《電機學(xué)》ElectricalMachinery

電氣工程系第1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磁路的計算1.4電抗與磁導(dǎo)的關(guān)系1.1磁路的基本定律1磁路的概念磁路：磁通所通過的路徑。直流磁路，交流磁路勵磁電流變壓器磁場圖1-1兩種常見的磁路1.1磁路的基本定律1磁路的概念在電機和變壓器中，常把線圈套裝在鐵心上，當線圈內(nèi)通入電流時，在線圈周圍的空間形成磁場。主磁通：絕大部分磁通在鐵心內(nèi)通過，這部分磁通為主磁通；漏磁通：圍繞載流線圈和部分鐵心周圍空間存在的少量分散的磁通。變壓器磁場1.1磁路的基本定律2磁路的基本定律分析和計算磁場時，常用到以下幾個定律：安培環(huán)路定律：沿著任何一條閉合回線l，磁場強度H的線積分值，恰好等于該閉合回線所包圍的總電流值∑i(代數(shù)和)。式中，若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，否則取負號。圖1-2安培環(huán)路定律1.1磁路的基本定律2磁路的基本定律對某單一材料組成的一段磁路，中心線長度l；截面A，磁導(dǎo)率μ,不計漏磁通，并認為各截面上的磁通密度B為均勻,并且垂直于各截面，H

處處相等。ΦA(chǔ)1.1磁路的基本定律2磁路的基本定律磁路歐姆定律：作用在磁路上的磁動勢等于磁路內(nèi)的磁通乘以磁阻。F=Ni為磁路的磁動勢，單位為A，磁動勢的方向與線圈電流方向之間符合右手螺旋關(guān)系；磁通量Φ的單位為Wb；Rm稱為磁阻。其模擬電路圖如圖1-3所示。Fa)無分支鐵心磁路圖1-3無分支鐵心磁路b)等效磁路圖小試牛刀1.1磁路的基本定律2磁路的基本定律基爾霍夫第一定律：穿出(或進入)任一閉合面的總磁通量恒等于零(或者說，進入任一閉合面的磁通量恒等于穿出該閉合面的磁通量)。對于閉合面A，令穿出閉合面的磁通為正，進入閉合面的磁通為負，則：圖1-4磁路的基爾霍夫第一定律1.1磁路的基本定律2磁路的基本定律基爾霍夫第二定律：沿任何閉合磁路的總磁動勢恒等于各段磁路磁壓降的代數(shù)和。如圖1-5磁路由鐵磁材料及空氣隙兩部分組成，而鐵磁材料的截面積又分為A1，A2，故整個磁路應(yīng)分為三段。根據(jù)安培環(huán)路定律及磁路歐姆定律，則：圖1-5磁路的基爾霍夫第二定律磁路和電路區(qū)別電路中有電流i時，就有功率損耗；而在直流磁路中，磁通量恒定，鐵心中沒有功率損耗。（交流磁路有損耗）電路中的電流是運動電荷產(chǎn)生的，是實際存在的，而磁路中的磁通僅僅是描述磁現(xiàn)象的一種手段。電路中導(dǎo)體的電阻率在一定的溫度下是恒定的；而磁路中鐵心的導(dǎo)磁率隨著飽和程度而有所變化（空氣磁導(dǎo)率是常值,空氣磁路的磁阻是常值）。對于線性電路，計算時可以用疊加原理；而在磁路中，B和H

之間的關(guān)系為非線性，因此計算時不可以用疊加原理。1.2常用的鐵磁材料及其特性1鐵磁材料的磁化磁化：將鐵、鎳、鈷等鐵磁物質(zhì)放入磁場后，鐵磁物質(zhì)呈現(xiàn)很強的磁性，這種現(xiàn)象，稱為鐵磁物質(zhì)的磁化。磁疇：在鐵磁物質(zhì)內(nèi)部存在著許多很小的天然磁化區(qū)。圖1-6磁疇示意圖▲μFe=(2000～6000)μ0(鐵磁材料磁導(dǎo)率很大)1.2常用的鐵磁材料及其特性2磁化曲線和磁滯回線初始磁化曲線：將一塊尚未磁化的鐵磁材料進行磁化，當磁場強度H由零逐漸增大時，磁通密度B也將隨之增大，曲線B=f(H)就稱為起始磁化曲線，如圖1-7所示。膝點▲設(shè)計電機和變壓器時，為使主磁路內(nèi)得到較大的磁通量而又不過分增大勵磁磁動勢，通常把鐵心內(nèi)的工作磁通密度選擇在膝點附近。圖1-7鐵磁材料的初始磁化曲線1.2常用的鐵磁材料及其特性2磁化曲線和磁滯回線磁滯回線：若將鐵磁材料進行周期性磁化，B和H之間的變化關(guān)系。剩磁：H=0時，B值等于Br,稱為剩磁.矯頑力：要使B值減小到零，必須加上相應(yīng)的反向外磁場，此反向磁場強度稱為矯頑力，用Hc表示。圖1-8鐵磁材料的磁滯回線1.2常用的鐵磁材料及其特性2磁化曲線和磁滯回線基本磁化曲線：對同一鐵磁材料，選擇不同的磁場強度Hm進行反復(fù)磁化，可得一系列大小不同的磁滯回線。將各磁滯回線的頂點聯(lián)接起來，所得的曲線稱為基本磁化曲線或平均磁化曲線。計算直流磁路時所用的磁化曲線都是基本磁化曲線。圖1-9基本磁化曲線1.2常用的鐵磁材料及其特性3鐵磁材料按照磁滯回線形狀的不同，鐵磁材料可以分為軟磁材料與硬磁材料兩大類。軟磁材料：磁滯回線窄、剩磁和矯頑力都很小的材料。常用軟磁材料:鑄鐵、鑄鋼和硅鋼片等；軟磁材料的磁導(dǎo)率較高,故用以制造電機和變壓器的鐵心。硬磁材料：磁滯回線寬、剩磁和矯頑力都很大的鐵磁材料稱為硬磁材料，又稱為永磁材料。圖1-11軟磁和硬磁材料的磁化曲線1.2常用的鐵磁材料及其特性4鐵心損耗鐵心損耗：包括磁滯損耗和渦流損耗。磁滯損耗：鐵磁材料置于交變磁場中時，磁疇相互間不停地摩擦而消耗能量、造成損耗，這種損耗稱為磁滯損耗；試驗證明：磁滯損耗與磁通的交變頻率成正比，而與磁通密度幅值的ɑ次方成正比，即對常用的硅鋼片，當Bm=1.0～1.6T時，ɑ=2。1.2常用的鐵磁材料及其特性4鐵心損耗渦流損耗：渦流損耗：渦流在鐵心中引起的損耗。為減小渦流損耗，電機和變壓器的鐵心都用含硅量較高的薄硅鋼片疊成。鐵心損耗：磁滯損耗+渦流損耗圖1-12硅鋼片中的渦流1.3磁路的計算1直流磁路的計算簡單串聯(lián)磁路計算：簡單串聯(lián)磁路不計漏磁通的影響，僅有一個磁回路的無分支磁路，如圖1-13所示。例1-2.在上例中，開一個長度m的氣隙，問鐵心中產(chǎn)生1T的磁密時，所需的勵磁磁動勢為多少？（已知鐵心截面積AFe，考慮到氣隙磁場的邊緣效應(yīng)，計算氣隙面積時的用有效面積。）1.4電抗與磁導(dǎo)的關(guān)系1電抗與磁導(dǎo)的關(guān)系當磁路上裝有載流線圈時，載流線圈將產(chǎn)生磁動勢F，此時磁路中將通過一定的磁通量Φ。則：角頻率越高、匝數(shù)越多、磁通所經(jīng)過的磁導(dǎo)越大，電抗就越大。1.4電抗與磁導(dǎo)的關(guān)系1電抗與磁導(dǎo)的關(guān)系在交流電機和變壓器中，磁通分為兩種：一種是通過鐵心并與一次和二次繞組（或定子和轉(zhuǎn)子繞組）相交鏈的主磁通；另一種是僅與一個繞組相交鏈、通過空氣而形成閉合磁路的漏磁通。所以電抗也分為激磁電抗Xm和漏磁電抗Xσ，其中：式中，Λm和Λ

σ分別為主磁路和漏磁路的磁導(dǎo)，通常Λm比Λσ大的多，故Xm

＞＞

X

σ2.磁阻串聯(lián)、并聯(lián)和π形連接時等效電抗總磁導(dǎo)：磁阻串聯(lián)時：總電抗：2.磁阻串聯(lián)、并聯(lián)和π形連接時等效電抗磁阻串聯(lián)時對應(yīng)的等效電抗為并聯(lián)磁阻串聯(lián)時，與總磁阻相對應(yīng)的總電抗應(yīng)是原來兩個電抗的并聯(lián)值，相應(yīng)的等效磁路和等效電路如圖所示：a)等效磁路b)等效電路2.磁阻串聯(lián)、并聯(lián)和π形連接時等效電抗總磁導(dǎo)：磁阻并聯(lián)時：總電抗：磁阻并聯(lián)時對應(yīng)的等效電抗為串聯(lián)a)等效磁路b)等效電路磁阻π形連接磁阻π形連接時對應(yīng)的等效電抗為T形連接若磁路由二個磁動勢源和三個磁阻Rm1、Rm2、Rm3串聯(lián)構(gòu)成的π形連接的磁路；與其對應(yīng)的電抗分別為X1、X