电机拖动课件第一章

第一章磁路第一节磁路的基本定律

电机是进行机电能量转换的装置。机电能量转换的媒介是磁场，磁场的路径称为磁路。在工程中，通常将磁场问题简化为磁路问题。2认为各磁段中磁通沿其截面积均匀分布，各磁段中磁场强度保持为恒值。

各段磁路的磁压降等于磁场内对应点之间的磁位差。一.磁场的几个常用量

磁感应强度(又称磁通密度)B

:表征磁场强弱及方向的物理量。单位:T(特斯拉)或Wb/m2

。

闭合的磁感应矢量线与产生它的电流方向符合右手螺旋定则。

磁通量Φ:垂直穿过某截面积的磁力线总和。单位:Wb。B=Φ/A。

磁场强度H

：计算磁场时引用的物理量。(单位正点磁荷在磁场中所受的力)

H单位：A/m

B=μH

磁导率μ：表示物质磁导能力大小的量。

μFe>>μ0

真空磁导率：µ0=4π*10H/m-7二.磁路的概念磁通所通过的路径称为磁路，铁心的导磁性能比空气好得多，为主磁路，后者为漏磁路。

变压器直流电机励磁线圈加励磁电流铁心空气铁心空气三、磁路的基本定律1、安培环路定律

沿任何一条闭合回线L，磁场强度H的线积分等于该闭合回线所包围的电流的代数和。

如果在均匀磁场中，沿着回线L磁场强度H

处处相等，则

电流正方向和磁场强度H的闭合回线L的环行方向符合右手螺旋定理。82、磁路的欧姆定律对于无分支铁芯磁路，可用模拟电路图表示：磁路模拟电路图

不计漏磁通，磁通量Φ

等于磁通密度B

乘以面积A：磁场强度等于磁通密度除以磁导率：于是磁动势F

=HRm10

磁动势的定义是电流流过导体所产生磁通量的势力，是用来度量磁场或电磁场的一种量，类似于电场中的电动势或电压。

磁动势描述为线圈所能产生磁通量的势力，用它来衡量或预见通电线圈实际能够激发磁通量的势力。此外，永久磁铁也会有磁动势。11公式一：作用在磁路上的磁动势F等于磁路内的磁通量Φ与磁阻Rm的乘积。公式二：通电线圈产生的磁动势F等于线圈的匝数N和线圈中所通过的电流I的乘积，也叫磁通势，磁动势F的单位是安培(A)。公式三：F是磁场强度H在磁路L上的积分。

F

是作用在铁芯磁路上的安匝数(Ni)。作用在磁路上的磁动势F

等于磁路内的磁通量Φ乘以磁阻Rm。

这就是磁路的欧姆定律。Rm＝l/(µA)

Rm:磁路的磁阻

Rm

和µ

都是非线性的，不是常数，Rm

只用于定性分析磁路问题。

[例1-1]有一闭合铁心磁路,铁心的截面积A=9×10-4m2,磁路的平均长度l=0.3m,铁心的磁导率μFe=5000μ0,套装在铁心上的励磁绕组为500匝。试求在铁心中产生1T

的磁通密度时,需要多少励磁磁动势和励磁电流？解用安培环路定律求解,磁场强度：励磁磁动势:励磁电流:14无分支铁芯磁路a)磁路

b)模拟电路图

3、磁路的基尔霍夫定律（1）磁路的基尔霍夫电流定律:

穿过任何一闭合面的总磁通恒等于0。也称磁通连续性定律。进入某一闭合面的磁通为“-”，穿出某一闭合面的磁通为“+”。或16磁路的基尔霍夫电流定律（2）磁路的基尔霍夫电压定律按Ф、A、µ

相同，分成三段。18磁路的基尔霍夫电压定律:沿任何闭合磁路的总磁动势Ni

恒等于各段磁路磁位差Hl

的代数和。是安培环路定律的另一表现形式。

磁路和电路有相似之处，却要注意有以下几点差别：

1）电路中有电流I

时，就有功率损耗IR；而在直流磁路中，维持一定磁通量，铁心中没有功率损耗。

2）电路中的电流全部在导线中流动；而在磁路中，总有一部分漏磁通。2

3）电路中导体的电阻率在一定的温度下是恒定的；而磁路中铁心的磁导率随着饱和程度而有所变化。4）对于线性电路，计算时可以用叠加原理；而在磁路中，B和H

之间的关系为非线性，因此计算时不可以用叠加原理。第二节常用铁磁材料及其特性

当线圈的匝数和励磁电流相同时，铁芯线圈激发的磁通量要比空心线圈大得多。

电机和变压器的铁心要采用磁导率较高的铁磁材料制成。这样不仅励磁性能好、而且体积小、重量轻。一、铁磁物质的磁化在外磁场的作用下,铁磁物质的磁畴顺着外磁场方向转向,排列整齐,显示出磁性,可大大加强合成磁场。

在同一外磁场的作用下，铁磁材料比非铁磁材料产生的磁场强度大得多。

µFe=(2000~6000)µ0

23铁磁物质的磁化磁畴的天然磁化区无磁性在外磁场的作用下有磁性

二、磁化曲线和磁滞回线1、起始磁化曲线

非铁磁材料中，H

与B

成正比，比例系数为µ0。

将一块未磁化的铁磁材料进行磁化，当磁场强度H

由零逐渐增加时，磁通密度B

将随之非线性增加。

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铁磁材料的磁阻随饱和度增加而增大。

把铁芯内工作点的磁通密度选择在漆点附近，能获得较大的磁通量，又不过分增大磁动势。用B=f(H)描述的曲线就称为起始磁化曲线铁磁材料的起始磁化曲线饱和慢与B=µ0

H平行饱和点（漆点、工作点）非铁磁材料磁化曲线磁畴转向快磁导率急剧下降

2、磁滞回线：将铁磁材料进行周期性磁化，B

的变化滞后于H。

剩磁:当H

从零增加到Hm时，B

相应地从零增加到Bm；然后再逐渐减小H，B

值将沿曲线ab下降。当H=0

时，B

值并不等于零，而是Br－剩磁。

磁滞回线:当H

在Hm和－Hm之间反复变化时，呈现磁滞现象的B－H

闭合曲线－磁滞回线。剩磁矫顽力铁磁材料的磁滞回线3、基本磁化曲线

对同一铁磁材料,选择不同的Hm

反复磁化,得到不同的磁滞回线。

将各条回线的顶点连接起来,所得曲线称为基本磁化曲线。基本磁化曲线用于磁路计算基本磁化曲线与起始磁化曲线差别不大三、铁磁材料

软磁材料：磁滞回线窄，Br

小、Hc

小。磁路计算时，可不考虑磁滞现象，可用基本磁化曲线。磁导率高，用于电机、变压器铁芯。如：钢、铁。硬磁材料：磁滞回线宽，Br大、Hc

大。可做永磁材料，永久磁铁。如：铁氧体等。31软磁材料硬磁材料软磁和硬磁材料磁滞回线Br小Hc小Hc大Br大

四、铁心损耗1、磁滞损耗：材料被交流磁场反复磁化，磁畴相互摩擦而消耗的热能量。

Ph

=Ch

f

Bm

V

硅钢片n

=1.6~2.3，磁滞回线面积较小，Bm

较小。

V：铁心体积；

Ch：磁滞损耗系数，与材料有关n

2、涡流损耗：磁通变化时，在铁心中感应电动势，引起环流，在铁心内部由于这种涡流会在铁心电阻上产生热能损耗。

Pe=CeΔ

f

Bm

V

Δ：硅钢片厚度，（0.35~0.5

mm

)

Ce：涡流损耗系数，与材料电阻率成反比

222343、铁心损耗：磁滞损耗和涡流损耗之和，都消耗有功功率，使铁心发热。

Pfe≈Cfef

Bm

G

G：铁心重量

Cfe：铁心损耗系数1.32第三节直流磁路的计算

直流磁路的计算依据安培环路定律。

磁路计算正问题：给定磁通量，计算所需的励磁磁动势。电机、变压器的磁路计算属于这一类。磁路计算逆问题：给定励磁磁动势，计算磁路内的磁通量。对于逆问题，因为磁路为非线性的，用试探法。

磁路计算正问题的步骤：给定Φk1）将磁路按材料性质和不同截面尺寸分段；5）计算各段磁位降Hklk，最后求出F=∑Hklk。4）根据Bk

求出对应的Hk；（查表或Hδ=

Bδ/µ0）3）计算各段磁路的平均磁通密度Bk=Φk/Ak；2）计算各段磁路的有效截面积Ak

和平均长度lk；Φ

B

H

Hl

ΣNi

i一、简单串联磁路：整个磁路的磁通量相同[例1-2]铁心由铸钢和空气隙构成，截面积Afe=0.0009m2，磁路平均长度lFe=0.3m，气隙长度δ=5×10-4m，求该磁路获得磁通量Φ=0.0009Wb

时所需的励磁磁动势。

解：铁心内磁通密度为从铸钢磁化曲线查得：与Bfe

对应的Hfe

=9×10

A/m2空气隙中：所以，励磁磁势:F=HFelFe+Hδlδ=655A铁心段的磁位降：二、简单并联磁路：有两个以上支路[例1-3]铁心由DR530硅钢片构成，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，所需的励磁电流。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：两边铁心磁通密度和磁位降：查磁化曲线：i=ΣNi/N=4938/2000=2.469A总磁动势和励磁电流：磁路是并联对称的，算左边一个磁回路即可。