1、第1章 磁路,電能,機(jī)械能,磁場(chǎng),本章要求：,上一張,下一張,1.1.1 磁場(chǎng)的基本物理量,1. 磁感應(yīng)強(qiáng)度 B,電流,用磁力線描述,磁場(chǎng),描述磁場(chǎng)中某點(diǎn)強(qiáng)弱和方向的物理量，是一個(gè)矢量。,定義式：,上一張,下一張,磁力線是閉合的，且圍繞著產(chǎn)生它的電流，并滿足右手螺旋定則。,單位：T,磁場(chǎng)內(nèi)各點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小相等，方向也相同，稱為均勻磁場(chǎng)。,1.1 磁路的基本物理量及基本定律,2. 磁通,單位：Wb,穿過(guò)某一截面S的磁力線總數(shù)或磁感應(yīng)強(qiáng)度B的通量，即,均勻磁場(chǎng)，若B與S相互垂直，則：,上一張,下一張,或：,磁通密度，單位:Wb/m2,若S的法線與B的方向之間夾角為,3. 磁場(chǎng)強(qiáng)度 H,表征磁場(chǎng)

2、性質(zhì)的另一基本物理量，是矢量。單位：A/m,反映磁性材料的導(dǎo)磁能力,上一張,下一張,0 = 4107 H / m,真空中的磁導(dǎo)率:,鐵磁材料的磁導(dǎo)率:,即,各種矽鋼片材料，,對(duì)于鑄鋼，,H 與 B 的區(qū)別, H I，與介質(zhì)的性質(zhì)無(wú)關(guān)。 B 與電流的大小和介質(zhì)的性質(zhì)均有關(guān)。,上一張,下一張,1.1.2 磁路的概念,上一張,下一張,磁力線經(jīng)過(guò)的路徑稱為磁路。,電機(jī)空載磁路,主磁通：絕大多數(shù)在鐵心中閉合的磁通。,漏磁通：在部分鐵心和鐵心周圍的空間存在的少量分散的磁通。,勵(lì)磁線圈：用以激勵(lì)磁路中磁通的載流線圈。,勵(lì)磁電流：勵(lì)磁線圈中的電流，有直流和交流之分。,電生磁的基本定律安培環(huán)路定律 磁生電的基本

3、定律法拉第電磁感應(yīng)定律 電磁力定律 磁路的歐姆定律 磁路的基爾霍夫第一定律 磁路的基爾霍夫第二定律,上一張,下一張,1.1.3磁路的基本定律,磁場(chǎng)中沿任一閉合回路的磁場(chǎng)強(qiáng)度H的線積分等于該閉合回路所包圍的所有導(dǎo)體電流的代數(shù)和，即有,1.電生磁的基本定律安培環(huán)路定律,F稱為磁勢(shì)，是磁場(chǎng)源，即磁場(chǎng)是由磁勢(shì)（安匝數(shù)）產(chǎn)生的。,上一張,下一張,2. 磁生電的基本定律電磁感應(yīng)定律,1）運(yùn)動(dòng)電勢(shì)：,導(dǎo)體在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)時(shí)，導(dǎo)體中會(huì)感應(yīng)出電勢(shì)e 。,電勢(shì)大?。篹=Blv。,B: 磁密； l：導(dǎo)體長(zhǎng)度； v：導(dǎo)體與磁場(chǎng)的相對(duì)速度。,正方向：用右手定則判斷。,上一張,下一張,2）變壓器電勢(shì)：,線圈中的磁通變化時(shí)，線

4、圈中會(huì)感應(yīng)電勢(shì)e：,電勢(shì)e正方向：e 的正方向與正方向符合右手螺旋關(guān)系,上一張,下一張,楞次定律,3、畢-薩電磁力定律,一個(gè)通電流的導(dǎo)體，在磁場(chǎng)中要受到力的作用，這個(gè)力叫電磁力。,電磁力f=Bli,電磁力方向：左手定則判斷,上一張,下一張,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，即為電磁力矩。在電機(jī)進(jìn)行機(jī)電能量轉(zhuǎn)換過(guò)程中起著重要作用。,4. 磁路歐姆定律,安培環(huán)路定律:,H dl = I =F,鐵心中：,氣隙中：,左邊= H dl,=H dl,= Hc lcH 0 l0,上一張,下一張,磁阻:,= (RmcRm0) = Rm,Rm = Rmc+ Rm0,右邊 = I =

5、 NI,= F,因此 Rm = F,磁路歐姆定律,磁動(dòng)勢(shì),N I 一定時(shí)， 因 Rm0 的存在，使 大大減?。?若要保持 一定，則需增大磁動(dòng)勢(shì) F。,上一張,下一張,例1-1 有一閉合鐵心磁路，鐵心的截面積A=910-4m2, 磁路的平均長(zhǎng)度 l =0.3m，鐵心的磁導(dǎo)率Fe=50000，套裝在鐵心上的勵(lì)磁繞組為500匝。試求在鐵心中產(chǎn)生1T的磁通密度時(shí)，需要多少勵(lì)磁磁動(dòng)勢(shì)和勵(lì)磁電流？,解 用安培環(huán)路定律求解如下,上一張,下一張,5、磁路的基爾霍夫定律,（1）磁路的基爾霍夫第一定律,或,上一張,下一張,（2）磁路的基爾霍夫第二定律,上一張,下一張,磁路和電路有相似之處，卻要注意有以下幾點(diǎn)差別：

6、,1）電路中有電流I 時(shí)，就有功率損耗；而在直流磁路 中，維持一定磁通量，鐵心中沒(méi)有功率損耗。,2）電路中的電流全部在導(dǎo)線中流動(dòng)；而在磁路中，總 有一部分漏磁通。,3）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。,4）對(duì)于線性電路，計(jì)算時(shí)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(jì)算時(shí)不可以 用疊加原理。,上一張,下一張,1.2 常用的鐵磁材料及其特性,按磁導(dǎo)率分類：非磁性物質(zhì)、磁性物質(zhì)。 非磁性物質(zhì) 0,上一張,下一張,磁性物質(zhì),1.2.1 鐵磁物質(zhì)的磁化,鐵磁材料在外磁場(chǎng)中呈現(xiàn)很強(qiáng)的磁性，稱為鐵磁物質(zhì)的磁化。,磁性物質(zhì)內(nèi)部存在著

7、很多很小的“磁疇”。,磁疇（磁化前）,磁疇（磁化后）,磁性物質(zhì)的高導(dǎo)磁性被廣泛應(yīng)用于變壓器 和電機(jī)中。,上一張,下一張, 鑄鋼： 1 000 0 硅鋼片： ( 6 000 7 000) 0 玻莫合金： 比 0 大幾萬(wàn)倍。,起始磁化曲線,1.2.2 磁化曲線和磁滯回線,B = H （ 常數(shù)） 磁化曲線,磁化曲線,a點(diǎn)稱為跗點(diǎn)；拐彎點(diǎn)b稱為膝點(diǎn)；c點(diǎn)為飽和點(diǎn)。,上一張,下一張,剩磁,矯頑磁力,磁滯回線,基本磁化曲線,上一張,下一張,磁滯回線和基本磁化曲線,(1) 硬磁材料 BH 曲線寬，Br 大、Hc 大。如鎢鋼、鈷鋼等用于制造永磁鐵。 (2) 軟磁材料 BH 曲線窄， Br 小、Hc 小。如硅鋼

8、片、鑄鋼等用于制造變壓器、電機(jī)等電器的鐵心。 (3) 矩磁物質(zhì) BH 曲線形狀接近矩形， Br 大、Hc 小。 用于計(jì)算機(jī)中，作記憶單元。,按磁滯回線的不同，磁性物質(zhì)可分為,上一張,下一張,由于電機(jī)鐵芯采用軟磁材料制成，其磁滯回線瘦窄，在進(jìn)行磁路計(jì)算時(shí)，為了簡(jiǎn)化計(jì)算，不考慮磁滯現(xiàn)象，而用基本磁化曲線來(lái)表示B與H之間的關(guān)系，故通常所講的鐵磁材料的磁化曲線是指基本磁化曲線。,上一張,下一張,(1)磁滯損耗,鐵磁材料在交變的磁場(chǎng)中反復(fù)磁化，磁疇間相互摩擦，產(chǎn)生損耗，這種損耗稱為磁滯損耗。磁滯損耗與交變磁場(chǎng)的頻率f、鐵芯的體積V、磁滯回線的面積成正比。磁滯損耗功率可用下式表示：,式中Ch磁滯損耗系數(shù)，

9、它的大小取決于材料性質(zhì)；對(duì)一般電工鋼片n=1.62.3；f磁通交變頻率；Bm磁通密度的最大值。,1.2.3鐵芯損耗,交流磁路中存在鐵芯損耗，鐵芯損耗又分為磁滯損耗和渦流損耗。,上一張,下一張,渦流損耗功率可用下式表示：,式中鋼片厚度,為減小損耗,電機(jī)和變壓器的鐵心都用(厚度為0.35-0.5mm)硅鋼片疊成。,(2)渦流損耗,鐵芯是有阻值的，當(dāng)磁通交變時(shí)，鐵芯中就會(huì)感應(yīng)交變的電勢(shì)，在導(dǎo)電的鐵芯中就會(huì)產(chǎn)生環(huán)流，這種電流在鐵芯構(gòu)成的回路與磁通相環(huán)鏈，故稱渦流，渦流產(chǎn)生的損耗稱為渦流損耗。,上一張,下一張,(3)鐵芯損耗,鐵芯中的磁滯損耗和渦流損耗之合稱為鐵芯損耗，即有：,對(duì)于一般的電工硅鋼片，可以

10、近似寫(xiě)成：,鐵心損耗與頻率的1.3次方、磁通密度的平方和鐵心重量成正比。,上一張,下一張,銅損耗使線圈發(fā)熱， 鐵損耗使鐵心發(fā)熱。 減小鐵損耗的方法： 使用軟磁材料減小Ph 。 增大鐵心的電阻率， 減小渦流及其損耗 。 用很薄的硅鋼片疊成鐵心， 減小渦流及其損耗 。,渦流損耗,(a),(b),0.35mm 0.30mm 0.27mm 0.22mm,上一張,下一張,1.3 直流磁路的計(jì)算,磁路計(jì)算正問(wèn)題給定磁通量，計(jì)算所需的勵(lì)磁磁動(dòng)勢(shì),磁路計(jì)算逆問(wèn)題給定勵(lì)磁磁勢(shì)，計(jì)算磁路內(nèi)的磁通量,磁路計(jì)算正問(wèn)題的步驟： 1）將磁路按材料性質(zhì)和不同截面尺寸分段； 2）計(jì)算各段磁路的有效截面積Ak和平均長(zhǎng)度lk； 3）計(jì)算各段磁路的平均磁通密度Bk ，Bk=k/Ak； 4）根據(jù)Bk求出對(duì)應(yīng)的Hk； 5）計(jì)算各段磁位降Hklk，最后求出 F= Hklk。,磁路計(jì)算逆問(wèn)題因?yàn)榇怕窞榉蔷€性的，用試探法。,上一張,下一張,一、簡(jiǎn)單串聯(lián)磁路,例1-2 鐵心由鑄鋼和空氣隙構(gòu)成，截面積AFe=0.0009m2， 磁路平均長(zhǎng)度lFe=0.3m，氣隙長(zhǎng)度=510-4m，求該磁路 獲得磁通量=0.0009Wb時(shí)所需的勵(lì)磁磁動(dòng)勢(shì)。,上一張,下一張,考慮氣隙磁場(chǎng)的邊緣效應(yīng)，在計(jì)算氣隙有效面積時(shí)，在長(zhǎng)、款各增加一個(gè)值。,解：鐵心內(nèi)磁通密度為,從鑄鋼磁化曲線查得：與BFe對(duì)應(yīng)