gè)力矩（等于電磁力乘以轉(zhuǎn)子半徑），這個(gè)力矩稱為電磁轉(zhuǎn)矩。電磁轉(zhuǎn)矩在電機(jī)進(jìn)行機(jī)電能量轉(zhuǎn)換的過程中起著重要的作用。,式中電磁力F、磁場(chǎng)B和載流導(dǎo)體l的方向關(guān)系由左手定則確定。,2.5 常用的鐵磁材料及其特性,1. 鐵磁材料的磁化,鐵磁材料包括鐵、鎳、鉆等以及它們的合金。將這些材料放入磁場(chǎng)后，材料內(nèi)的磁場(chǎng)會(huì)顯著增強(qiáng)。 鐵磁材料在外磁場(chǎng)中呈現(xiàn)很強(qiáng)的磁性，此現(xiàn)象稱為鐵磁材料的磁化現(xiàn)象 。 鐵磁材料能被磁化，可用磁疇理論來解釋 。,未磁化的鐵磁材料 磁化后的鐵磁材料,2.5 常用的鐵磁材料及其特性,2. 磁化曲線和磁滯回線,起始磁化

8、曲線： 將一塊尚未磁化的鐵磁材料進(jìn)行磁化，當(dāng)磁場(chǎng)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。,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)磁磁勢(shì)，達(dá)到節(jié)省鐵磁材料、導(dǎo)電材料和減小體積的目的，通常把構(gòu)成鐵心的鐵磁物質(zhì)內(nèi)的工作磁通密度選擇在膝點(diǎn)附近。,起始磁化曲線基本上可分為四段 鐵磁材料的磁化曲線不是一條直線 Fe=B/H也隨H值的變化而變化,2.5 常用的鐵磁材料及其特性,磁滯回線： 剩磁: 去掉外磁場(chǎng)之后，鐵磁材料內(nèi)仍然保留的磁通密度Br。 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(chǎng)，此反向磁場(chǎng)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(chǎng)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。,軟磁材料：磁滯回線窄、剩磁和矯頑力小、磁導(dǎo)率高，用以制造變壓器及電機(jī)的鐵心。 硬磁材料：磁滯回線寬、剩磁及矯頑力大，常用來制造永久磁鐵。,2.5 常用的鐵磁材料及其特性,3. 鐵心損耗,磁滯損耗： 鐵磁材料置于交變磁場(chǎng)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。 渦流損耗：因?yàn)殍F心是導(dǎo)電的，故當(dāng)通過鐵心的磁通交變時(shí)，根據(jù)電磁感應(yīng)定律，鐵心內(nèi)將產(chǎn)生感應(yīng)電勢(shì)，引起環(huán)流，這些