電機學(xué)華中科技大學(xué)文華學(xué)院機電學(xué)部電氣系電氣導(dǎo)論第1頁第一章導(dǎo)論1.1概述什么是電機廣義上，實施電能生產(chǎn)、傳輸、實用和電能特征變換裝置電機學(xué)研究對象：依據(jù)電磁感應(yīng)定律實現(xiàn)機電能量轉(zhuǎn)換電磁裝置

電機慣用分類方式有兩種：一是按功效分，有發(fā)電機、電動機、變壓器和控制電機四大類；二是按電機結(jié)構(gòu)或轉(zhuǎn)速分，有變壓器和旋轉(zhuǎn)電機。電氣導(dǎo)論第2頁電機變壓器直流電機直流發(fā)電機直流電動機交流電機控制電機同時電機同時發(fā)電機同時電動機異步電機異步發(fā)電機異步電動機第一章概述1.1.2電機分類電氣導(dǎo)論第3頁1.1.4電機作用和地位1.電能生產(chǎn)、傳輸、使用、電能特征變換關(guān)鍵裝備2.電力工業(yè)中，是發(fā)電廠和變電站主要設(shè)備3.制造業(yè)中，電動機廣泛使用電力拖動和控制4.冶金工業(yè)中，需要電動機控制和拖動5.石油、煤炭開采，化學(xué)提煉等等6.電氣化鐵路磁懸浮列車航天航空領(lǐng)域7.家用電器中日常辦公中電氣導(dǎo)論第4頁1.3磁路基本定律1.3.1全電流定律全電流定律—安培環(huán)路定律：沿任何一閉合路徑對磁場強度線積分等于路徑所包圍電流強度代數(shù)和。電流正負(fù)值：電流方向與繞行方向符合右手螺旋定則時，電流為正；反之為負(fù)值。必須是閉合路徑包圍電流，閉合路徑不包含電流對沿這一閉合路徑環(huán)路積分無貢獻。電氣導(dǎo)論第5頁1.3.2電磁感應(yīng)定律邁克爾·法拉第（MichaelFaraday，公元1791～公元1867）英國物理學(xué)家、化學(xué)家。童年：出生于一個貧苦鐵匠家庭，九歲時喪父，迫于生計，幼小邁克爾·法拉第不得不負(fù)擔(dān)起生活重?fù)?dān)，去一家文具店充當(dāng)學(xué)徒人生轉(zhuǎn)折點：14歲時他跟一位裝書兼賣書師傅當(dāng)學(xué)徒，利用此機會博覽群書。他在二十歲時聽英國著名科學(xué)家漢弗利·戴維講課，產(chǎn)生了濃厚興趣。他給戴維寫信，終于得到了為戴維當(dāng)助手工作。他放棄了一切有豐厚酬勞商業(yè)性工作.他在1857年謝絕了皇家學(xué)會擬選他為會長提名，他終生在皇家學(xué)院試驗室工作。電氣導(dǎo)論第6頁1.3.3.電磁力定律：1.3.2電磁感應(yīng)定律電磁轉(zhuǎn)矩將一個匝數(shù)N線圈置于磁場，只要與線圈鉸鏈磁鏈發(fā)生了改變，線圈里就感應(yīng)出電動勢。磁生電判斷方向：左手定則（主要用于分析旋轉(zhuǎn)電機電磁轉(zhuǎn)矩）電流方向與磁通方向符合右手螺旋法則導(dǎo)體置于磁場中，通入電流，受到力作用，電磁力電氣導(dǎo)論第7頁1.４鐵磁性材料及其特征1.4.1、鐵磁材料磁磁導(dǎo)率鐵磁材料包含：鐵、鎳、鈷及其合金磁導(dǎo)率：表征各種材料導(dǎo)磁能力物理量（亨/米）

真空中磁導(dǎo)率()為常數(shù)普通材料磁導(dǎo)率和真空中磁導(dǎo)率之比，稱為這種材料相對磁導(dǎo)率電氣導(dǎo)論第8頁，則稱為磁性材料，則稱為非磁性材料磁場強度H

磁場強度是計算磁場所用物理量，其大小為磁感應(yīng)強度和導(dǎo)磁率之比。單位：B

：特斯拉：亨/米：安/米電氣導(dǎo)論第9頁鐵磁材料磁化過程磁疇假說1.4.2基本物理量（1）磁感應(yīng)強度

磁感應(yīng)強度是反應(yīng)磁場中某一點磁場性質(zhì)基本物理量。用大寫字母B表示，它是一個矢量。在國際單位制中其單位名稱為特[斯拉]（符號為T），是為紀(jì)念在電磁學(xué)領(lǐng)域做出主要貢獻著名天才創(chuàng)造家尼古拉·特斯拉而命名。類似于用電場強度描述電場，磁感應(yīng)強度B可用來表示磁場空間某點磁場強弱和方向。電氣導(dǎo)論第10頁磁感應(yīng)強度設(shè)一電荷q以速度v經(jīng)過電流周圍某場點A,試驗發(fā)覺q沿不一樣方向經(jīng)過A點時，其受力大小不一樣，當(dāng)以某一特定方向經(jīng)過A點時，其受力為零，可知磁場中各點有各自方向要求B方向為使得v×B方向是F方向。令B與方向之間夾角為。要求B大小為電氣導(dǎo)論第11頁（2）磁場強度

用來表示磁場強弱物理量，稱為磁場強度，用H來表示，單位為安/米（A/m）。磁場強度只與產(chǎn)生磁場宏觀傳導(dǎo)電流大小及導(dǎo)體形狀相關(guān)，而與磁介質(zhì)無關(guān)。

磁場中某一點磁感應(yīng)強度B與磁場中磁介質(zhì)磁導(dǎo)率μ比值，就是該點磁場強度H。（3）磁動勢圍繞磁路線圈中通入電流I,線圈匝數(shù)為N，則定義線圈匝數(shù)和電流乘積為該電流產(chǎn)生磁動勢F

電氣導(dǎo)論第12頁1.4.3磁性材料磁性能：1.非線性大小BH(I)

2.磁飽和性見圖1.6HBBH

3.磁滯性鐵磁材料它們含有：高導(dǎo)磁性、磁飽和性、磁滯性。起始磁化曲線、基本磁化曲線和磁滯回線電氣導(dǎo)論第13頁1.4.4磁滯與磁滯損耗磁滯現(xiàn)象：B改變總是滯后H改變；時值，稱為剩磁磁滯回線:展現(xiàn)磁滯現(xiàn)象B-H閉合回線.詳細(xì)參加P17圖1.7

基本磁化曲線對同一鐵磁材料，選擇不一樣磁場強度進行重復(fù)磁化，可得一系列大小不一樣磁滯回線,再將各磁滯回線頂點聯(lián)接起來，所得曲線.電氣導(dǎo)論第14頁軟磁材料：磁滯回線窄，矯頑力小，磁滯損耗小，有純鐵、鑄鐵、硅鋼片、坡莫合金及鐵淦氧磁體等，主要用于制作各種電機、變壓器鐵心。

依據(jù)磁性能，磁性材料又可分為三種：軟磁材料（磁滯回線窄長。慣用做磁頭、磁心等）、永磁材料（磁滯回線寬。慣用做永久磁鐵）、矩磁材料（滯回線靠近矩形?？捎米鲇洃浽４判圆牧戏诸愲姎鈱?dǎo)論第15頁硬磁材料磁滯回線較寬，矯頑力較大，如碳鋼、鈷鋼、鎢鋼、鎳鈷合金等，適合用于制作永久磁鐵。矩磁材料，磁滯回線靠近矩形，矯頑力很大，如錳鎂鐵氧體、鋰錳鐵氧體等，可用來制作電子計算機內(nèi)部記憶元件磁心和外部設(shè)備中磁盤等。電氣導(dǎo)論第16頁1.4.5磁滯損耗和渦流損耗

①磁滯損耗：磁疇之間產(chǎn)生摩擦而產(chǎn)生，②渦流損耗：渦流：硅鋼片中有圍繞磁通呈渦旋狀電流P19圖1.10渦流損耗：渦流與鐵心電阻相作用產(chǎn)生損耗，降低方法：減小硅鋼片厚度，增大渦流回路電阻：電工鋼片中加硅沿著磁場方向?qū)⒁粔K塊薄片相互絕緣硅鋼片疊合在一起做成鐵心，可有效減小渦流

③鐵損：磁滯損耗+渦流損耗電氣導(dǎo)論第17頁磁路歐姆定律

在電氣設(shè)備中，為了增強磁場，常把線圈繞在鐵心上，當(dāng)線圈通電后產(chǎn)生很強磁場。鐵心磁導(dǎo)率比周圍空氣或其它物質(zhì)磁導(dǎo)率高多，磁通絕大部分經(jīng)過鐵心形成閉合通路，磁通閉合路徑稱為磁路。1.磁路+–NIfNSS直流電機磁路交流接觸器磁路IN磁通Φ1.5磁路基本定律及計算方法計算1.5.1、磁路基本定律電氣導(dǎo)論第18頁

要使磁路中建立一定大小磁通Φ，就必須在含有一定匝數(shù)N線圈中，通入一定大小電流I。試驗證實，增大電流I或增大線圈匝數(shù)N，都能夠一樣到達增大磁通Φ目標(biāo)?？梢?，NI乃是建立磁通根源。2.磁動勢定義：F=NI稱作磁路磁動勢，簡稱磁勢。磁勢單位：安（A）。

電氣導(dǎo)論第19頁3.磁路歐姆定律（1）磁阻假如把相同磁動勢加到不一樣磁路中去，取得磁通也不相同。這說明磁通除了與磁動勢相關(guān)外，還與組成磁路物質(zhì)及尺寸相關(guān)。這里我們引出一個磁阻概念。磁阻RM

：磁路對磁動勢建立磁通所展現(xiàn)阻力。

磁路磁阻大小與組成磁路材料性質(zhì)及幾何尺寸相關(guān)，即其中：l——磁路長度（m）；

A——磁路截面積（m2）；

μ——磁路材料磁導(dǎo)率。單位：1／Ｈ（亨-1)電氣導(dǎo)論第20頁（2）磁路歐姆定律

若某磁路磁通為，磁通勢為F

，磁阻為Rm，則

此即磁路歐姆定律。它表明在磁路中，磁通Φ與磁動勢F成正比，與磁阻RM成反比。

同時，用μ大材料組成磁路含有較小磁阻,在一樣大磁動勢作用下，就能產(chǎn)生較大磁通。電氣導(dǎo)論第21頁（1）.磁路基爾霍夫第一定律對于一條沒有分支磁路，取任一截面，從該截面流出磁通等于流入該截面磁通。當(dāng)處于不一樣磁路段截面結(jié)合處時亦是如此，即該截面磁通代數(shù)和為零。進入或穿出任一封閉面總磁通量代數(shù)和等于零。穿入任一封閉面磁通量恒等于穿出該封閉面總磁通量。2.磁路基爾霍夫定律電氣導(dǎo)論第22頁（2）磁路基爾霍夫第二定律一個磁路能夠分成若干段，同一段磁路中磁通處處相同，磁場強度也相等。取中心線為計算長度，定義每一段磁路磁場強度與其中心線長度乘積為磁位差，依據(jù)安培環(huán)路定律沿中心線圍繞總磁路一圈對磁場強度積分循行任一方向，圍繞磁路中心線一圈，環(huán)路上各段磁路磁位差之和等于環(huán)路交鏈磁動勢代數(shù)和。電氣導(dǎo)論第23頁磁路和電路比較（一）磁路電路磁通INR+_EI磁壓降磁動勢電動勢電流電壓降U電氣導(dǎo)論第24頁基本定律

磁阻磁感應(yīng)強度安培環(huán)路定律磁路IN歐姆定律電阻電流強度克氏電壓定律克氏電流定律磁路與電路比較(二)電路R+_EI電氣導(dǎo)論第25頁無分支磁路計算對于沒有分支磁路，計算方法詳細(xì)以下：（1）將磁路劃分為若干段，要求劃分后每段磁路截面積相等、材料相同。對于氣隙要單獨劃分出來。因為沒有分支，磁路中，磁通處處相等。（2）計算每段磁路截面積和長度。對于長度，依據(jù)磁路中心線計算。對于截面積，依據(jù)磁路結(jié)構(gòu)和給定幾何參數(shù)計算。假如鐵心有絕緣，則磁路有效截面積小于鐵心截面積，這種情況下，幾何參數(shù)算出截面積須乘以填充因數(shù)K（也稱疊裝因數(shù)）。填充因數(shù)K通常在0.9-0.97之間。電氣導(dǎo)論第26頁氣隙處理當(dāng)磁路中有氣隙時會產(chǎn)生邊緣效應(yīng)，即氣隙邊緣磁力線有向外擴張趨勢。邊緣效應(yīng)使得氣隙磁通截面積大于其兩邊鐵