电机学及拖动基础市公开课一等奖省赛课获奖课件

重庆大学自动化学院电机学及拖动基础1电机学及拖动基础第1页第一章磁路2电机学及拖动基础第2页

主要内容1.1磁路基本定律1.2惯用铁磁材料及其特征1.3直流磁路计算1.4交流磁路特点3电机学及拖动基础第3页第一节磁路基本定律1.磁场几个惯用物理量2.磁路概念3.磁路基本定律机电能量转换媒介是磁场，在工程中，通常将磁场问题简化为磁路问题。电机是进行机电能量转换装置4电机学及拖动基础第4页磁感应强度（又称磁通密度）B

——表征磁场强弱及方向物理量。单位：Wb/m2或T磁通量（或磁通）Φ——垂直穿过某截面积磁力线总和。Φ=BA，单位：Wb磁场强度H——计算磁场时引用物理量。

B=μH，单位：A/m第一节磁路基本定律一.磁场几个惯用物理量磁导率——反应导磁介质导磁性能物理量。真空中磁导率铁磁材料5电机学及拖动基础第5页第一节磁路基本定律二.磁路概念磁路——磁通所经过路径称为磁路变压器磁路直流电机磁路6电机学及拖动基础第6页第一节磁路基本定律三、磁路基本定律1、安培环路定律沿任何一条闭合回线L，磁场强度H线积分等于该闭合回线所包围电流代数和假如在均匀磁场中，沿着回线L磁场强度H处处相等，则2、磁路欧姆定律作用在磁路上磁动势F等于磁路内磁通量Φ乘以磁阻Rm7电机学及拖动基础第7页磁通量Φ等于磁通密度乘以面积磁场强度等于磁通密度除以磁导率于是第一节磁路基本定律磁路模拟电路图路8电机学及拖动基础第8页第一节磁路基本定律[例1-1]有一闭合铁心磁路，铁心截面积A=9×10-4m2,磁路平均长度

l

=0.3m，铁心磁导率μFe=5000μ0，套装在铁心上励磁绕组为500匝。试求在铁心中产生1T磁通密度时，需要多少励磁磁动势和励磁电流？解用安培环路定律求解以下9电机学及拖动基础第9页3、磁路基尔霍夫定律（1）磁路基尔霍夫电流定律或第一节磁路基本定律10电机学及拖动基础第10页第一节磁路基本定律（2）磁路基尔霍夫电压定律11电机学及拖动基础第11页磁路和电路有相同之处，却要注意有以下几点差异：1）电路中有电流I时，就有功率损耗；而在直流磁路中，维持一定磁通量，铁心中没有功率损耗。2）电路中电流全部在导线中流动；而在磁路中，总有一部分漏磁通。3）电路中导体电阻率在一定温度下是恒定；而磁路中铁心导磁率伴随饱和程度而有所改变。4）对于线性电路，计算时能够用叠加原理；而在磁路中，B和H之间关系为非线性，所以计算时不能够用叠加原理。第一节磁路基本定律12电机学及拖动基础第12页第二节惯用铁磁材料及其特征一、铁磁物质磁化

在外磁场作用下，磁畴顺着外磁场方向转向，排列整齐，显示出磁性。由此形成一个附加磁场，叠加在外磁场上，磁畴所产生附加磁场将比非铁磁物质在同一磁场强度下所激励磁场强得多，使铁磁材料内磁场大为增强。当磁畴全部沿外磁场方向排列后，即使外磁场再增加，铁磁材料内磁场几乎不再增加，即进入磁饱和状态。铁磁物质未放入磁场之前，磁畴杂乱无章地排列着，磁效应相互抵消，对外部不呈磁性13电机学及拖动基础第13页二、磁化曲线和磁滞回线1、起始磁化曲线B=f(H)第二节惯用铁磁材料及其特征非铁磁材料磁化特征：B=μ0Hoa为起始段

ab为线性段

bc为饱和段

0BB=f(H)abcd膝点μFe=f(H)B=μ0HH

随H改变而改变

14电机学及拖动基础第14页2、磁滞回线剩磁——当H从零增加到Hm时，B对应地从零增加到Bm；然后再逐步减小H，B值将沿曲线ab下降。当H=0时，B值并不等于零，而是Br。这就是剩磁。磁滞回线——当H在Hm和－

Hm之间重复改变时，展现磁滞现象B－H闭合曲线，称为磁滞回线。第二节惯用铁磁材料及其特征15电机学及拖动基础第15页3、基本磁化曲线

对同一铁磁材料，选择不一样Hm重复磁化，得到不一样磁滞回线。将各条回线顶点连接起来，所得曲线称为基本磁化曲线。第二节惯用铁磁材料及其特征16电机学及拖动基础第16页三、铁磁材料1、软磁材料2、硬磁材料第二节惯用铁磁材料及其特征

磁滞回线很窄，剩磁小，磁导率较高。硅钢片、铸铁、铸钢等等。磁滞回线很宽，剩磁大，或叫永磁材料。铁氧体、稀土钴、钕铁硼等。17电机学及拖动基础第17页四、铁心损耗1、磁滞损耗——材料被交流磁场重复磁化，磁畴相互摩擦而消耗能量。磁滞损耗大小与磁滞回线面积、磁场交变频率f和铁心体积V成正比。因为硅钢片磁滞回线面积很小，而且导磁性能好。所以，大多数电机、变压器或普通电器铁心都采取硅钢片制成。18电机学及拖动基础第18页2、涡流损耗涡流：铁磁材料在交变磁场将有围绕磁通呈涡旋状感应电动势和电流产生，简称涡流。涡流损耗：铁心内部因为涡流在铁心电阻上产生热能损耗。涡流损耗与磁场交变频率f、厚度d和最大磁感应强度Bm平方成正比，与材料电阻率成反比。19电机学及拖动基础第19页第三节直流磁路计算磁路计算正问题——给定磁通量，计算所需励磁磁动势磁路计算逆问题——给定励磁磁势，计算磁路内磁通量磁路计算正问题步骤：1）将磁路按材料性质和不一样截面尺寸分段；2）计算各段磁路有效截面积Ak和平均长度lk；3）计算各段磁路平均磁通密度Bk

，Bk=Φk/Ak；4）依据Bk求出对应Hk；5）计算各段磁位降Hklk，最终求出F=∑Hklk。磁路计算逆问题——因为磁路为非线性，用试探法。20电机学及拖动基础第20页一、简单串联磁路[例1-2]铁心由铸钢和空气隙组成，截面积AFe=0.0009m2，磁路平均长度lFe=0.3m，气隙长度δ=5×10-4m，求该磁路取得磁通量Φ=0.0009Wb时所需励磁磁动势。第三节直流磁路计算21电机学及拖动基础第21页解：铁心内磁通密度为从铸钢磁化曲线查得：与BFe对应HFe=9×102A/m空气隙中：铁心段磁位降：所以，励磁磁势为F=HFelFe+Hδlδ=655A第三节直流磁路计算22电机学及拖动基础第22页二、简单并联磁路[例1-3]铁心由DR530硅钢片组成，铁心柱和铁轭截面积AFe=0.0004m2，磁路平均长度lFe=0.05m，气隙长度δ1

=δ2=2.5×10-3m，励磁线圈匝数N1=N2=1000匝。不计漏磁通，试求在气隙中产生磁通密度Bδ=1.211T时，所需励磁电流。第三节直流磁路计算23电机学及拖动基础第23页解：中间磁路长度：两边磁路长度：气隙磁位降：中间铁心磁位降：查磁化曲线：第三节直流磁路计算24电机学及拖动基础第24页第三节直流磁路计算总磁动势和励磁电流为：两边铁心磁通密度和磁位降：查磁化曲线：25电机学及拖动基础第25页第四节交流磁路特点相关交流磁路和铁心线圈计算，将在变压器一章讨论。交流磁路除了会在铁心中产生损耗外，还有以下两个效应：1）磁通量随时间改变，在励磁线圈中产生感应电动势。2）磁饱和现象会造成