電機(jī)學(xué)課件 第1章磁路

電機(jī)學(xué)

ElectricMachinery2015年3月第0章緒論一電機(jī)的基本概念

電機(jī)：以電磁感應(yīng)理論為原理，由電路和磁路構(gòu)成的能實(shí)現(xiàn)機(jī)電能量轉(zhuǎn)換或信號(hào)傳遞與轉(zhuǎn)換的裝置。e=Blvf=Bli機(jī)械能電能電路磁路第0章緒論二電機(jī)的分類電機(jī)

靜止電機(jī)

旋轉(zhuǎn)電機(jī)

變壓器

直流電機(jī)

交流電機(jī)

直流發(fā)電機(jī)

直流電動(dòng)機(jī)同步電機(jī)

異步電機(jī)

同步發(fā)電機(jī)

同步電動(dòng)機(jī)

異步發(fā)電機(jī)

異步電動(dòng)機(jī)

第0章緒論三電機(jī)的作用電機(jī)

發(fā)電機(jī)變壓器電能的生產(chǎn)、傳輸和分配驅(qū)動(dòng)生產(chǎn)機(jī)械和裝置控制系統(tǒng)和智能化裝置電動(dòng)機(jī)控制電機(jī)電能的生產(chǎn)、傳輸和分配使用中的變壓器驅(qū)動(dòng)生產(chǎn)機(jī)械和裝置控制系統(tǒng)和智能化裝置第0章緒論四《電機(jī)學(xué)》特點(diǎn)及學(xué)習(xí)方法建議

電機(jī)學(xué)是一門理論性很強(qiáng)的技術(shù)基礎(chǔ)課，同時(shí)又具有專業(yè)課的性質(zhì)，涉及的基礎(chǔ)理論和實(shí)際知識(shí)面廣，是電磁學(xué)、動(dòng)力學(xué)、熱力學(xué)等學(xué)科知識(shí)的綜合。用理論分析電機(jī)的實(shí)際問題時(shí)，必須結(jié)合電機(jī)的具體結(jié)構(gòu)，采用工程觀點(diǎn)和分析方法。掌握基本理論的同時(shí)，還要注意培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)操作技能和計(jì)算方法。課程特點(diǎn)第0章緒論學(xué)習(xí)方法緊跟老師講課思路，搞清基本概念及原理，注意解題方法和技巧。課堂教學(xué)課后獨(dú)立完成作業(yè)，按時(shí)交作業(yè)。課外加強(qiáng)知識(shí)面的擴(kuò)展。意見要求及時(shí)反饋教師認(rèn)真教學(xué)學(xué)生積極配合建議希望踴躍發(fā)言采取百分制考試，最終成績(jī)按照結(jié)構(gòu)評(píng)分，試卷成績(jī)占70％，平時(shí)成績(jī)（上課+作業(yè)+實(shí)驗(yàn)）占30％。第0章緒論考核方式希望與要求第0章緒論《電機(jī)學(xué)》第三版

湯蘊(yùn)璆

機(jī)械工業(yè)出版社

《電機(jī)學(xué)》第三版許實(shí)章機(jī)械工業(yè)出版社

《電機(jī)學(xué)》辜承林華中科技大學(xué)出版社

《電機(jī)學(xué)》 胡虔生中國電力出版社

《電機(jī)及拖動(dòng)基礎(chǔ)》第4版

顧繩谷機(jī)械工業(yè)出版社參考教材第一章磁路1.1磁路的基本定律1.2常用的鐵磁材料及其特性1.3磁路的計(jì)算1.4電抗與磁導(dǎo)的關(guān)系（自學(xué)）※重點(diǎn)與難點(diǎn)重點(diǎn):

1.電機(jī)理論中常用的基本電磁定律；2.磁路計(jì)算;

難點(diǎn):

1.鐵心損耗;

2.交流磁路與直流磁路的不同點(diǎn)；3.磁路與電路的異同點(diǎn)。第一章磁路第一章磁路幾個(gè)常見概念：（1）磁感應(yīng)強(qiáng)度B（又稱磁通密度）

——表征磁場(chǎng)強(qiáng)弱及方向的物理量。單位：Wb/m2或T（2）磁通量Φ（或磁通）

——垂直穿過某截面積的磁力線總和。Φ=BA，單位：Wb（3）磁場(chǎng)強(qiáng)度H

——計(jì)算磁場(chǎng)時(shí)引用的物理量。A/m（4）磁導(dǎo)率——反映導(dǎo)磁介質(zhì)導(dǎo)磁性能的物理量。真空中的磁導(dǎo)率鐵磁材料的磁導(dǎo)率

B=μH第一章磁路（5）磁路——磁通所通過的路徑。

電路——電流所通過的路徑。對(duì)偶電阻電動(dòng)勢(shì)電流磁阻磁動(dòng)勢(shì)磁通直流磁路交流磁路第一章磁路

變壓器的磁路2極直流電機(jī)的磁路第一章磁路（6）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。主磁通所通過的路徑稱為主磁路。

（7）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。漏磁通通過的路徑稱為漏磁路。主磁通漏磁通變壓器的磁路漏磁通漏磁通漏磁通第一章磁路

分類作用大小磁路符號(hào)主磁通能量轉(zhuǎn)換或傳遞大主磁路Φ漏磁通漏抗壓降小漏磁路Φσ1.0.1電磁感應(yīng)定律第一章磁路1.0電磁基本定律1.0.2電磁力定律第一章磁路1.1.1全電流定律

也稱安培環(huán)路定律，磁場(chǎng)強(qiáng)度沿任意的閉合路徑的線積分等于閉合路徑包圍的導(dǎo)體電流的代數(shù)和。第一章磁路1.1磁路的基本定律第一章磁路1.1.2磁路的歐姆定律磁路歐姆定律：第一章磁路FΦRm等效磁路圖：注意：磁路為非線性；計(jì)算實(shí)例計(jì)算數(shù)據(jù)：1.勵(lì)磁磁動(dòng)勢(shì)F

2.勵(lì)磁電流I

已知數(shù)據(jù)：1.鐵心截面積：2.磁路長(zhǎng)度：3.鐵心磁導(dǎo)率：4.線圈砸數(shù)：N＝5005.給定磁通密度：

解用安培環(huán)路定律來求解。磁場(chǎng)強(qiáng)度

磁動(dòng)勢(shì)

勵(lì)磁電流

第一章磁路1.1.3磁路基氏第一定律Φ3Rm3Φ2Φ1Rm1Rm2F第一章磁路1.1.4.磁路基氏第二定律舉例：FΦ1Rm1Rm2Φ2RmδΦδ第一章磁路

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動(dòng)勢(shì)恒等于各段磁路磁位降的代數(shù)和。第一章磁路磁路與電路的比較磁路電路磁通Φ

電流i

磁動(dòng)勢(shì)F電動(dòng)勢(shì)e

磁阻Rm

電阻R

磁壓降Hl

電壓降u

磁導(dǎo)Λm

電導(dǎo)G

歐姆定律Φ

=F/Rm歐姆定律i=u/R

基氏第一定律ΣΦ=0

基氏第一定律Σi=0

基氏第二定律ΣF=ΣHl=ΣΦR

基氏第二定律Σe=Σu=ΣiR

1.電路中有電流I時(shí)，就有功率損耗；而在直流磁路中，鐵芯中無功率損耗；2.電路中可認(rèn)為電流全部在導(dǎo)線內(nèi)通過；磁路中無絕對(duì)磁絕緣體，總有部分漏磁；3.電阻率在一定溫度下不變；而鐵芯磁導(dǎo)率不為常值；4.對(duì)于線性電路，可以用疊加原理；而由于鐵芯飽和時(shí)，線路為非線性，故不能用線性疊加原理。第一章磁路磁路與電路的幾點(diǎn)差別總結(jié)：第一章磁路1.2常用的鐵磁材料及其特性鐵磁材料的磁化磁化曲線與磁滯回線鐵磁材料鐵心損耗第一章磁路1.2.1鐵磁材料的磁化鐵磁材料在外磁場(chǎng)中呈現(xiàn)很強(qiáng)的磁性，此現(xiàn)象稱為鐵磁材料的磁化。根本原因：磁疇。磁導(dǎo)率：反映鐵磁物質(zhì)導(dǎo)磁能力的參數(shù)。μ=B/H(H/m,T,A/m)μ0=4π×10-7H/mμFe=(2000~6000)μ0鐵磁物質(zhì)的導(dǎo)磁性如何反映？鐵、鎳、鈷及其合金磁疇示意圖(A)未磁化(B)磁化外加磁場(chǎng)H

第一章磁路1.2.2磁化曲線和磁滯回線B=f(H)1.磁化曲線飽和膝點(diǎn)oa：H較小，轉(zhuǎn)向磁疇數(shù)目少；ab:H逐漸增大，磁疇大量轉(zhuǎn)向；bc:H繼續(xù)增大，可轉(zhuǎn)向磁疇數(shù)目減少；cd：H繼續(xù)增加，所有磁疇完成轉(zhuǎn)向。第一章磁路隨著電流增加：H會(huì)增加，飽和程度增加，μFe減??；Rm增大；導(dǎo)磁性能降低。2.磁滯回線第一章磁路鐵磁材料的磁滯回線HBabcdefBr——剩磁Hc——矯頑力第一章磁路3．基本磁化曲線基本磁化曲線第一章磁路磁化：鐵磁材料在外磁場(chǎng)的作用下，呈現(xiàn)出很強(qiáng)的磁性。剩磁：去掉外磁場(chǎng)之后，鐵磁材料內(nèi)仍保留的磁通密度。矯頑力：為使B值減小到零，必須加上的反向磁場(chǎng)強(qiáng)度。磁滯：鐵磁材料中磁通密度B的變化滯后于磁場(chǎng)強(qiáng)度H變化的現(xiàn)象。它是鐵磁材料的另一個(gè)特性。磁滯回線：呈現(xiàn)磁滯現(xiàn)象的B-H閉合回線?；敬呕€：對(duì)同一鐵磁材料，選擇不同的磁場(chǎng)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。相關(guān)重要概念1種材料：鐵磁材料2種現(xiàn)象：磁化、磁滯2個(gè)參數(shù)：剩磁、矯頑力3根曲線：初始磁化曲線、磁滯回線、基本磁化曲線第一章磁路1.2.3

鐵磁材料

軟磁材料的磁滯回線硬磁材料的磁滯回線鑄鐵、鑄鋼硅鋼片永磁材料鋁鎳鈷、鐵氧體軟磁材料：磁滯回線窄、剩磁和矯頑力??；硬磁材料：磁滯回線寬、剩磁和矯頑力大；第一章磁路1.2.4鐵心損耗

1．磁滯損耗

定義: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。

公式:第一章磁路

2．渦流損耗

定義:渦流在鐵心中引起的損耗。公式：

第一章磁路3.鐵心損耗鐵心損耗＝磁滯損耗＋渦流損耗鐵心損耗：1.3磁路的計(jì)算第一章磁路磁通(磁密)材料特性磁動(dòng)勢(shì)F磁路計(jì)算磁動(dòng)勢(shì)F材料特性磁通φ磁密B逆問題正問題

1．簡(jiǎn)單串聯(lián)磁路計(jì)算

第一章磁路將磁路分段，保證每段磁路的均勻性計(jì)算每段磁路的截面積和等效長(zhǎng)度根據(jù)給定磁通，確定每段磁路磁密由磁密確定每段磁路的磁場(chǎng)強(qiáng)度計(jì)算每段磁路的磁壓降由基爾霍夫第二定律計(jì)算磁動(dòng)勢(shì)第一章磁路計(jì)算實(shí)例已知數(shù)據(jù)：1.鐵心磁導(dǎo)率：2.鐵心尺寸：3.氣隙尺寸：4.線圈砸數(shù)：N＝5005.給定磁通密度：計(jì)算數(shù)據(jù)：1.勵(lì)磁磁動(dòng)勢(shì)F

2.勵(lì)磁電流I

解用磁路的基爾霍夫第二定律來求解。第一章磁路鐵心內(nèi)的磁場(chǎng)強(qiáng)度:氣隙有效面積:氣隙內(nèi)的磁通密度:第一章磁路氣隙內(nèi)的磁場(chǎng)強(qiáng)度:鐵心磁位降:氣隙磁位降:勵(lì)磁磁動(dòng)勢(shì):勵(lì)磁電流:第一章磁路將磁路分段，保證每段磁路的均勻性計(jì)算每段磁路的截面積和等效長(zhǎng)度列出節(jié)點(diǎn)方程和電壓方程求解確定每段磁路磁密和磁場(chǎng)強(qiáng)度計(jì)算磁動(dòng)勢(shì)2.簡(jiǎn)單并聯(lián)磁路計(jì)算第一章磁路計(jì)算實(shí)例已知數(shù)據(jù)：求：勵(lì)磁磁動(dòng)勢(shì)F2

磁路分段第一章磁路計(jì)算實(shí)例已知數(shù)據(jù)：DR530硅鋼片求：勵(lì)磁電流i第一章磁路LLLAa)并聯(lián)磁路圖

b)等效磁路圖

解：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a可知、中間鐵心段的磁路長(zhǎng)度第一章磁路左、右兩邊鐵心段的磁路長(zhǎng)度均為

(1)氣隙磁位降:第一章磁路(2)中間鐵心段的磁位降:磁通密度為中間鐵心段的磁位降為（3）左、右兩邊鐵心的磁位降,磁通密度為第一章磁路左、右兩邊鐵心段的磁位降為(4)總磁動(dòng)勢(shì)和勵(lì)磁電流第一章磁路磁路計(jì)算正問題的步驟：第一章磁路(1)將磁路按材料性質(zhì)和不同截面尺寸分段；(2)計(jì)算各段磁路的有效面積和平均長(zhǎng)度；(3)計(jì)算各段磁路的平均磁通密度；；(4)根據(jù)求出對(duì)應(yīng)的；(5)計(jì)算各段磁位降，最后求出?？紤]到氣隙磁場(chǎng)的邊緣效應(yīng)，在計(jì)算氣隙的有效面積時(shí)，通常在長(zhǎng)、寬方向各增加δ值。1.5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(shì)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；