电机理论基础 第1篇 电路与磁路.ppt

1、第一篇 电路与磁路,第一章 电 路,1.1 电路的基尔霍夫定律 1.2 正弦交流电的基本概念 1.3 正弦量的相量表示法 1.4 电路定律的相量形式,内容：,1.1 电路的基尔霍夫定律,注意：以上两个定律中电压、电流的正方向的规定,KCL规定了电路中任一节点处电流必须服从的约束关系，KVL则规定了电路中任一回路内电压必须服从的约束关系。这两个定律仅与元件的相互连接有关，与元件本身的性质无关。,1.2 正弦交流电的基本概念,正弦量间的相位关系：,同频率正弦量的相位差等于它们的初相角之差，是一个与时间无关的常数 ； 当两个同频率正弦量的即时起点改变时，它们的初相角也跟着改变，但两者的相位差仍保持不

2、变，即相位差与计时起点无关。,正弦电流 的三要素为幅值 Im，角频率 和初相角 i 。,1.2 正弦交流电的基本概念,有效值I，频率，初相位i也可用来表示正弦量的三要素。工程中使用的交流电气设备铭牌上标出的额定电流、电压的数值均指有效值。常用的交流电压表、电流表是有效值表，其上标出的数值也为有效值。,有效值（均方根值 ） 正弦量的有效值为其振幅的 倍，与正弦量的频率和初相位无关。根据这一关系常将正弦量i的表达式改写成如下形式,1.3 正弦量的相量表示法,正弦量的相量图,1.3 正弦量的相量表示法,1.4 电路定律的相量形式,第二章 磁 路,2.1 描述磁场的基本物理量和磁路的概念 2.2 磁路

3、的基本定律 2.3 磁路和电路的类比和区别 2.4 电机中常用的基本电磁定律 2.5 常用的铁磁材料及其特性,内容：,2.1 描述磁场的基本物理量和磁路的概念,描述电机中的磁场问题时，常用磁感应强度B 、磁通、磁导率及磁场强度 H 等物理量。,磁通所走过的路径称为磁路,2.2 磁路的基本定律,1. 全电流定律（安培环路定律） 沿着任何一条闭合回线L，磁场强度H的线积分值恰好等于该闭合回路所包围的总电流(电流代数和)，这就是安培环路定律。,电流的正方向与闭合回线L的环行方向符合右手螺旋关系，i 取正号，否则 i 取负号。,2.2 磁路的基本定律,2. 磁路的欧姆定律 作用在磁路上的磁势F等于磁路

4、内的磁通量乘以磁阻Rm，称为磁路的欧姆定律。,2.2 磁路的基本定律,3. 磁路的基尔霍夫第一定律 进入任一闭合曲面的磁通量恒等于穿出该闭合面的磁通量，这就是磁通连续性定律。称该定律为磁路的基尔霍夫第一定律。,注意式中磁通正方向的规定,2.2 磁路的基本定律,4. 磁路的基尔霍夫第二定律 定律背景: 磁路计算时，总是把整个磁路分成若干段，每段为同一材料、相同截面积，且段内磁通密度处处相等，从而磁场强度亦处处相等。 定律内容: 沿任何闭合磁路的总磁势恒等于各段磁路磁位降的代数和。,例题,例： 有一闭合铁心磁路，铁心的截面积A=3310-4m2 ，磁路的平均长l=0.3m，铁心的磁导率Fe=500

5、00 ，套装在铁心上的励磁绕组为500匝。现在开一个长度l510-4m的气隙，试求在铁心中产生1T的磁通密度时，所需的励磁磁势？考虑到气隙磁场的边缘效应，计算气隙的有效面积时，通常在长、宽方向各增加一个l值。,用磁路的基尔霍夫第二定律求解,注意：气隙虽然很短，但其磁位降却占整个磁路磁位降的89%。,2.3 磁路和电路的类比,基本物理量,基本定律,2.3 磁路和电路的类比,电路与磁路的区别：,(1)电路中有电流流过时，就有功率损耗I2R；而在直流磁路中，维持一定的磁通量 时，铁心中没有功率损耗； (2)在电路中可以认为电流全部在导线中流通，导线外几乎没有电流；在磁路中，则没有绝对的磁绝缘体，除了

6、铁心中的磁通之外，实际上总有相当一部分漏磁通散布在周围空气中； (3)电路中导体的电阻率在一定温度下变化不大；磁路中铁心的磁导率不是一个常数，是磁通密度的函数； (4)对线性电路，计算时可以应用叠加原理；但铁心磁路在饱和时为非线性，叠加原理不适用。,2.4 电机中常用的基本电磁定律,1. 电磁感应定律,相量图表示 波形图表示,电势与磁通的相位关系：设,2.4 电机中常用的基本电磁定律,2. 电磁力定律,磁场对电流有力的作用是磁场的基本特征之一（实际是磁场间的作用力）。实验表明，将长度为l的导体置于磁场B中，通入电流i后，导体会受到力的作用，称为电磁力。若磁场与导体互相垂直，则作用在导体上的电磁

7、力为 F=Bli,在旋转电机里，作用在转子载流导体上的电磁力将使转子受到一个力矩（等于电磁力乘以转子半径），这个力矩称为电磁转矩。电磁转矩在电机进行机电能量转换的过程中起着重要的作用。,式中电磁力F、磁场B和载流导体l的方向关系由左手定则确定。,2.5 常用的铁磁材料及其特性,1. 铁磁材料的磁化,铁磁材料包括铁、镍、钻等以及它们的合金。将这些材料放入磁场后，材料内的磁场会显著增强。 铁磁材料在外磁场中呈现很强的磁性，此现象称为铁磁材料的磁化现象 。 铁磁材料能被磁化，可用磁畴理论来解释 。,未磁化的铁磁材料 磁化后的铁磁材料,2.5 常用的铁磁材料及其特性,2. 磁化曲线和磁滞回线,起始磁化

8、曲线： 将一块尚未磁化的铁磁材料进行磁化，当磁场强度H由零逐渐增大时，磁通密度B将随之增大，曲线B=f (H)就称为起始磁化曲线。,应用：设计电机和变压器时，为使主磁路内得到较大的磁通量而又不过分增大励磁磁势，达到节省铁磁材料、导电材料和减小体积的目的，通常把构成铁心的铁磁物质内的工作磁通密度选择在膝点附近。,起始磁化曲线基本上可分为四段 铁磁材料的磁化曲线不是一条直线 Fe=B/H也随H值的变化而变化,2.5 常用的铁磁材料及其特性,磁滞回线： 剩磁: 去掉外磁场之后，铁磁材料内仍然保留的磁通密度Br。 矫顽力: 要使B值从减小到零，必须加上相应的反 向外磁场，此反向磁场强度Hc称为矫顽力。 磁滞: 铁磁材料所具有的这种磁通密度B的变化滞后于磁场强度H变化的现象。 磁滞现象是铁磁材料的另一个特性。,软磁材料：磁滞回线窄、剩磁和矫顽力小、磁导率高，用以制造变压器及电机的铁心。 硬磁材料：磁滞回线宽、剩磁及矫顽力大，常用来制造永久磁铁。,2.5 常用的铁磁材料及其特性,3. 铁心损耗,磁滞损耗： 铁磁材料置于交变磁场中时，磁畴相互间不停地摩擦、消耗能量、造成损耗，这种损耗称为磁滞损耗。 涡流损耗：因为铁心是导电的，故当通过铁心的磁通交变时，根据电磁感应定律，铁心内将产生感应电势，引起环流，这些