華北電力大學(xué)電機(jī)學(xué)87講概論課件

0.4與磁路相關(guān)的基本物理定律0.5鐵磁材料及其特性第二講電機(jī)中的磁路0.4與磁路相關(guān)的基本物理定律0.5鐵磁材料及其特性第12）磁通密度也叫磁感應(yīng)強(qiáng)度。單位特斯拉（T）。1）磁通可以直觀地理解為磁路中所包含地磁力線條數(shù)。單位韋伯（Wb）0.4與電機(jī)磁路相關(guān)的基本物理定律0.4.1與磁路相關(guān)的幾個(gè)重要物理量2）磁通密度1）磁通0.4與電機(jī)磁路相關(guān)的基本物理定律023）磁導(dǎo)率磁導(dǎo)率表示物質(zhì)導(dǎo)磁能力的大小。真空磁導(dǎo)率為，H/m?？諝?、塑料等非金屬以及銅、鋁等大部分金屬的磁導(dǎo)率都近似等于。稱為非鐵磁物質(zhì)。還有一部分材料的磁導(dǎo)率遠(yuǎn)高于真空的磁導(dǎo)率(2000-6000倍)，這類材料稱為鐵磁物質(zhì)，比如，鐵、鎳、鈷及其合金等。3）磁導(dǎo)率3而磁通密度則分別為

因?yàn)槭堑臄?shù)千倍，所以鐵環(huán)中的磁密與磁通是塑料環(huán)中的數(shù)千倍。下圖中，以長直導(dǎo)線中心為圓心，在半徑為r的圓周上有一個(gè)塑料環(huán)和一個(gè)鐵環(huán)，顯然其中磁場強(qiáng)度均為，4）磁場強(qiáng)度，單位為A/m。它與磁感應(yīng)強(qiáng)度的關(guān)系在一般的情況下可表示為。需要注意的是，磁場強(qiáng)度本身并不代表磁場強(qiáng)弱。只有它與磁導(dǎo)率之積才能反映磁場的強(qiáng)弱。而磁通密度則分別為下圖中，以長直導(dǎo)線中心為圓心，在半徑為r的4能量轉(zhuǎn)換需要磁場----磁場由電流產(chǎn)生磁場強(qiáng)弱與產(chǎn)生該磁場的電流是什么關(guān)系?由全電流定律來描述H-i之間關(guān)系0.4.2全電流定律（安培環(huán)路定律）能量轉(zhuǎn)換需要磁場0.4.2全電流定律（安培環(huán)路定律）5安培環(huán)路定律：沿空間任意一條閉合回路，磁場強(qiáng)度的線積分等于該閉合回路所包圍的電流的代數(shù)和。注：若與符合右手螺旋關(guān)系，取正號(hào)，否則取負(fù)。其中大拇指所指為的方向，四指為

方向。1）全電流定律一般形式安培環(huán)路定律：沿空間任意一條閉合回路，磁場強(qiáng)度6螺管線圈線圈:作用在磁路上的安匝數(shù)稱為磁路磁動(dòng)勢，用表示，單位A。2)電機(jī)分析中常用的簡化形式的全電流定律下圖為均勻密繞螺管線圈，有螺管線圈線圈:作用在磁路上的安匝數(shù)稱為磁路磁動(dòng)勢，用7

對于下圖的情況，在一般情況下，也可以近似地認(rèn)為屬于均勻磁路，所以也可得下式。單線圈鐵心磁路

對于下圖的情況，在一般情況下，也可以近似地認(rèn)為屬于均勻磁路8

帶氣隙的鐵心磁路

若磁回路中存在氣隙（分段均勻磁路）。當(dāng)氣隙長度遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于兩側(cè)的鐵心截面的邊長時(shí)，認(rèn)為鐵心和氣隙中為均勻磁場，則

式中，

和分別為鐵心和氣隙上的磁壓降，可見，作用在磁路上的總磁勢等于該磁路各段磁壓降之和。討論1磁路包含氣隙時(shí)的全電流定律帶氣隙的鐵心磁路若磁回路中存在氣隙（分段均勻磁路）。9對于下圖所示鐵心上繞有匝數(shù)分別為與兩個(gè)繞組，分別通入電流與

的情況，作用于磁路上的總磁動(dòng)勢則為兩個(gè)線圈安匝數(shù)的代數(shù)和，于是多線圈鐵心磁路討論2磁路包含兩個(gè)線圈時(shí)的全電流定律對于下圖所示鐵心上繞有匝數(shù)分別為與兩個(gè)繞組，多線圈鐵10描述磁動(dòng)勢與磁通之間關(guān)系的磁路歐姆定律，即，作用于磁路上的磁動(dòng)勢等于磁阻乘以磁通。

由于

B=μH

1）均勻磁路的歐姆定律0.4.3磁路的歐姆定律與電感得描述磁動(dòng)勢與磁通之間關(guān)系的磁路歐姆定律，即，由于B=11:磁路的磁阻，A/Wb

:磁路的磁導(dǎo)，Wb/A思考：從磁路歐姆定律出發(fā)，磁路中磁通的大小受哪些因數(shù)的影響？

:磁路的磁阻，A/Wb:磁路的磁導(dǎo)，Wb/A思考：從12其中:鐵心部分對應(yīng)的磁阻:氣隙部分對應(yīng)的磁阻

2）分段均勻磁路的歐姆定律:鐵心中消耗的磁動(dòng)勢:氣隙中消耗的磁動(dòng)勢其中2）分段均勻磁路的歐姆定律:鐵心中消耗的磁動(dòng)勢:氣隙13思考：假設(shè)鐵心長度

與氣隙長度比為1000/1；鐵心磁導(dǎo)率與氣隙磁導(dǎo)率比為6000/1,那么線圈電流產(chǎn)生的磁動(dòng)勢在鐵心中與氣隙中消耗的磁動(dòng)勢是什么比值關(guān)系？思考：14兩邊同乘以線圈的匝數(shù)，則等式左邊得到的是線圈的磁鏈：3)線圈的電感由于：所以得到電感與線圈匝數(shù)和磁路磁導(dǎo)的關(guān)系可見，電感與線圈匝數(shù)的平方成正比，與磁場介質(zhì)的磁導(dǎo)成正比。對于：兩邊同乘以線圈的匝數(shù)，則等式左邊得到的是線圈3)線圈的電15

隨著鐵心磁路飽和的增加，鐵心磁導(dǎo)率減小，相應(yīng)的磁導(dǎo)、電抗也要減小。

電抗隨著頻率、匝數(shù)、磁阻的變化而變化。

4)交流線圈的電抗隨著鐵心磁路飽和的增加，鐵心磁導(dǎo)率減小，相應(yīng)的16§0.5鐵磁材料及其特性鐵磁材料包括鐵、鎳、鈷以及它們的合金（其它材料稱之為非鐵磁材料）。將這些材料放入磁場后，材料內(nèi)的磁場會(huì)顯著增強(qiáng)。鐵磁材料在外磁場中呈現(xiàn)很強(qiáng)的磁性，此想象稱為鐵磁材料的磁化。未磁化磁化后φ磁疇§0.5鐵磁材料及其特性鐵磁材料包括鐵、鎳、鈷以及它們的合170.5.1.鐵磁材料具有增磁作用（有很高導(dǎo)磁能力）上圖為同步電機(jī)轉(zhuǎn)子線圈電流）產(chǎn)生的磁場很弱（磁力線稀少）且分布在無限廣闊的空間。

一旦轉(zhuǎn)子插入定子，定轉(zhuǎn)子磁路中的磁場大大增強(qiáng)，且磁通基本被約束在定子外圓以內(nèi)的范圍。思考：為什么？

0.5.1.鐵磁材料具有增磁作用（有很高導(dǎo)磁能力）18因?yàn)殍F磁材料的磁導(dǎo)率要遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于非鐵磁材料的磁導(dǎo)率（非鐵磁材料的磁導(dǎo)率一般都可近似認(rèn)為等于真空的磁導(dǎo)率，）。通常。那么，一定的線圈電流在鐵心磁路中激發(fā)的磁通比空氣磁路中磁通大得多。因?yàn)殍F磁材料的磁導(dǎo)率要遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于非鐵磁材料19結(jié)論：鐵心具有增磁功能。結(jié)論：鐵心具有增磁功能。200.5.2鐵磁材料具有磁飽和特性鐵磁材料的磁化曲線不是一條直線，會(huì)隨鐵磁材料內(nèi)磁密的變化而變化，當(dāng)磁密達(dá)到點(diǎn)后，鐵磁材料內(nèi)磁密呈現(xiàn)飽和想象，也就是說，此時(shí)磁場強(qiáng)度繼續(xù)增加，鐵磁材料的磁導(dǎo)率會(huì)迅速變小，磁密增加會(huì)越來越慢。0.5.2鐵磁材料具有磁飽和特性鐵磁材料的磁化曲線不21DW450-50的實(shí)際磁化曲線H（A/m）B(T)代號(hào)說明：D-電工鋼片，W-冷軋無取向，即各個(gè)方向磁導(dǎo)率相等，450-50—在50Hz下鐵心損耗4.5W/kg,厚度為0.5mm。DW450-50的實(shí)際磁化曲線H（A/m）B(T)代號(hào)說220.5.3鐵磁材料具有磁滯特性鐵磁材料進(jìn)行周期性磁化所反映的：磁密變化落后于磁場強(qiáng)度變化，通常在電機(jī)內(nèi)也可理解為磁通落后于激磁電流的現(xiàn)象，稱為磁滯現(xiàn)象。0.5.3鐵磁材料具有磁滯特性鐵磁材料進(jìn)行周期性磁化所反映23不同最大磁場強(qiáng)度下磁滯回線及基本磁化曲線圖中黃色的曲線為該鐵磁材料的基本磁化曲線不同最大磁場強(qiáng)度下磁滯回線及基本磁化曲線圖中黃色的曲線為該鐵241）磁滯損耗鐵磁材料的磁滯效應(yīng)可引起鐵磁材料發(fā)熱，也就是說磁滯會(huì)引起磁滯損耗。鐵磁材料置于交變磁場中時(shí)，材料被交變磁場反復(fù)磁化，引起磁疇(chou)的周期性轉(zhuǎn)動(dòng)，其轉(zhuǎn)動(dòng)摩擦引起的損耗就是磁滯損耗。φ1）磁滯損耗鐵磁材料的磁滯效應(yīng)可引起鐵磁材料發(fā)熱，也25軟磁材料的磁滯回線硬磁材料的磁滯回線磁滯損耗與磁滯回線包圍的面積、磁通交變頻率

、鐵磁材料體積成正比。軟磁材料的磁滯回線硬磁材料的磁滯回線磁滯損耗與磁滯回線包圍的26鐵心內(nèi)的交變磁通將感應(yīng)電勢，進(jìn)而在鐵心內(nèi)引起環(huán)流。這些環(huán)流通作渦流狀流動(dòng)，稱為渦流。渦流引起的損耗，稱為渦流損耗。思考：如何盡量減小渦流損耗？2）渦流損耗鐵心內(nèi)的交變磁通將感應(yīng)電勢，進(jìn)而在鐵心內(nèi)引起環(huán)流。這些環(huán)流通27當(dāng)鐵心中磁通交變時(shí)，同時(shí)會(huì)產(chǎn)生磁滯損耗與渦流損耗。這兩部分損耗總稱為鐵心損耗。鐵心損耗通常用下式計(jì)算：3）交流鐵心的損耗當(dāng)鐵心中磁通交變時(shí)，同時(shí)會(huì)產(chǎn)生磁滯損耗與渦流損耗。這兩部分損28電路磁路電流I[A]磁通：[Wb]電流密度J[A/m^2]磁通密度B[T=Wb/m^2]電動(dòng)勢E[V]磁動(dòng)勢F[A]電阻[]磁阻[1/H]電導(dǎo)[S]磁導(dǎo)[H]基爾霍夫第一定律磁路節(jié)點(diǎn)定律基爾霍夫第二定律全電流定律電路歐姆定律磁路歐姆定律總結(jié)電路磁路電流I[A]磁通：[Wb]電流密291、設(shè)鐵心磁路橫截面積A=100cm2,l=1m,線圈N=200匝，比較d=0與d=1mm的磁阻,磁導(dǎo),并求出