1、課程考試說明： 期末考試成績： 65 實驗成績： 15 平時成績： 20,郵箱：,第0章 緒論,在現(xiàn)代化工業(yè)生產(chǎn)過程中，為了實現(xiàn)各種生產(chǎn)工藝過程，需要使用各種各樣的生產(chǎn)機械。拖動各種生產(chǎn)機械運轉(zhuǎn)，可以采用氣動、液壓傳動和電力拖動。由于電力拖動具有控制簡單，調(diào)節(jié)性能好、損耗小、經(jīng)濟、能實現(xiàn)遠距離控制和自動控制等一系列優(yōu)點，因此大多數(shù)生產(chǎn)機械均采用電力拖動。按照電動機的種類不同，電力拖動系統(tǒng)分為直流電力拖動系統(tǒng)和交流電力拖動系統(tǒng)兩大類。,電機是利用電磁感應原理工作的機械，它應用廣泛，種類繁多，性能各異，分類方法也很多。常見的分類方法為：按功能用途分，可分為發(fā)電機、電動機、變壓器和控制電機4大類。

2、按照電機的結(jié)構(gòu)或轉(zhuǎn)速分類，可分為變壓器和旋轉(zhuǎn)電機。根據(jù)電源的不同，旋轉(zhuǎn)電機又分為直流電機和交流電機兩大類。交流電機又分為同步電機和異步電機兩類。 綜合以上分類方法，可歸納如下：,電機的分類,按運動方式分類,0.1 本課程的性質(zhì)、任務和內(nèi)容 本課程是電氣自動化和機電一體化等專業(yè)的一門專業(yè)基礎(chǔ)課。它是將“電機學”、“電力拖動”和交直流調(diào)速等課程有機結(jié)合而成的一門課。,先修課程：大學物理、電路、電子技術(shù)等。后續(xù)課程：工廠供電、運動控制、繼電保護等。,本課程的任務是使學生掌握變壓器、交直流電機的基本結(jié)構(gòu)和工作原理以及電力拖動系統(tǒng)的運行性能、基本分析計算、電機選擇及試驗方法，為學習后續(xù)課程和今后的工作打

3、下必要的基礎(chǔ)，同時也培養(yǎng)學生在電機及電力拖動方面分析和解決問題的能力。,本課程的內(nèi)容有直流電機，直流電動機的電力拖動，變壓器，三相交流異步電動機，三相交流異步電動機的電力拖動，電動機的選擇等。,電機學及電力拖動既是一門理論性很強的技術(shù)基礎(chǔ)課，又具有專業(yè)課的性質(zhì)，涉及的基礎(chǔ)理論和實際知識面廣，是電學、磁學、動力學、熱學等學科知識的綜合，所以理論性較強。為學好電機及電力拖動這門課，學習時應注意以下幾點：,1.注意共性問題 電機種類繁多，各具特性，但就其內(nèi)部 電磁關(guān)系耦合過程和機電能量轉(zhuǎn)換關(guān)系，仍 有其內(nèi)在聯(lián)系。他們的基本工作原理都是建 立在電磁感應定律和電磁力定律基礎(chǔ)上的； 他們的能量轉(zhuǎn)換都是以磁

4、場為媒介，其電磁 關(guān)系可抽象為電路參數(shù)，得出基本方程式和 等值電路，這是共性方面。,2.注意課程主線 在學習中應將變壓器、交流電機、直流 電機的相似性有機地統(tǒng)一起來，注意課程內(nèi) 容的內(nèi)在聯(lián)系，形成學習本課程鮮明的主 線，只要學好了變壓器，對交流機和直流機 的內(nèi)容就比較容易掌握了。,3.注意理論聯(lián)系實際 理論聯(lián)系實際，注重做好本課程開設的 相關(guān)實驗，立足于學會使用各類電機，在實 驗中學習解決實際問題的方法，注意培養(yǎng)解 決工程實際問題的能力。要站在應用的角度看電機，把電機視為拖動系統(tǒng)中的一個器件來學習，不宜過多地耗時于電機的內(nèi)部電磁關(guān)系。,第1章 電磁學的基本知識與基本定律,第1章 預備知識-電磁

5、學的基本知識與基本定律,本章內(nèi)容: 電磁學的基本知識與基本定律； 常用磁性材料（鐵磁材料與永磁材料）及其特性。,1.1 電路的基本定律,基爾霍夫電流定律(KCL) 基爾霍夫電壓定律（KVL）,1.2 磁場的基本知識,電機中的三大物理量:電、磁、機械 （機電能量轉(zhuǎn)換） 電：以“路”的形式出現(xiàn)，線圈（繞組）構(gòu)成電路，較熟；電路：電流流過的路徑我們稱之為電路。 磁：以“場”的形式出現(xiàn)，本科階段一般以磁路進行分析；磁路：磁力線所經(jīng)過的路徑稱為磁路。 機：機械能，電機中與之相關(guān)的有轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速等。,1.1電路的基本定律,2基爾霍夫電流定律:在電路任意一個節(jié)點處，電流的代數(shù)和恒等于零。流入某一節(jié)點的電流和等

6、于流出該節(jié)點的電流和。,3基爾霍夫電壓定律:電路中任一回路內(nèi)各段電壓的代數(shù)和恒等于零。,(1-1),(1-2),3. 歐姆定律：電路上的電壓降u等于流過該電路的電流i與電路的電阻R的乘積。,圖1.1 磁力線與電流之間的右螺旋關(guān)系,1.2.1磁感應強度(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強度B。為了形象地描繪磁場，采用磁感應線或稱磁力線，磁力線是無頭無尾的閉合曲線。圖1.1中畫出了直線電流，圓電流及螺線管電流產(chǎn)生的磁力線。,通常把穿過某一截面S 的磁力線根數(shù)被稱為磁感應強度，用磁通 來表示。在均勻磁場中，把單位面積內(nèi)的磁通量稱為磁通密度B，且有,磁感應強度B與

7、產(chǎn)生它的電流之間的關(guān)系用畢奧薩伐爾定律描述，磁力線的方向與電流的方向滿足右手螺旋關(guān)系，如圖1.1_1所示。,圖1.1_1 磁力線與電流的右手螺旋關(guān)系,1.2.2 磁感應通量(或磁通) ,穿過某一截面面的磁感應強度B的通量，即穿過截面S的磁力線根數(shù)稱為磁感應通量，簡稱磁通。用表示。即,B為單位截面積上的磁通，稱為磁通密度，簡稱磁密，在電機和變壓器中常采用磁密。在國際單位制中， 的單位名稱為韋伯單位符號Wb，B的單位名稱為特斯拉，單位符號T，lTlWbm2。,(1-3),在均勻磁場中，如果截面S與B垂直，如圖0.3所示，則上式變?yōu)?圖0.3均勻磁場中的磁通,1.2.3 磁場強度H,磁場強度H是為建

8、立電流與由其產(chǎn)生的磁場之間的數(shù)量關(guān)系而引入的物理量，其方向與B相同，其大小與B之間相差一個導磁介質(zhì)的磁導率,磁導率是反映導磁介質(zhì)導磁性能的物理量，磁導率越大的介質(zhì)，其導磁性能越好。磁導率的單位是Hm(亨/米)。,國際單位制中磁場強度H的單位名稱為安培米，單位符號Am。,磁場強度和方向 由載流導體產(chǎn)生的磁場大小可用磁場強度H 來表示， 磁力線的方向與電流的方向滿足右手螺旋關(guān)系。如圖所示，假定在一根導體中通以電流i，則在導體周圍空間的某一平面上產(chǎn)生的磁場強度H為,如果載流導體是匝數(shù)為N的線圈（如圖1-2），則上式可表示為,（1-2）,真空的磁導率0=410-7H/m。鐵磁材料磁導率 0 ，例如鑄鋼

9、的約為0的1000倍，各種硅鋼片的約為0的6000一7000倍。鐵磁材料包括鐵、鈷、鎳及其合金。除此之外所有材料統(tǒng)稱為非鐵磁材料。非鐵磁材料的磁導率接近與真空的磁導率 0,H 與 B 的區(qū)別, H I，與介質(zhì)的性質(zhì)無關(guān)。 B 與電流的大小和介質(zhì)的性質(zhì)均有關(guān)。,鐵芯的增磁（增磁通）功能,磁勢：,磁鏈：,1.3 基本電磁定律,電生磁的基本定律安培環(huán)路定律 磁生電的基本定律法拉第電磁感應定律 電磁力定律 磁路的歐姆定律,1.3.1 電生磁的基本定律安培環(huán)路定律,(1-7),若閉合磁力線上 處處相等,則上式變?yōu)?,全電流定律(安培環(huán)路定律),全電流定律（安培環(huán)路定律）：磁場強度沿任意的閉合路徑的線積分

10、等于閉合路徑包圍的導體電流的代數(shù)和。,(1-7),式中，電流方向與閉合回路環(huán)繞方向符合右手螺旋關(guān)系時為正，反之為負 ，這就是全電流定律。它是電機中磁路計算的理論基礎(chǔ)。,電流是產(chǎn)生磁場的源。,1.3.2 磁生電的基本定律法拉第電磁感應定律,無論何種原因當與線圈交鏈的磁鏈隨時間變化時，線圈中將感應電動勢e。e的大小等于線圈所交鏈的磁鏈對時間的變化率，e的方向應符合楞次定律，即若該電動勢產(chǎn)生一個電流，此電流產(chǎn)生的磁通將反對線圈中磁鏈的變化。若規(guī)定感應電動勢的正方向與磁通的正方向符合右手螺旋關(guān)系，則 電磁感應定律的數(shù)學描述可表示為：,N為線圈的匝數(shù)， 為穿過線圈的磁通。e的方向從低電位指向高電位。,注

11、意，只有線圈的磁通與電勢符合右手螺旋關(guān)系，上式才取負號。,(1-9),1 如果假定電壓和電流的正方向如圖所示，由右手螺旋關(guān)系可確定磁通的正方向。,的方向。,2已知磁通的正方向，由右手螺旋關(guān)系可確定感應電動勢的正方向（感應電動勢e1所產(chǎn)生的電流分量與圖中電流i1的方向相同）?？芍藭r電動勢e1在A點為低電位、X點為高電位（ e1的方向從低電位指向高電位）所以電動勢e1的正方向如圖所示。,圖1.2 磁通與其感應電勢的正方向假定,變壓器電動勢與運動電動勢,研究一個最簡單的、以磁場作為耦合場的機電裝置-電磁鐵，如 圖所示。磁路的磁通隨 電流的變化（設距離不變，則電流變磁動勢變磁鏈變） 和可動部分的移動

12、（位置變磁阻變磁鏈變）而變化。,所以 感應電勢,1. 變壓器電動勢 若線圈不動，穿過線圈的磁通隨時間變化，則線圈中的電動勢稱為變壓器電動勢，見圖0.8,圖0.8 變壓器電動勢,(1-9),當磁通按正弦規(guī)律變化時，即:,則上式變?yōu)?,若取,為參考相量，則：,(1-11),變壓器電勢：,圖1.3 磁通與感應電勢的相量圖,(1-6),圖1.4 感應電勢與磁場、導體運動速度之間的右手定則,速度電勢：,運動電動勢(速度電勢) 若磁場恒定，構(gòu)成線圈的導體切割磁力線，使線圈交鏈的磁鏈隨時間變化，導體中的感應電動勢稱為運動電動勢。若磁力線、導體和運動方向三者互相垂直，則導體中感應電動勢的大小為導體所在處的磁通

13、密度B與導體切割磁力線的有效長度l及導體相對磁場運動的線速度v三者之積。即e=Blv。感應電動勢的方向由右手定則確定。,注：該公式要求導體及其運動方向均與磁密方向垂直，而且在導體長度l上各點的磁密相等。,(1-7),圖1.5 通電導體產(chǎn)生的電磁力與電流、磁場之間的左手定則,1.3.3 電磁力定律,載流導體在磁場中要受到力的作用，該力被稱為電磁力。其大小在導體與磁力線相垂直時等于導體所在處磁場的磁通密度B與導體有效長度l及導體中的電流i三者乘積，即f=Bli。電磁力的方向由左手定則確定。,在旋轉(zhuǎn)電機中，作用在轉(zhuǎn)子載流導體上的電磁力將使轉(zhuǎn)子受到個力矩(等于力乘轉(zhuǎn)子半徑r)，即電磁轉(zhuǎn)矩。電磁轉(zhuǎn)矩是電

14、機實現(xiàn)機電能量轉(zhuǎn)換的重要物理量。,對于均勻磁路：,式中，,定義為磁路的磁阻。磁阻的倒數(shù):,又稱為磁導。,1.3.4 磁路的歐姆定律,由于式(1-17)與電路的歐姆定律相似,故又稱為磁路的歐姆定律。,(1-17),圖1.6 變壓器的簡單磁路,（單位：A/Wb）,（單位：Wb/A）,則可得到磁路的歐姆定律：,或,磁路的歐姆定律：磁路中的磁通等于作用在該磁路上的磁動勢F除以磁路的磁阻Rm。,其中磁路磁阻Rml / S ，亦即磁阻與磁路長度l成正比，與磁路的磁導率及磁路截面積S成反比。電路的串并聯(lián)規(guī)律同樣可以應用。若磁路由n段磁路串聯(lián)構(gòu)成，則總的磁路磁阻 RmRm1十Rm2十十Rmn,磁材料的磁導率通

15、常不是常數(shù)，所以由鐵磁材料構(gòu)成的磁路的磁阻和磁導通常也不是常數(shù)，它隨磁通密度大小的變化而具有不同的數(shù)值，這種情況稱為磁路的非線性。,分段均勻磁路的歐姆定律,帶氣隙的鐵心磁路,2磁路的基爾霍夫第一定律,由于磁力線是閉合線，因此，對任一封閉面而言，穿入的磁通必等于穿出的磁通，這就是磁通連續(xù)性原理。對有分支的磁路而言，在磁通匯合處的封閉面上磁通的代數(shù)和等于零。,(0.6),進入或穿出任一封閉面的總磁通量的代數(shù)和等于零，或穿入任一封閉面的磁通量恒等于穿出該封閉面的磁通量。,圖0.6 有分支磁路,在圖0.6中有,(0.7),3磁路的基爾霍夫第二定律,在磁路計算中，若構(gòu)成磁路的各部分有不同的材料和截面，則

16、應將磁路分段每段有相同材料和截面，其B， 相同。每段磁路上磁場強度H與磁路長度l的乘積Hl稱為該段磁路的磁壓降，將全電流定律應用到任一閉合磁路上，則有,(0.8),即沿任一閉合磁路，磁壓降的代數(shù)和等于磁動勢的代數(shù)和。磁動勢與環(huán)繞方向符合右手螺旋關(guān)系取正， 、H與環(huán)繞方向一致取正，否則取負。,任一閉合磁路上磁動勢的代數(shù)和恒等于磁壓降的代數(shù)和。,回路：H1l1+H3l3=N1i1 回路：-H2l2-H3l3=-N2i2 回路：H1l1-H2l2=N1i1-N2i2,F=Ni=Hl=Rm,磁路的計算總的來說可分為兩種類型，第一類是由已知滋路中的磁通或磁感應強度求磁路的磁動勢；第二類恰相反，是由已知的

17、磁動勢求磁路中的磁通或磁感應強度。由于磁路的非線性 (mFe不是常數(shù))，第二類問題無法直接求解，多采用試探法，即先假定磁通為某一數(shù)值，按照第一類的步驟求出相應的磁通勢，但一般結(jié)果不會恰等于給定值可根據(jù)其差額重新再假定一個磁通值，重作上述計算，如此逐步試探，直至計算結(jié)果與給定值的差額小于所要求的精確度為止；或根據(jù)幾次試探的結(jié)果，畫出-NI曲線，再由給定的NI值，從曲線上查出待求的值。,mFe不是常數(shù),對無分支磁路的第一類問題，可按下列步驟進行計算： 將磁路分成若干段，要求每一段都是均勻的（即截面相等、材料相同），再根據(jù)磁路尺寸計算各段的截面積和平均長度； 根據(jù)給定的磁通，由B=/A=計算各段的磁

18、通密度； 根據(jù)各段的磁通密度求對應的磁場強度對鐵磁材料可利用其基本磁化曲線或相應的表格查?。粚Ψ谴判圆牧嫌晒紿=B/0； 根據(jù)各段的磁場強度H和平均長度l，計算各段磁壓降Hl； 根據(jù)磁路的基爾霍夫第二定律求出所需磁勢F=Ni=Hl。,帶氣隙的鐵心磁路,鐵磁材料查磁化曲線,對無分支磁路的第一類問題，可按下列步驟進行計算：,對于有分支磁路的計算，可按下列步驟進行： 根據(jù)磁路的材料和截面等對磁路進行分段，并計算各段的截面積和平均長度； 根據(jù)給定的磁通，假定磁路各部分的磁勢及磁通的正方向； 列出磁路基爾霍夫第一、二定律的方程式； 根據(jù)各段磁路的材料、截面積和磁通等，分別計算各段的B、H及Hl； 根據(jù)

19、所列方程式求出磁勢。,例1 圖示磁路是由兩塊鑄鋼鐵心及它們之間的一段空氣隙構(gòu)成。各部分尺寸為：l0/2 = 0.5 cm ， l1 = 30 cm ，l2 = 12 cm ，A0 = A1 = 10 cm2 ， A2 = 8 cm2 。線圈中的電流為直流電流。今要求在空氣隙處的磁感應強度達到 B0 = 1 T，問需要多大的磁通勢？,解：(1) 磁路中的磁通 = B0A0 = 10.001 Wb = 0.001 Wb (2) 各段磁路的磁感應強度 B0 = 1 T,(3) 各段磁路的磁場強度,由磁化曲線查得： H1 = 9.2 A/cm H2 = 14 A/cm,= 796 000 A/m =

20、7 960 A/cm,(4) 各段磁路的磁位差,Um0 = H0 l0 = 7 9601 A = 7 960 A Um1 = H1 l1 = 9.230 A = 276 A Um2 = H2 l2 = 1412 A = 168 A (5) 磁通勢 F = Um0Um2Um2 = ( 7 960276168 ) A = 8 404 A,【例 2】 圖示磁路由硅鋼制成。磁通勢 F1 = N1 I1 = F2 = N2 I2 ，線圈的繞向及各量的方向如圖所示。 磁路左右對稱，具體尺寸為： A1 = A2 = 8 cm2 ，l1 = l2 = 30 cm，A3 = 20 cm2，l3 = 10 cm。

21、若已知 3 = 0.002 Wb，問兩個線圈的磁通勢各是多少？,解：由磁路基爾霍夫 定律可得 321 = 0 Um1Um3 = F1 Um2Um3 = F2 已知： F1 = F2 ，l1 = l2 可得： Um1 = Um2,即 H1 l1 = H2 l2 H1 = H2 因此 B1 = B2 1 = 2 由于,= 0.001 Wb,所以,由磁化曲線查得： H1 = 6.5 A/cm H3 = 3 A/cm 最后求得 F1 = F2 = Um1Um3 = H1l1H3l3 = (6.530310) A = 225 A,第二類恰相反，是由已知的磁動勢求磁路中的磁通或磁感應強度。由于磁路的非線性

22、 (mFe不是常數(shù))，第二類問題無法直接求解，多采用試探法，即先假定磁通為某一數(shù)值，按照第一類的步驟求出相應的磁通勢，但一般結(jié)果不會恰等于給定值可根據(jù)其差額重新再假定一個磁通值，重作上述計算，如此逐步試探，直至計算結(jié)果與給定值的差額小于所要求的精確度為止；或根據(jù)幾次試探的結(jié)果，畫出-NI曲線，再由給定的NI值，從曲線上查出待求的值。,mFe不是常數(shù),例3,疊片系數(shù)：簡單地說就是變壓器疊片鐵芯的有效面積系數(shù)，疊片系數(shù)越高，鐵芯的有效面積越大，使磁通密度減少，損耗降低；在制造過程中，硅鋼片搭片、錯片、毛刺、彎曲等缺陷會導致疊片系數(shù)降低，從而導致變壓器性能降低，嚴重的如過大的毛刺會使片間短路，鐵心的

23、渦流損耗增加。,例 1. 1,注意：例1.1忽略了鐵磁材料的磁阻.,磁導率無窮大,可見，磁路與電路，其物理量和基本定律有一一對應的關(guān)系。,表0.1 磁路與電路的對比,注意：盡管磁路和電路在物理量和基本定律上有一一對應的關(guān)系，但是，磁路和電路仍有本質(zhì)的區(qū)別： 1）電路中可以有電動勢而無電流，磁路中有磁動勢必有磁通 2）電路中有電流就有功率損耗，而在恒磁通下，磁路中無損耗 3）在電路中可以認為電流全部在導線中流通，導線外沒有電流；在磁路中，則沒有絕對的磁絕緣體，除了鐵心中的磁通外，實際上總有一部分漏磁通散布在周圍空氣中 4）電路中電阻率在一定溫度下恒定不變，而由于鐵磁材料構(gòu)成的磁路中，磁導率是隨著

24、磁密而變化的，所以磁導率不是一個常數(shù)。 5)對線性電路，計算時可以應用疊加原理，但對于鐵心磁路，飽和時磁路為非線性，計算時不能應用疊加原理。,所以磁路與電路僅是一種數(shù)學形式上的類似，而不是物理本質(zhì)的相似。,磁鏈：穿過線圈的磁通形成磁鏈 磁鏈與穿過線圈的電流成正比： 系數(shù)L稱電感，所以電感定義如下： 一個線圈通過單位電流所形成的磁鏈叫該線圈的電感。,電感與線圈匝數(shù)的平方成正比，與磁場介質(zhì)的磁導率成正比，而與線圈所加的電壓、電流或頻率無關(guān)。,N 線圈匝數(shù) m自感磁通所經(jīng)磁路的磁導,1.3.5 線圈電感,鐵心線圈的自感要比空心線圈的大得多； 鐵心線圈的電感不是常數(shù)，當磁路飽和程度增加時，自感下降。,

25、線圈1和線圈2的匝數(shù)分別為N1和N2，由線圈1中的電流i1產(chǎn)生的磁通21交鏈線圈2，則線圈1對線圈2的互感系數(shù)為M21為,互感,N1 -線圈1的匝數(shù) N2 -線圈2的匝數(shù) m-互感磁通所經(jīng)磁路的磁導,互感的大小與兩線圈匝數(shù)的乘積和互感磁通所經(jīng)磁路的磁導成正比。,能量守恒定律,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。穩(wěn)態(tài)運行時，必然存在輸入功率P1等于輸出功率P2與所有損耗p之和。,P1= P2+ p,電機中的能量損耗包括：,銅耗pCu(導體中電流產(chǎn)生電阻損耗I2R),鐵耗pFe(磁滯損耗和渦流損耗),機械損耗pmec、附加損耗pad,p pCu p

26、Fe pmec pad,1.4 常用磁性材料及其特性,1.4.1 鐵磁材料的磁化及磁滯回線,圖1.10 鐵磁材料的磁化,圖1.11 磁性材料的磁滯回線,導磁材料及其特性 由電磁感應原理可知，通過磁場的作用可以產(chǎn)生電或力，因此各種電機的工作原理離不開磁場和磁性材料，磁性材料是構(gòu)成各種電機的關(guān)鍵材料。人們發(fā)現(xiàn)自然界有的材料具有導磁的特性，稱為導磁材料。而沒有導磁特性的稱為非導磁材料。 B-H 曲線 磁性材料的磁場強度H與磁通密度B存在一定的關(guān)系，其關(guān)系用圖形表示稱為B-H曲線，也稱為磁化曲線， 是表示磁性材料最基本的特性。,1. 真空磁導率 在真空中，磁場強度H與磁通密度B成正比關(guān)系，即,真空磁導

27、率 0 410-7 H/m,非導磁材料，比如銅、鋁、橡膠和空氣等，具有與真空相近的磁導率，因此在這些材料中，磁場強度H與磁通密度B的關(guān)系可用圖1-6中的B-H曲線來表示。,鐵磁材料 為了提高材料的導磁能力，人們在尋求自然材料的同時，通過人工合成的辦法獲得各種高導磁材料。鐵磁材料（包括鐵、鈷、鎳以及它們的合金）具有比真空大數(shù)百倍到數(shù)千倍的磁導率，因此常作為電機的磁性材料。鐵磁材料的主要特性如下： 1. B-H曲線的飽和非線性 由于鐵磁材料的磁化特性是非線性的， 通常用B-H曲線來表示。,磁化曲線基本上可分為四段：1 開始磁化時，外磁場較弱，磁通密度增加得不快， 如Oa段所示。 2隨著外磁場的增強

28、，材料內(nèi)部大量磁畸開始轉(zhuǎn)向，趨向于外磁場方向，此時B值增加得很快，如ab段所示。 3 若外磁場繼續(xù)增加，大部分磁疇已趨向外磁場方向，可轉(zhuǎn)向的磁疇越來越少，B值增加越來越慢，如bc段所示，這種現(xiàn)象稱為飽和。,圖1.12 鐵磁材料與非鐵磁材料的磁化曲線,圖1.12 鐵磁材料與非鐵磁材料的磁化曲線,4 達到飽和以后，磁化曲線基本上成為與非鐵磁材料的B 0 H特性相平行的直線，如cd段所示。 磁化曲線開始拐彎的點(b點)，稱為膝點。設計電機和變壓器時，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)的工作磁通密度選肄在膝點附近。 由此可見，不但不同的磁性材料存不同的磁導率、同材料當其

29、磁通密度不同時亦有不同的磁導率。,圖1.12 鐵磁材料與非鐵磁材料的磁化曲線,圖1.12 鐵磁材料與非鐵磁材料的磁化曲線,在oa段：當H增大B增大，但B增大速度較慢；,在bc段：B隨H增大的速度又較慢；,在cd段：為磁飽和區(qū)（又呈直線段）。其中，a點稱為跗點；拐彎點b稱為膝點；c點為飽和點。,過了飽和點c，鐵磁材料的磁導率趨近0。,在ab段：當H增大B增大，B增大速度快；,圖1.12 鐵磁材料與非鐵磁材料的磁化曲線,鐵磁材料的磁導率 Fe Fe0 Fe不是常數(shù)，隨B的變化而變化 存在磁飽和現(xiàn)象：當鐵磁材料中的B達到一定的程度后，隨著H的增加，B的增加逐漸變慢，因此 Fe隨著H的增加而減小。,2

30、磁滯特性及其損耗 以上討論了鐵磁材料的單向磁化過程，但是被磁化的鐵磁材料在去除外磁場后仍然會保留一定的磁性，不能恢復到磁化前的初始狀態(tài)。鐵磁材料呈現(xiàn)的這種磁通密度 B變化滯后于外磁場H 的變化的現(xiàn)象被稱為磁滯特性。如果鐵磁材料處于周期性交變磁場中，其磁化特性如圖1-8所示， B-H曲線呈現(xiàn)封閉性， 稱為 磁滯回線。,對于同一種鐵磁材料，選擇不同的磁場Hm進行反復磁化，可測出一系列大小不同的磁滯回線，如圖1-9所示。再將所有磁滯回線在第一象限的頂點連接起來，所形成的曲線稱為基本磁化曲線或平均磁化曲線。基本磁化曲線可解決磁滯回線B-H的多值函數(shù)問題，在工程中得到廣泛應用。,鐵磁材料被反復磁化時，B

31、-H曲線不是單值的，是一條磁滯回線。,同一個H值下，有兩個B值與之對應。當H=0時，B0，B=Br，Br稱為剩磁；當B=0時，H0，H=Hc，Hc稱為矯頑力。,在進行磁路計算時，為了簡化計算，不考慮磁滯現(xiàn)象，而用基本磁化曲線來表示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。,(1) 硬磁物質(zhì) BH 曲線寬，Br 大、Hc 大。 用于制造永磁鐵。 (2) 軟磁物質(zhì) BH 曲線窄， Br 小、Hc 小。 用于制造變壓器、電機等電器的鐵心。 (3) 矩磁物質(zhì) BH 曲線形狀接近矩形， Br 大、Hc 小。 用于計算機中，作記憶單元。,按磁滯回線的不同，磁性物質(zhì)可分為,1.4.2

32、 軟磁材料與硬磁材料,磁路的材料不同，其導磁性能也不同。 鐵磁材料的特點： （1）磁導率不是常數(shù)，磁導率隨著外加磁場的變化而發(fā)生相應的變化，存在磁飽和現(xiàn)象。 （2）在交變磁場的作用下，存在磁滯和渦流現(xiàn)象，在鐵磁物質(zhì)內(nèi)產(chǎn)生能量損耗，即鐵耗。,圖1.13 鐵磁材料的磁滯回線,1.4.4 鐵磁材料中的鐵耗,Ch為磁滯損耗系數(shù)，取決于不同材料的系數(shù)；,f 電流交變頻率；,Bm 鐵心中的最大磁通密度；,n 與材料及Bm有關(guān)的系數(shù)。對一般電工鋼片n 取1.52.5；,V 鐵心的體積。,正比例于磁滯回線的面積,磁滯損耗：鐵磁材料在交變磁場作用下的反復磁化過程中，磁疇會不停轉(zhuǎn)動，相互之間會不斷摩擦，因而就要消耗一定的能量，產(chǎn)生功率損耗。這種損耗稱為磁滯損耗。 磁滯損耗的大小與磁滯回線的面積、電流頻率f 和鐵心體積V 成正比。 由于硅鋼片的磁滯回線面積很小，而且導磁性能好。因此，大多數(shù)電機、變壓器或普通電器的鐵心都采用硅鋼片制成。,磁滯損耗:,由于現(xiàn)在P 就是為了建立交變磁場所需的功率，那么其在一個周期時間T 內(nèi)的平均值也就是鐵心的磁滯