《电机及拖动基础》第一章-绪论

第一节课程内容简介第二节基本电磁定律第三节铁磁材料特性第四节磁路基本定律及计算方法第一章绪论第一节课程内容简介本书主要内容包括：电力拖动系统动力学直流电机直流电动机的起动调速与四象限运行变压器交流电机电枢绕组电动势与磁通势异步电动机异步电动机的各种运行方式分析同步电机现代交流电机调速技术微特电机电动机的选择等第一节课程内容简介电机及拖动基础电机学电力拖动第一节课程内容简介电能机械能发电机电动机变压器第一节课程内容简介生产机械电动机电力拖动各种机床轧钢机械矿山机械纺织机械印刷机械造纸机械化工机械石化机械起重机械家用电器第二节基本电磁定律一、全电流定律（安培环路定律）设空间有

根导体，沿任意围绕

根导体的闭合路径对磁场强度的线积分就等于该闭合路径所包围的导体电流的代数和

。图1.1全电流定律

第二节基本电磁定律和，两积分路径结果相同：积分与路径无关，只与闭合路径内包围的导体电流的大小和方向有关。图1.1全电流定律

第二节基本电磁定律二、电磁感应定律闭合回路中的磁通量随时间发生变化，该线圈中必然有感应电势产生，称这种现象为电磁感应。线圈中的感应电势将倾向于阻止线圈中磁链的变化。式中：第二节基本电磁定律图1.2电磁感应定律

数学描述为：正电动势产生正电流——电流正方向正电流产生正磁通——右手螺旋定则第二节基本电磁定律在电机中电磁感应现象主要表现在两个方面：切割电动势：

线圈与磁场有相对运动，导线切割磁力线时，导线内产生感应电动势。变压器电动势：磁通本身就是由交流电流所产生，也就是说磁通本身随时间在变化着，这样产生的电势称为变压器电势。（线圈与磁场相对静止）第二节基本电磁定律1.切割电动势图1.3右手定则感应电动势的方向——右手定则。第二节基本电磁定律2.变压器电动势设线圈与磁场相对静止，与线圈交链的磁通随时间按正弦规律变化：

于是可得:感应电动势幅值第二节基本电磁定律电动势与磁通的相位关系:电动势的变化规律与磁通变化规律相同，但相位滞后

90°。感应电动势的有效值：第二节基本电磁定律三、电磁力定律

将长度为的导体放置在磁场中，通入电流后，导体会受到力的作用，这种力就称为电磁力，其表达式为：对于长直载流导体，若磁场与之垂直：即电磁力定律，也称为毕奥-萨伐定律。第二节基本电磁定律电磁力、磁场和载流导体的关系由左手定则确定。图1.5左手定则第三节铁磁材料特性一、铁磁材料的磁导率

磁介质的磁导率为对于均匀各向同性磁介质，和是同方向的。磁场强度矢量磁感应强度非铁磁材料磁导率接近真空磁导率第三节铁磁材料特性铁磁材料的磁导率要比非铁磁材料磁导率大得多。铁磁材料包括铁、钴、镍以及它们的合金。

电机中常用的铁磁材料的磁导率第三节铁磁材料特性利用磁畴假说，可以分析铁磁材料具有良好导磁性能的原因。图1.6铁磁材科中的磁畴

磁化前磁化后第三节铁磁材料特性铁磁材料的磁化过程图1.7铁磁材料的基本磁化曲线在外磁场作用下，磁感应强度将发生变化，二者之间的关系曲线称为磁化曲线，表示为。第三节铁磁材料特性磁化曲线可分为四段。在oa段：外磁场较弱，B增大速度较慢。在ab段：随着的不断增加，使迅速增加。在bc段：B的增加逐渐缓慢下来，开始出现磁饱和现象。点以后，再增加，B的增加也很有限，出现了深度饱和现象。由于饱和现象在段开始出现，磁导率随的增加反而变小，因此，在磁导率曲线上有最大值存在。第三节铁磁材料特性二、磁滞现象

被磁化了的铁磁材料在外磁场消失后，磁畴的排列将部分的向原始状态恢复，但不可能完全恢复到原始状态。铁磁材料中这种的变化滞后于的变化的现象称为磁滞现象。磁滞现象是铁磁材料的另一个特性。第三节铁磁材料特性图1.8铁磁材料的磁滞回线铁磁材料循环磁化过程的磁滞回线：B

的变化总是滞后

H

的变化。上升磁化曲线与下降磁化曲线不重合，铁磁材料的磁化过程不可逆。B－H

曲线是封闭曲线。第三节铁磁材料特性对同一铁磁材料，选择不同的磁场强度进行反复磁化，可得一系列大小不同的磁滞回线，再将各磁滞回线的顶点联接起来，所得的曲线即为基本磁化曲线。图1.9磁滞回线与基本磁化曲线第三节铁磁材料特性磁滞回线很窄的铁磁材料称为软磁材料，在电机中常用的有硅钢片、铸铁、铸钢等。磁滞回线很宽的铁磁材料，通常也形象地称为硬磁材料或永磁材料。电机常用的永磁材料有铁氧体、稀土钴、钕铁硼等。与软磁材料相比，硬磁材料的磁导率很小。第三节铁磁材料特性铁磁材料在交变磁场作用下的反复磁化过程中，磁畴会不停地转动，相互之间会不断摩擦，要消耗一定的能量，产生功率损耗。这种损耗称为磁滞损耗。第四节磁路基本定律及计算方法磁场求解磁路求解引入磁路确定磁动势、磁通和磁路结构的关系磁路基本定律磁路欧姆定律、磁路基尔霍夫第一定律和第二定律等。第四节磁路基本定律及计算方法一、磁路基本定律

1.磁路欧姆定律

图1.10闭合磁路示意图

主磁通漏磁通漏磁通很小，可忽略不计。第四节磁路基本定律及计算方法根据全电流定律有因，而可推得：磁路欧姆定律

磁动势磁导磁阻磁路欧姆定律表明，磁通量与磁动势成正比，与磁阻成反比。第四节磁路基本定律及计算方法2.磁路基尔霍夫第一定律

图1.11分段磁路示意图主磁路可分为三段计算。第四节磁路基本定律及计算方法各段的磁动势、主磁通、磁导率、截面积、平均长度分别定义如下：分段序号磁动势主磁通磁导率截面积路径长123第四节磁路基本定律及计算方法由磁通连续性原理，通过节点的总磁通的代数和为零。磁路基尔霍夫第一定律

磁路基尔霍夫第一定律表明，进入或流出任一节点或闭合面的总磁通量的代数和等于零。第四节磁路基本定律及计算方法3.磁路基尔霍夫第二定律

由路径和构成的闭合磁路第四节磁路基本定律及计算方法又：故：第四节磁路基本定律及计算方法由和组成的闭合磁路第四节磁路基本定律及计算方法综上：磁路基尔霍夫第二定律

称为磁压降，为闭合磁路上磁压降的代数和。第四节磁路基本定律及计算方法磁路基尔霍夫第二定律表明，沿任一闭合磁路上磁动势的代数和等于磁压降的代数和磁路欧姆定律表明，磁通量与磁动势成正比，与磁阻成反比。磁路基尔霍夫第一定律表明，进入或流出任一节点或闭合面的总磁通量的代数和等于零总结：第四节磁路基本定律及计算方法磁动势电动势磁通电流磁压降电压降磁阻电阻欧姆定律基尔霍夫第一定律基尔霍夫第二定律磁路电路基本物理量及公式单位基本物理量及公式单位AVWbAAV磁路和电路中有关物理量及基本方程的对应关系如下：第四节磁路基本定律及计算方法二、磁路计算

磁路计算包含给定磁通求磁动势。

给定磁动势求磁通。

电机的磁路计算通常属于第一种类型的问题。对于第二种类型的问题，一般要用迭代法进行计算。第四节磁路基本定律及计算方法对于一般的磁路，给定磁通求磁动势的具体步骤如下：1.将磁路分段，保证每段磁路的均匀性；

2.计算各段磁路的截面积和平均长度；

3.根据给定磁通，确定各段磁路的平均磁感应强度；4.由磁密确定对应的磁场强度；5.计算各段磁路上的磁压降；

6.由磁路基尔霍夫第二定律计算。以上方法亦称为分段计算法。第四节磁路基本定律及计算方法迭代法求解：反复给定并修正磁通初值，计算磁动势；直到与给定磁动势相等或二者之差小于给定误差。即：满足条件的即为所求。对于第二种类型的磁路计算问题，即给定磁动势求磁通。由于磁路的非线性关系，解决这类问题的常用方法为迭代法。第四节磁路基本定律及计算方法迭代法实质上是将第二类问题转化为第一类问题进行计算，然后根据结果进行修正，迭代计算，并逐步逼近理论结果。第四节磁路基本定律及计算方法三、永磁体磁路计算

由于永磁体类硬磁材料性能的不断提高，在电机和电气工程中的应用日益广泛。图1.12环形永磁体第四节磁路基本定律及计算方法图1.13永磁体退磁曲线

永磁体是利用剩磁而工作的。永磁体工作于图1.13所示的磁滞回线的去磁段CR，通称为退磁曲线。第四节磁路基本定律及计算方法永磁体磁路计算已知磁路尺寸求磁通给定磁通设计永磁体第四节磁路基本定律及计算方法1.

已知磁路尺寸，求解气隙中的工作磁通由于气隙的影响，磁路总磁阻增大，气隙磁感应强度将低于，相当于产生了去磁作用。实际工作点下移为退磁曲线上的D点。设磁钢内的磁场强度为，气隙磁场强度为，因无励磁电流，即磁动势。第四节磁路基本定律及计算方法由磁路基尔霍夫第二定律有不计边缘效应并忽略漏磁有：即：故有：第四节磁路基本定律及计算方法即D点即为工作点，相应地，气隙中的工作磁通为：

D点的磁场强度为负值，说明磁铁工作时，其内的实际磁场与原磁化场方向相反，称为自退磁场。第四节磁路基本定律及计算方法永磁体的工作磁密不但与所用材料的退磁曲线的形状有关，而且还与磁体长度与气隙长度的比值有关。愈大则愈小(极限)，就愈接近于。所以，增加永磁体长度，减少工作气隙能够使永磁体磁路获得较强磁场。综上可知，已知永磁体磁路尺寸确定气隙工作磁通或磁体工作点的过程是一个结合材料退磁曲线而进行的图解过程。第四节磁路基本定律及计算方法