電機及拖動基礎(chǔ)第一章

電機及拖動基礎(chǔ)第一章第1頁，課件共48頁，創(chuàng)作于2023年2月世紀高等學校規(guī)劃教材張方謝勝利1.1電機及電力拖動的應(yīng)用發(fā)展1．電能電能是現(xiàn)代常用的一種能源。電能應(yīng)用廣泛，自從電能出現(xiàn)以后，由于電能在變換、傳輸、分配、使用和控制等都比較方便，而且易于大量生產(chǎn)，集中管理，遠距離傳輸和實現(xiàn)自動控制等優(yōu)點，因此電能在現(xiàn)代社會中，取代了其他控制方法，廣泛應(yīng)用于各行各業(yè)中。由于電能的生產(chǎn)、輸送和使用很方便，在電能的使用和傳輸?shù)确矫骐姍C起著重要的作用。

第2頁，課件共48頁，創(chuàng)作于2023年2月世紀高等學校規(guī)劃教材張方謝勝利電能的產(chǎn)生主要由發(fā)電機來完成。在電能的生產(chǎn)電能的生產(chǎn)集中在發(fā)電廠。在火電廠、水電廠和核電廠中。水輪機、汽輪機帶動發(fā)電機、把燃料燃燒的熱能、水流的機械能或原子核裂變的原子能都轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔??；鹆Πl(fā)電廠中的汽輪發(fā)電機組。它是由汽輪機驅(qū)動發(fā)電機發(fā)出電能。水電廠中的水輪發(fā)電機組由水輪機驅(qū)動水輪發(fā)電機發(fā)電。第3頁，課件共48頁，創(chuàng)作于2023年2月世紀高等學校規(guī)劃教材張方謝勝利

發(fā)電機發(fā)出的電壓一般為10．5～20kV、為了減少遠距離輸電中的能量損失。應(yīng)采用高壓輸電，輸電電壓為ll0kV．220kV，330kV，500kV或更高。把發(fā)電機發(fā)出的電壓升高到輸電電壓是由變壓器完成的。高壓輸電線將電能輸送到各個用電區(qū)．由于各種用電設(shè)備如電動機、電爐、電燈等需要不同的低電壓、例如6kV，lkV。380V，220V。因此再由變壓器把高電壓降為所需低電壓，供給用電部門使用。第4頁，課件共48頁，創(chuàng)作于2023年2月世紀高等學校規(guī)劃教材張方謝勝利2．電機電機分為:發(fā)電機和電動機發(fā)動機是將其他能（如動能，熱能等）轉(zhuǎn)換成電能的裝置，電機是將電能轉(zhuǎn)換成其他能的裝置，兩者結(jié)構(gòu)基本一樣。電動機也稱電機（俗稱馬達），在電路中用字母“M”（舊標準用“D”）表示。它的主要作用是產(chǎn)生驅(qū)動力矩，作為用電器或小型機械的動力源。電動機有多種類型:（1）按工作電源分類根據(jù)電動機工作電源的不同，可分為直流電動機和交流電動機。其中交流電動機還分為單相電動機和三相電動機。第5頁，課件共48頁，創(chuàng)作于2023年2月世紀高等學校規(guī)劃教材張方謝勝利（2）按結(jié)構(gòu)及工作原理分類電動機按結(jié)構(gòu)及工作原理可分為異步電動機和同步電動機。同步電動機還可分為永磁同步電動機、磁阻同步電動機和磁滯同電動機。異步電動機可分為感應(yīng)電動機和交流換向器電動機。感應(yīng)電動機又分為三相異步電動機、單相異步電動機和罩極異步電動機。交流換向器電動機又分為單相串勵電動機、交直流兩用電動機和推斥電動機。第6頁，課件共48頁，創(chuàng)作于2023年2月世紀高等學校規(guī)劃教材張方謝勝利直流電動機按結(jié)構(gòu)及工作原理可分為無刷直流電動機和有刷直流電動機。有刷直流電動機可分為永磁直流電動機和電磁直流電動機。電磁直流電動機又分為串勵直流電動機、并勵直流電動機、他勵直流電動機和復勵直流電動機。永磁直流電動機又分為稀土永磁直流電動機、鐵氧體永磁直流電動機和鋁鎳鈷永磁直流電動機。第7頁，課件共48頁，創(chuàng)作于2023年2月世紀高等學校規(guī)劃教材張方謝勝利

同步電動機還可分為永磁同步電動機、磁阻同步電動機和磁滯同電動機。異步電動機可分為感應(yīng)電動機和交流換向器電動機。感應(yīng)電動機又分為三相異步電動機、單相異步電動機和罩極異步電動機。交流換向器電動機又分為單相串勵電動機、交直流兩用電動機和推斥電動機。第8頁，課件共48頁，創(chuàng)作于2023年2月世紀高等學校規(guī)劃教材張方謝勝利直流電動機按結(jié)構(gòu)及工作原理可分為無刷直流電動機和有刷直流電動機。有刷直流電動機可分為永磁直流電動機和電磁直流電動機。電磁直流電動機又分為串勵直流電動機、并勵直流電動機、他勵直流電動機和復勵直流電動機。永磁直流電動機又分為稀土永磁直流電動機、鐵氧體永磁直流電動機和鋁鎳鈷永磁直流電動機。（3）按起動與運行方式分類電動機按起動與運行方式可分為電容起動式電動機、電容盍式電動機、電容起動運轉(zhuǎn)式電動機和分相式電動機。第9頁，課件共48頁，創(chuàng)作于2023年2月世紀高等學校規(guī)劃教材張方謝勝利（4）按用途分類電動機按用途可分為驅(qū)動用電動機和控制用電動機。

驅(qū)動用電動機又分為電動工具（包括鉆孔、拋光、磨光、開槽、切割、擴孔等工具）用電動機、家電（包括洗衣機、電風扇、電冰箱、空調(diào)器、錄音機、錄像機、影碟機、吸塵器、照相機、電吹風、電動剃須刀等）用電動機及其它通用小型機械設(shè)備（包括各種小型機床、小型機械、醫(yī)療器械、電子儀器等）用電動機。

控制用電動機又分為步進電動機和伺服電動機等。第10頁，課件共48頁，創(chuàng)作于2023年2月世紀高等學校規(guī)劃教材張方謝勝利（5）按轉(zhuǎn)子的結(jié)構(gòu)分類電動機按轉(zhuǎn)子的結(jié)構(gòu)可分為籠型感應(yīng)電動機（舊標準稱為鼠籠型異步電動機）和繞線轉(zhuǎn)子感應(yīng)電動機（舊標準稱為繞線型異步電動機）。（6）按運轉(zhuǎn)速度分類電動機按運轉(zhuǎn)速度可分為高速電動機、低速電動機、恒速電動機、調(diào)速電動機。第11頁，課件共48頁，創(chuàng)作于2023年2月世紀高等學校規(guī)劃教材張方謝勝利低速電動機又分為齒輪減速電動機、電磁減速電動機、力矩電動機和爪極同步電動機等。調(diào)速電動機除可分為有級恒速電動機、無級恒速電動機、有級變速電動機和無極變速電動機外，還可分為電磁調(diào)速電動機、直流調(diào)速電動機、PWM變頻調(diào)速電動機和開關(guān)磁阻調(diào)速電動機等等。第12頁，課件共48頁，創(chuàng)作于2023年2月世紀高等學校規(guī)劃教材張方謝勝利3．電力拖動（1）電機用電器電器設(shè)備在各行各業(yè)有廣泛的應(yīng)用。源動力拖動生產(chǎn)機械工作時，電器是二者之間銜接的重要元件。電器又是各種生產(chǎn)機械運行時的起動、調(diào)速、制動、轉(zhuǎn)換工作狀態(tài)及停機的主要控制元件。第13頁，課件共48頁，創(chuàng)作于2023年2月世紀高等學校規(guī)劃教材張方謝勝利（2）電力拖動在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，家用電器中及國防控制系統(tǒng)，采用電機拖動生產(chǎn)機械，以完成工藝要求，達到控制目的，舉目可見，這種以電動機為原動機的拖動方式叫做電機拖動，或稱為電力拖動。在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，電力拖動系統(tǒng)是一個重要的領(lǐng)域，對一些大型設(shè)備，如礦井卷揚機械，金屬切削機床，造紙機，紡織機，軋機等等，電力拖動系統(tǒng)的好壞都直接影響其產(chǎn)品的產(chǎn)量和質(zhì)量。一個高度電氣化自動化的現(xiàn)代企業(yè)，沒有性能優(yōu)良的電力拖動系統(tǒng)是很難想象的。第14頁，課件共48頁，創(chuàng)作于2023年2月世紀高等學校規(guī)劃教材張方謝勝利(3)電力拖動的任務(wù)在于通過電機將電能轉(zhuǎn)換為機械能，這是因為電力拖動具有許多其它拖動方式無法比擬的優(yōu)點，其優(yōu)點主要是：（1）電動機與被拖動的生產(chǎn)機械的聯(lián)接方便，而且效率高；（2）電動機種類多，型號多，已發(fā)展成系列化，多功能化等，可以滿足各種各樣的生產(chǎn)機械要求；（3）電力拖動具有良好的調(diào)速、起動、制動性能，控制方便，易于實現(xiàn)最優(yōu)控制和完善的保護系統(tǒng)；（4）電力拖動系統(tǒng)可以實現(xiàn)遠距離控制和檢測，便于實現(xiàn)集中管理和實現(xiàn)生產(chǎn)過程的自動化。第15頁，課件共48頁，創(chuàng)作于2023年2月世紀高等學校規(guī)劃教材張方謝勝利電力拖動系統(tǒng)的組成，見下圖。其中電動機是一個機電能量轉(zhuǎn)換元件，它將從電源輸入的電能轉(zhuǎn)換為機械能，當電機運行于發(fā)電狀態(tài)時，則將生產(chǎn)機械能轉(zhuǎn)換為電能。傳動機構(gòu)用以傳遞動力，實現(xiàn)速度和運行方式的變換。第16頁，課件共48頁，創(chuàng)作于2023年2月世紀高等學校規(guī)劃教材張方謝勝利1.2本課程的任務(wù)1.2.1本課程要掌握的要點通過電機學課程的學習，要掌握以下幾點。1．課程內(nèi)容（1）電機的基本結(jié)構(gòu)電機的結(jié)構(gòu)特點；電機的鐵心；繞組；氣隙；電機殼等。（2）電機的運行原理電機的機電能量轉(zhuǎn)換原理；運行原理等。（3）電機的特性電機的工作特性；機械特性；變壓器的外特性；效率特性。第17頁，課件共48頁，創(chuàng)作于2023年2月世紀高等學校規(guī)劃教材張方謝勝利（4）電機的實驗實驗中的注意事項；實驗前的準備；實驗的要求；實驗的目的；實驗中所用設(shè)備的使用方法；實驗的步驟；實驗接線；實驗過程中的操作方式；實驗數(shù)據(jù)及實驗設(shè)備銘牌記錄；實驗報告書寫。2．學習中要注意的問題（1）理論聯(lián)系實際。首先要學好電機的基本理論，掌握電磁規(guī)律加深對物理概念的理解。對具體電機結(jié)構(gòu)也要有一定了解，否則不可能深入掌握理論。第18頁，課件共48頁，創(chuàng)作于2023年2月世紀高等學校規(guī)劃教材張方謝勝利（2）重視學習能力培養(yǎng)。從具體電機入手掌握分析電機理論的工具，學習分析電機理論問題的方法并能靈活應(yīng)用。重視數(shù)學計算，提高定量計算的能力。（3）抓主要矛盾，培養(yǎng)工程觀點。在分析復雜的實際問題中，常常需要忽略一些次要因素，抓主要矛盾加以解決，這樣所得的結(jié)果在工程應(yīng)用上已經(jīng)足夠正確。在某種條件下的次要因素，在另一條件下又可能成為有決定影響的主要因素，要根據(jù)研究的問題及條件而變。第19頁，課件共48頁，創(chuàng)作于2023年2月世紀高等學校規(guī)劃教材張方謝勝利（4）電機學通過對具體電機的分析闡述基本電磁規(guī)律，具有復雜性和綜合性的特點。在電機中，各種電、磁、力、熱等方面的物理定律同時在一臺電機上起作用?；ハ嘀萍s，必須綜合考慮。（5）重視實驗，培養(yǎng)動手能力。通過電機學實驗，打好強電實驗的基本功，為專業(yè)課程的實驗打好基礎(chǔ)。第20頁，課件共48頁，創(chuàng)作于2023年2月世紀高等學校規(guī)劃教材張方謝勝利3．電機理論中的基本知識點電機中所用的材料電機一般是以磁場為耦合場，利用電磁感應(yīng)和電磁力的作用來實現(xiàn)能量轉(zhuǎn)換的動力機械設(shè)備。因此，電機中所用的材料可分為以下4類：（1）導電材料。用于電機中的電路系統(tǒng)，為減小電阻損耗，要求材料的電阻率小，常選用紫銅及鋁。（2）導磁材料。用于電機中的磁路系統(tǒng)，為了在一定勵磁磁動勢下產(chǎn)生較強的磁場和降低鐵耗，要求材料具有較高的磁導率和較低的鐵耗系數(shù)，常用硅鋼片、鋼板和鑄鋼制成。

第21頁，課件共48頁，創(chuàng)作于2023年2月世紀高等學校規(guī)劃教材張方謝勝利（3）絕緣材料。用于帶電體之間及帶電體與鐵芯之間的電氣隔離。要求材料的介電強度高且耐熱性能好。按耐熱能力可分為A，E，B，F(xiàn)，H，C等6級，其最高允許工作溫度分別為105，120，130，155，180℃和高于180°C。絕緣材料的壽命受電機工作溫度的影響很大，若電機運行時溫度超過允許值，則其使用壽命將縮短。（4）結(jié)構(gòu)材料。使各部分構(gòu)成整體、支撐和連接其他機械。要求材料的機械強度好，加工方便，重量輕。常用鑄鐵、鑄鋼、鋼板、鋁合金和工程塑料。第22頁，課件共48頁，創(chuàng)作于2023年2月世紀高等學校規(guī)劃教材張方謝勝利4．電機的發(fā)熱、冷卻及防護（1）電機中的損耗電機是電能傳遞或機電能量轉(zhuǎn)換的機械，在能量傳遞或轉(zhuǎn)換過程中，電機自身消耗的功率稱為損耗。電機穩(wěn)態(tài)運行時，其輸入功率P1等于輸出功率P2與所有損耗∑p之和，即

稱為功率平衡方程式。電機運行時，導體中電流產(chǎn)生的電阻損耗I2R稱為銅牦pCu；鐵芯中交變磁通產(chǎn)生的磁滯損耗和渦流損耗稱為鐵耗pFe，其大小與鐵芯的材料、Bm2及交變頻率f有關(guān)；轉(zhuǎn)動部分與軸承、電刷及空氣間的摩擦稱為機械損耗pm，其大小與電機結(jié)構(gòu)及轉(zhuǎn)速有關(guān)；由于齒槽的存在，諧波和漏磁等因素而引起的額外損耗稱為附加損耗pad,其大小與電機型式、容量有關(guān)。電機中的總損耗為第23頁，課件共48頁，創(chuàng)作于2023年2月世紀高等學校規(guī)劃教材張方謝勝利

電機的損耗一方面降低了電機的運行效率，另一方面轉(zhuǎn)變成熱能，使電機發(fā)熱，溫度升高，嚴重時將直接影響電機的壽命。（2）電機的發(fā)熱電機中各種損耗轉(zhuǎn)變的熱能，使電機的溫度升高。電機的溫度升高后，便通過輻射和對流作用向周圍散發(fā)熱量，當電機產(chǎn)生的熱量等于電機散發(fā)出去的熱量時，電機的溫度便不再上升而達到某一穩(wěn)定數(shù)值，此值與周圍冷卻介質(zhì)溫度之差，稱為溫升(單位用絕對溫度K。從數(shù)值上看，用K與用攝氏溫度°C表示時是一樣的)。第24頁，課件共48頁，創(chuàng)作于2023年2月世紀高等學校規(guī)劃教材張方謝勝利電機中使用的各種絕緣材料，都有一定的最高允許工作溫度(單位°C)，在該溫度極限內(nèi)，電機長期工作時，絕緣材料的電性能、機械性能和化學性能都不會顯著變壞，通?？杀ＷC20年的壽命，若超過此溫度，電機的絕緣材料會速老化，從而使電機的性能變壞，嚴重時可被燒毀，造成電機的損壞。第25頁，課件共48頁，創(chuàng)作于2023年2月世紀高等學校規(guī)劃教材張方謝勝利當電機所用絕緣材料的等級確定后，電機的最高允許溫度也就確定了，其溫升限值則取決于冷卻介質(zhì)的溫度，即環(huán)境溫度。國家標準規(guī)定，企業(yè)制造的全國各地全年都適用的電機，環(huán)境空氣溫度為+40℃。電機的溫升不僅取決于損耗的大小和散熱情況，還與電機的工作方式有關(guān)。按國家標準的要求，對電機的全部電量和機械量的數(shù)值以及運行的持續(xù)時間和順序所作的規(guī)定，稱為電機的定額。電機的定額分為：

第26頁，課件共48頁，創(chuàng)作于2023年2月世紀高等學校規(guī)劃教材張方謝勝利1）連續(xù)定額，即電機按規(guī)定的全部電量和機械量數(shù)值，能夠長期連續(xù)運行。這種電機運行時各部分的溫升都能達到穩(wěn)定值，且不會超過允許溫升限值。2）短時定額，即電機按規(guī)定的全部電量和機械量數(shù)值，從實際冷態(tài)開始，在規(guī)定的持續(xù)時間限值內(nèi)運行(標準持續(xù)時間有10，30，60及90min4種)。這種電機的工作時間比較短，運行時各部分的溫升達不到穩(wěn)定值，而運行后的停歇時間相當長，下一次起動運行時電機各部分的溫升已降低到零。電機的定額是按標準工作時間結(jié)束時達到的實際溫升等于允許溫升來確定的。第27頁，課件共48頁，創(chuàng)作于2023年2月世紀高等學校規(guī)劃教材張方謝勝利

3）周期工作定額，即電機按規(guī)定的全部電量和機械量數(shù)值，長期在一系列完全相同的周期內(nèi)運行，每個周期包括一個額定負載時間和一個停機或空載時間，額定負載時間與整個周期之比稱為負載持續(xù)率(標準負載持續(xù)率有15％，25％，40％及60％4種，每個周期10min)。這種電機工作時間和停歇時間都很短，在工作時間結(jié)束時溫升達不到穩(wěn)定值，在停歇時間結(jié)束時溫升也降不到零。電機的定額是按運行時的實際最高溫升等于允許溫升來確定的。

第28頁，課件共48頁，創(chuàng)作于2023年2月世紀高等學校規(guī)劃教材張方謝勝利4）短時定額和周期工作定額的電機應(yīng)按規(guī)定的定額運行，才能保證它的溫升不超過允許溫升限值。若把短時定額或周期工作定額的電機用來長期運行，則將因其溫升大大超過允許限值而損壞電機。（3）電機的冷卻電機的冷卻決定了電機的散熱能力及電機的溫升，從而直接影響電機的壽命和額定容量電機冷卻的主要問題是確定冷卻介質(zhì)和冷卻方式。冷卻介質(zhì)是指能夠直接或間接地帶走電機中所產(chǎn)生的熱量的物質(zhì)，通常有空氣、氫氣、水和油。

第29頁，課件共48頁，創(chuàng)作于2023年2月世紀高等學校規(guī)劃教材張方謝勝利冷卻方式分外部冷卻和內(nèi)部冷卻兩大類。外部冷卻時，冷卻介質(zhì)只與電機的鐵芯、繞組端部和機殼的外表面接觸，熱量先從發(fā)熱體內(nèi)部傳到這些表面，再傳給冷卻介質(zhì)-內(nèi)部冷卻時，冷卻介質(zhì)進入發(fā)熱體(空心導線)內(nèi)部，直接帶走熱量。顯然內(nèi)冷比外冷效果好，液體介質(zhì)比氣體介質(zhì)冷卻效果好?，F(xiàn)代巨型電機均采用內(nèi)部冷卻方式。5．電機的防護電機的防護方式有開啟式、防護式、封閉式和防爆式4種。（1）開啟式電機的定于兩側(cè)和端蓋上都有很大的通風口，其散熱效果好，因而冷卻方式常為自然冷卻。但容易進入灰塵、水滴和鐵屑等雜物，只能在清潔、干凈的環(huán)境中使用。

第30頁，課件共48頁，創(chuàng)作于2023年2月世紀高等學校規(guī)劃教材張方謝勝利（2）防護式電機的機座下面有通風口。其散熱好，能防止水滴、沙粒和鐵屑等雜物濺人或落人電機內(nèi)，但不能防止潮氣和灰塵侵人．適用于比較干燥、沒有腐蝕性和爆炸性氣體的環(huán)境。（3）封閉式電機的機座和端蓋上均無通風孔，完全是封閉的。封閉式又分為自冷式、自扇冷式、他扇冷式、管道通風式及密封式等。前4種，環(huán)境的潮氣及灰塵也不易進入電機，適用于塵土多、特別潮濕，有腐蝕性氣體，易受風雨、易引起火災等較惡劣的環(huán)境。密封式電機可以浸在液體中使用，如潛水泵上的電機。第31頁，課件共48頁，創(chuàng)作于2023年2月世紀高等學校規(guī)劃教材張方謝勝利（4）防爆式電機在封閉式基礎(chǔ)上制成隔爆形式，機殼有足夠的強度，適用于有易燃易爆氣體的場所，如礦井、油庫、煤氣站等。

6．電機的安裝方式電機的安裝方式分為臥式和立式。

臥式電機安裝后轉(zhuǎn)軸為水平方向，

立式電機的轉(zhuǎn)軸則為垂直方向，兩種類型的電機使用的軸承不同，一般情況下用臥式的居多。第32頁，課件共48頁，創(chuàng)作于2023年2月世紀高等學校規(guī)劃教材張方謝勝利1.2.2電機及拖動基礎(chǔ)中常用的定律1．磁路定律及概念（1）磁感應(yīng)強度(或磁通密度)B磁場是由電流產(chǎn)生的，描述磁場強弱及方向的物理量是磁感應(yīng)強度Bc，為了形象地描繪磁場，可用磁感應(yīng)線，或磁力線來描繪磁場的空間分布，磁力線的方向與產(chǎn)生它的電流方向符合右手螺旋定則，如果電流通過一根直導體，用右手握住載流導體伸直大拇指表示電流方向，則彎曲的四指即為磁力線的方向。如果電流通過一匝或多匝線圈，用右手握住線圈，彎曲的四指表示線圈導體中電流的方向，則伸直的大拇指即為線圈內(nèi)部磁力線的方向磁感應(yīng)強度量值可用通過垂直于磁場方向的單位面積的磁力線數(shù)來表示，單位為特斯拉。第33頁，課件共48頁，創(chuàng)作于2023年2月世紀高等學校規(guī)劃教材張方謝勝利（2）磁通穿過某一截面S的磁感應(yīng)強度B的通量，即穿過截面S的磁力線根數(shù)稱為磁感應(yīng)通量，簡稱磁通。用Φ表示

Φ=BS及B=Φ/S（1—1）當截面S與不垂直，S的法線與B的夾角為α，則（1—2）磁通的單位為韋伯（Wb）

1T=1Wb/m2（3）磁場強度H它可定義為：介質(zhì)中某點的磁感應(yīng)強度B與介質(zhì)磁導率μ之比。（1—3）它表示在由某一宏觀電流分布所產(chǎn)生的磁場中。如果分別充滿不同的介質(zhì)，則在場中同一點的磁場強度是相同的,而與介質(zhì)種類無關(guān)。而磁感應(yīng)強度B會隨著介質(zhì)的不同而不同，不同的程度取決于介質(zhì)的磁導率μ。磁場強度單位為安/米（A/m）。第34頁，課件共48頁，創(chuàng)作于2023年2月世紀高等學校規(guī)劃教材張方謝勝利(4)磁動勢F電流通過的路徑是電路，在電路中電流是由電動勢產(chǎn)生的。同樣，在磁路中，產(chǎn)生磁通的是磁動勢F，它等于流過線圈電流I與其匝數(shù)的乘W的乘積。（1—4）磁動勢的方向由產(chǎn)生它的線圈電流按右手螺旋定則確定。磁動勢的單位是安匝或安。(5)磁阻Rm和電路中的電阻一樣，磁路中也有磁阻Rm，它對磁通起阻礙作用。磁阻與磁路的平均長l，磁路截面S及磁路的磁導率μ有關(guān)，即（1—5）第35頁，課件共48頁，創(chuàng)作于2023年2月世紀高等學校規(guī)劃教材張方謝勝利2.磁性材料自然界的物質(zhì)按導磁能力的大小，或者說按磁化的特性，可分為磁性材與非磁性材料兩大類。磁性材料又稱為鐵磁材料，主要有鐵、鎳、鈷及其合金。其性能如下。(1)導磁性磁導率是用來衡世物質(zhì)導磁能力的物理量。由實驗測得真空的磁導率μ為

它是一個常數(shù)。任何一種物質(zhì)的磁導率μ與真空磁導率μ0的比，稱為該物質(zhì)的相對磁導率μr，即（1—6）磁導率的單位是亨利/米（H/m），即歐姆秒/米（Ω·s/m）。第36頁，課件共48頁，創(chuàng)作于2023年2月世紀高等學校規(guī)劃教材張方謝勝利對非磁性材料，，，幾乎不具有磁化特性，而且各種非磁性材料的導磁率都是常數(shù)。鐵磁材料的磁導率很高，，可達數(shù)百乃至數(shù)千至數(shù)萬倍，具有可被強磁化的性能。鐵磁物質(zhì)之所以能被磁化。是因為它們內(nèi)部存在磁疇．當沒有外磁場存在時。各個磁疇排列混亂，磁場相互抵消，對外不顯示磁性。—旦有了外磁場，磁疇將按外磁場方向排列，外磁場越強，排列越齊，這樣便產(chǎn)生了與外磁場同方向的磁場，使鐵磁物質(zhì)內(nèi)部的磁感應(yīng)強度大大增強，即鐵磁物質(zhì)被強烈磁化了。

第37頁，課件共48頁，創(chuàng)作于2023年2月世紀高等學校規(guī)劃教材張方謝勝利(2)磁飽和性鐵磁物質(zhì)的磁化磁場。不會隨外磁場的增強而無限地增強，當外磁場增大到一定值時，全部磁疇的磁場方向都轉(zhuǎn)向與外磁場方向相一致，磁性不在增強時，磁化磁場的磁感應(yīng)強B便達到飽和值。鐵磁材料的磁感應(yīng)強度B隨外磁場強度H的變化曲線、稱為磁化曲線，見圖1－2的B=f（H）曲線磁化曲線0a段，外磁場較弱，主要是與外磁場同方向的嵫疇邊界增大的過程，B增加緩慢。在ab段，外磁場H較強，主要是磁疇沿外磁場方向的轉(zhuǎn)動過程、B迅速增大、在bc段，外磁場增大時，能夠沿外磁場方向轉(zhuǎn)動的磁疇越來越少了B的增加逐漸變慢，出現(xiàn)磁飽和現(xiàn)象，c點為飽和點。第38頁，課件共48頁，創(chuàng)作于2023年2月世紀高等學校規(guī)劃教材張方謝勝利過了飽和點，鐵磁材料的磁導率趨于。由于鐵磁材料的B和H不成正比，因此其磁導率不是常數(shù)，隨H的變化而變化。見圖l-2中=f（H）曲線雖然磁通Ф與B成正比，產(chǎn)生磁通的勵磁電流I與H成正比，但鐵磁物質(zhì)的B與H不成正比．因此Φ與I也不成正比．第39頁，課件共48頁，創(chuàng)作于2023年2月世紀高等學校規(guī)劃教材張方謝勝利(3)磁滯性當鐵磁物質(zhì)被反復磁化時，相應(yīng)于外磁場增加的上升磁化曲線與相應(yīng)于外磁場減小的下降磁化曲線不重合，如圖1—3所示，這種現(xiàn)象稱為磁滯，即磁化過程是不可逆。用測量方法求取磁化曲線時，實際上得到的是磁滯回線。在磁滯回線上，當H下降到零時，B不是零而Br。稱剩余磁感應(yīng)強度，又稱剩磁；而對應(yīng)B等于零時的H稱為矯頑力。鐵磁物質(zhì)根據(jù)磁滯回線的形狀及其在工程上的用途可分為兩大類。1)軟磁構(gòu)材料具有較小的矯頑力，磁滯回線較窄，且磁導率高。常用的有鑄鐵、硅鋼、坡莫合金及鐵氧體等，一般用來制造電機、電器及變壓器件的鐵心。2)硬磁材料具有較大的矯頑力，磁滯回線較寬，有較高的剩磁Br。常用的有碳鋼、鈷鋼、鎳鋁鈷合金及釹鐵硼等。一般用來制造永久磁鐵。

第40頁，課件共48頁，創(chuàng)作于2023年2月世紀高等學校規(guī)劃教材張方謝勝利第41頁，課件共48頁，創(chuàng)作于2023年2月世紀高等學校規(guī)劃教材張方謝勝利

3．全電流定律(安培環(huán)路定律)

當導體中有電流流過時。就會產(chǎn)生與該載流導體相交鏈的磁通，它們之間的大小與方向可用全電流定律來表征。設(shè)空間有n根載載流導體，其電流分別為I1，I2，…In則沿任何閉合路徑l，對磁場強度H的線積分．等于該閉合回路所包圍的導體電流的代數(shù)和。即（1—7）即全電流定律。若導體電流方向和積分路徑方向符合右手螺旋定則時，該電流取正號，反之取負號。對圖1—4，中電流所示方向，∑I

=

如果磁場是由電流為I、匝數(shù)為W的線圈產(chǎn)生，則對于包含線圈全部匝數(shù)的任何路徑均有

第42頁，課件共48頁，創(chuàng)作于2023年2月世紀高等學校規(guī)劃教材張方謝勝利4．磁路基爾霍夫定律

(1)磁路基爾霍夫第一定律電氣設(shè)備中經(jīng)常遇到一些具有分支的磁路，如圖1—5所示。當線圈流過電流I后產(chǎn)生的磁通設(shè)為Ф1。在A處分為兩條并聯(lián)支路。其磁通分別為Ф1和Ф2。磁通連續(xù)性原理指出：穿入任一閉合面的磁通必然等于穿出該閉合面的磁通，故對A閉合面而言，流人該面的磁通Ф1，必然等于流出該面的磁通Ф2與Ф3之和，即或式中，將穿入閉合面的磁通取正號，穿出閉合面的磁通取負號，從上式見．穿過閉合面的總磁通量等于零。上式又可記為（1—8）（1—8）稱為磁路基爾霍夫第一定律。第43頁，課件共48頁，創(chuàng)作于2023年2月世紀高等學校規(guī)劃教材張方謝勝利(2)磁路基爾霍夫第二定律取任—閉合磁路。如圖1—5，中ABCD磁路，根據(jù)全電流定律,對于任一閉合磁路則為