电机拖动第0-2章

河南工业大学电气工程学院一、磁场的基本物理量电流的磁场直导线电流的磁场线圈电流的磁场右手螺旋定则大拇指方向表示导线电流方向四指回转方向表示磁感线方向四指回转方向表示线圈电流方向大拇指方向表示线圈内部磁感线方向ii第3节电机理论中的基本电磁定律河南工业大学电气工程学院1、磁感应强度B磁场可由电流产生，描述磁场强弱和方向的物理量是磁感应强度B。为了形象地描绘磁场，采用磁感应线或称为磁力线，它是无头无尾的闭合曲线，磁力线的方向与电流的方向满足右手螺旋关系。2、磁通

磁场中穿过某一截面S的磁感应强度B的通量，即穿过截面S的磁力线根数称为磁感应通量，简称磁通，用

表示。在均匀磁场中，如果S垂直B，则有

=BS或B=/SB为单位截面积上的磁通，称为磁通密度，简称磁密。在国际单位制中，的单位为韦伯（Wb），B的单位为特斯拉T

。河南工业大学电气工程学院3、磁场强度H

磁场计算时引入的辅助物理量，代表电流本身产生磁场的强弱，反映电流的励磁能力，大小与产生磁场的电流的大小成正比，与介质无关。它与磁密B的关系为B=H，式中为导磁物质的磁导率。真空的磁导率为

0（4Π×10-7H/m),铁磁材料的磁导率>>0。H的单位A/m

河南工业大学电气工程学院二、常用铁磁材料及其特性为了在一定的励磁磁动势作用下能激励较强的磁场，电机和变压器的铁心常用磁导率较高的铁磁材料制成。1、铁磁物质的磁化铁磁物质包括铁、钴、镍等以及它们的合金。将这些材料放入磁场中，磁场会显著增强。铁磁材料在外磁场中呈现很强的磁性，此现象称为铁磁物质的磁化。铁磁物质能被磁化的原因是在它内部存在着许多很小的被称为磁畴的天然磁化区。河南工业大学电气工程学院在图中，磁畴用一些小磁铁来示意表明。在铁磁物质未放入磁场之前，这些磁畴杂乱无章地排列着，磁效应互相抵消，对外不显示磁性（见图a）。一旦将铁磁物质放入磁场，磁畴就顺着外磁场方向转向，排列整齐，显示出磁性来。这就是说铁磁物质被磁化了（见图b）。由此形成地磁化磁场，叠加在外磁场上，使合成磁场大为加强。磁化是铁磁材料的特性之一。磁畴：铁磁材料中有相同磁场方向的原子组成的磁体。磁畴（磁化前）磁畴（磁化后）河南工业大学电气工程学院2、磁化曲线和磁滞回线1)起始磁化曲线

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将随之增加。用B=f(H)描述的曲线就称为起始磁化曲线。起始磁化曲线BHOabcdB=f(H)B=

0H河南工业大学电气工程学院起始磁化曲线基本上可分为四段,如下起始磁化曲线BHOabcdB=f(H)B=

0H①在oa段，开始磁化时，磁场强度从零增大，磁场较弱，磁密B随磁场强度H增加较慢。②在ab段，H较强，且不断增加，铁磁材料内部大量磁畴开始转向，趋向于外磁场方向，B迅速增加。③在bc段，外磁场进一步加强，大部分磁畴已趋向外磁场方向，可转向的磁畴越来越少，B增加减慢，开始出现了所谓磁饱和现象。④最后为cd段，H再增加，B的增加也很有限，出现了深度饱和，磁化曲线基本上成为与非铁磁材料的特性相平行的直线。河南工业大学电气工程学院起始磁化曲线BHOabcdB=f(H)B=

0H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动势，通常把铁心内的工作磁通密度选择在膝点附近。磁化曲线开始拐弯的b点，称为膝点或饱和点。河南工业大学电气工程学院2)磁滞回线剩磁——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。这就是剩磁。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，称为磁滞回线。BHOHmBm

剩磁－Hm

矫顽力Br

－Hc－BmHc－Br磁滞回线河南工业大学电气工程学院2)磁滞回线BHOHmBm

剩磁－Hm

矫顽力Br

－Hc－BmHc－Br磁滞回线矫顽力——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。河南工业大学电气工程学院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。BHO基本磁化曲线河南工业大学电气工程学院3、铁磁材料1)软磁材料2)硬磁材料按照磁滞回线的形状不同，铁磁材料可分为软磁材料和硬磁（永磁）材料两类。特点:

磁滞回线窄，回线面积小，即剩磁Br和矫顽力Hc都很小。它具有很高的导磁率，易于磁化也易于去磁。多用于做电机、变压器的铁心。常用软磁材料:铸铁、铸钢和硅钢片等。特点:

磁滞回线宽，具有较大的剩磁Br和较高的矫顽力Hc。由于剩磁Br大，可确保磁性能够长期保持恒定，不易消失，可用以制成永久磁铁，因而硬磁材料亦称为永磁材料。。常用软磁材料:钨钢和钴钢等。河南工业大学电气工程学院4、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能量。2)涡流损耗——铁心内部由于涡流在铁心电阻上产生的热能损耗。3)铁心损耗——磁滞损耗和涡流损耗之和。河南工业大学电气工程学院三、磁路的基本定律＋u－ΦΦ

主磁通漏磁通磁路i河南工业大学电气工程学院如同把电流流过的路径称为电路一样，磁通所通过的路径称为磁路。图1所示为两种常见的磁路。1、磁路的概念图

两种常见的磁路变压器磁路两磁极直流电机磁路河南工业大学电气工程学院1）全电流定律（安培环路定律）全电流定律:在磁场中，磁场强度的切向分量沿任一磁通闭合回路的线积分等于该回路所包围的电流代数和。∮Hdl=

i2、磁路的基本定律

如果在均匀磁场中，沿着回线L磁场强度H处处相等，则式中，若电流的正方向与闭合回线L的环形方向符合右手螺旋关系，i取正号，否则取负号。例如，在图2中，图2安培环路定律河南工业大学电气工程学院磁通量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

2)磁路的欧姆定律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

。于是图3无分支铁心磁路磁路模拟电路图河南工业大学电气工程学院

如果铁心不是一个简单回路，而是带有并联分支的磁路，如图所示，当在中间铁心柱上加有磁动势F时，磁通的路径将如图中虚线所示。若令进入闭合面S的磁通为负，穿出闭合面的磁通为正，对闭合面S显然有图

磁路的基尔霍夫第一定律上面公式表明，穿出或进入任一闭合面的总磁通恒等于零。（或者说，进入任一闭合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。比拟于电路中的基尔霍夫第一定律∑i=0，该定律亦称为磁路的基尔霍夫第一定律。3）磁路基尔霍夫第一定律闭合面i1i2Φ1Φ2Φ3l1l3l2Φ3－Φ1－Φ2

=

0任一闭合面：

Φ=0河南工业大学电气工程学院4)磁路的基尔霍夫第二定律

在闭合磁回路中，磁路各段磁压降代数和等于作用于该磁路上的磁动势之和。电机和变压器的磁路总是由数段不同截面、不同铁磁材料的铁心组成，还可能含有气隙。磁路计算时，总是把整个磁路分成若干段，每段由同一材料构成，截面积相同且段内磁通密度处处相等，从而磁场强度亦处处相等。河南工业大学电气工程学院1）变压器电动势e=Blv

dψdte=－

=－NdΦ

dt2）运动电动势导体在磁场中运动产生电动势eBv3、常用的电磁感应定律线圈中的磁通变化时，线圈中会感应电势e：导体在磁场中运动时，导体中会感应出电势e：河南工业大学电气工程学院Bfi4、常用的电磁力定律f=Bli

一个通电流的导体，在磁场中要受到力的作用，这个力叫电磁力。电磁力方向：左手定则判断河南工业大学电气工程学院5、磁路和电路的比较电路磁路电流I[A]磁通

[Wb]电流密度J[A/m2]磁通密度B[T=Wb/m2]电动势E[V]磁动势F[A]电阻R=

•1/S[]磁阻Rm=1/S[1/H]电导=1/R[S]磁导

m=1/Rm[H]基尔霍夫第一定律

i=0磁路节点定律

=0基尔霍夫第二定律

u=e全电流定律

H•l=N•i电路欧姆定律I=E/R磁路欧姆定律

=F/Rm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