电机与电拖-磁路

1、 磁路 磁路 重点： (1) 磁路的概念 (2) 基本定律 (3) 铁磁材料的性能 (4) 磁路计算 难点： (1) 铁磁物质的磁化曲线及应用 (2) 磁动势、磁场强度概念 磁路1 1 磁路的概念磁路的概念u 主磁通主磁通漏磁通漏磁通磁路磁路i一一. 磁路的概念磁路的概念磁路磁路：磁力线流通的路径：磁力线流通的路径（又（又磁通所通过的路径磁通所通过的路径称之称之为为磁路磁路）。）。 磁路主磁通、漏磁通：主磁通、漏磁通：引入磁路的概念，就把分布在整个空间的磁场问题，简化引入磁路的概念，就把分布在整个空间的磁场问题，简化为局限在一定范围内的磁路问题。为局限在一定范围内的磁路问题。由于铁心的导磁性比

2、空由于铁心的导磁性比空气好得多，所以绝大部分磁通在铁心中通过，这部分磁通气好得多，所以绝大部分磁通在铁心中通过，这部分磁通称为称为主磁通主磁通。经过空气隙闭合的磁路为。经过空气隙闭合的磁路为漏磁通漏磁通。励磁励磁：用以产生磁路中磁通的载流线圈称为用以产生磁路中磁通的载流线圈称为励磁线圈（或励磁线圈（或励磁绕组励磁绕组），其电流称为，其电流称为励磁电流励磁电流（或（或激磁电流激磁电流）。）。用直流励磁用直流励磁 磁路中磁通恒定磁路中磁通恒定 直流磁路直流磁路 直流电机直流电机用交流励磁用交流励磁 磁路中磁通交变磁路中磁通交变 交流磁路交流磁路 变压器变压器 感应电机感应电机 磁路2.1 安培环路

3、定律（全电流定律）安培环路定律（全电流定律） 在磁场中沿任一闭和回路在磁场中沿任一闭和回路磁场强度的线积分等于穿过该磁场强度的线积分等于穿过该回路所有电流的代数和，其中回路所有电流的代数和，其中电流的正方向与闭合回路的正电流的正方向与闭合回路的正方向满足右手定则。方向满足右手定则。 LH dl=I 2 2 磁路的基本定律磁路的基本定律 磁路2.2 磁路欧姆定律磁路欧姆定律H dl = I iNFeFeBlNilA BA B=HHl= NimRFAlRm无分支铁心磁路F磁动势磁动势Rm 磁阻磁阻 磁导磁导 磁路2.3 2.3 磁路的基尔霍夫第一定律磁路的基尔霍夫第一定律 对于有分支磁路，任意取一

4、闭合面对于有分支磁路，任意取一闭合面A A，由磁通连续性，由磁通连续性原则，穿过闭合面的磁通代数和为原则，穿过闭合面的磁通代数和为0 0，即，即 =0=0，该，该定律称为定律称为磁路的基尔霍夫第一定律磁路的基尔霍夫第一定律。 对于下图，对于下图，闭合面闭合面i1i2123l1 l3 l23= 1 + 2 磁路沿任何闭合磁路的总磁动势等于各段磁压降的代沿任何闭合磁路的总磁动势等于各段磁压降的代数和。该定律称为数和。该定律称为磁路的基尔霍夫第二定律磁路的基尔霍夫第二定律。背景背景: :磁路计算时，总把整个磁路分成若干段，每磁路计算时，总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

5、度处处段为同一材料、相同截面积，且段内磁通密度处处相等，磁场强度亦处处相等。相等，磁场强度亦处处相等。2.4 2.4 磁路的基尔霍夫第二定律磁路的基尔霍夫第二定律11nnk kkmkkkNiH lR 磁路例：如右图，磁路由三段组成，两段为截面积不同的例：如右图，磁路由三段组成，两段为截面积不同的铁磁材料，一段为空气，磁动势为铁磁材料，一段为空气，磁动势为NiNi，则应用磁路的，则应用磁路的基尔霍夫第二定律有：基尔霍夫第二定律有：1 12 2NiH lH lH l 1122mmmRRR 磁路2.4 电磁感应定律电磁感应定律 1).1).变压器电动势变压器电动势eddeNdtdt注意：只有线圈的磁

6、通与电势符合右手螺旋关系，上注意：只有线圈的磁通与电势符合右手螺旋关系，上式才能取负号式才能取负号 若线圈和磁场相对静止，感应若线圈和磁场相对静止，感应电势纯粹是由于和线圈交链的电势纯粹是由于和线圈交链的磁通随时间的变化而产生磁通随时间的变化而产生, ,仅有仅有变压器电势，即变压器电势，即 磁路2).2). 运动电势运动电势 运动电势的方向习惯用右手定则确定，如图所示。运动电势的方向习惯用右手定则确定，如图所示。 eblv 若导线切割磁力线的速度为若导线切割磁力线的速度为 ，导，导线处的磁感应强度为线处的磁感应强度为 ，且，且 不随时间不随时间变化时，假设磁力线、导线与导线运动变化时，假设磁力

7、线、导线与导线运动方向三者垂直，则导线中感应电势为运方向三者垂直，则导线中感应电势为运动电势，其大小为动电势，其大小为 vbb 磁路2.5. 2.5. 电磁力定律电磁力定律 载流导体在磁场中要受到电磁力，在导体与磁载流导体在磁场中要受到电磁力，在导体与磁场垂直的情况下，若导体中电流为场垂直的情况下，若导体中电流为i，导体长度为，导体长度为l，导体所在处的磁通密度为导体所在处的磁通密度为b，则电磁力为：，则电磁力为：fb li注：电磁力方向由左注：电磁力方向由左手定则决定手定则决定 磁路 磁路3 3 常用铁磁材料及其特性常用铁磁材料及其特性 按磁导率分类：非磁性物质、磁性物质。按磁导率分类：非磁

8、性物质、磁性物质。 非磁性物质非磁性物质 0 1）高导磁性）高导磁性 铸钢：铸钢： 1 000 0 硅钢片：硅钢片： ( 6 000 7 000) 0 玻莫合金：玻莫合金： 比比 0 大几万倍。大几万倍。 0 磁路 磁性物质内部存在着很多很小的磁性物质内部存在着很多很小的“磁畴磁畴”。磁畴（磁化前）磁畴（磁化前）磁畴（磁化后）磁畴（磁化后） 磁性物质的高导磁性被广泛应用于变压器磁性物质的高导磁性被广泛应用于变压器 和电机中。和电机中。 磁路 起始磁化曲线起始磁化曲线 ：将一块尚未磁化的铁磁材料：将一块尚未磁化的铁磁材料进行磁化，当磁场强度进行磁化，当磁场强度H由零逐渐增大时，磁通由零逐渐增大时

9、，磁通密度密度B将随之增大，曲线将随之增大，曲线B=f(H)就称为起始磁化就称为起始磁化曲线曲线,起始磁化曲线基本上可分为四段起始磁化曲线基本上可分为四段 ,设计电机设计电机和变压器时，为使主磁路内得到较大的磁通量和变压器时，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工作磁通密度选择在膝点附近2 ) 2 ) 磁化曲线和磁滞回线磁化曲线和磁滞回线 磁路B BH H铁磁材料的起始磁化曲线a ab bc cd d)(HfB)(HfFeHB0 磁路3） 磁滞性磁滞性BHOHm Bm 剩磁剩磁 Hm 矫顽磁力矫顽

10、磁力 Br Hc BmHcBr磁滞回线磁滞回线 磁路基本磁化曲线H HB B 磁路4）铁磁材料分类）铁磁材料分类铁磁材料磁性能不同，它的磁滞回线的形状就不同。铁磁材料磁性能不同，它的磁滞回线的形状就不同。HBHB软磁性物质硬磁性物质瘦窄、剩磁小，矫顽力小，回线包围面积小如电工硅钢片、铁镍合金胖宽、剩磁大、矫顽力大回线包围面积大如钨钢 磁路 5 5）铁心损耗）铁心损耗 a磁滞损耗 定义: 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。 公式: 应用:由于硅钢片磁滞回线的面积较小，故电机和变压器的铁心常用硅钢片叠成。VfBCpnmhh 磁路 b涡流损耗

11、涡流:当通过铁心的磁通随时间变化时,根据电磁感应定律,铁心中将产生感应电动势,并引起环流,环流在铁心内部围绕磁通作旋涡状流动 称为涡流。 定义:涡流在铁心中引起的损耗。 公式: 应用:为减小涡流损耗，电机和变压器的铁心都用含硅量较高的薄硅钢片叠成。VBfCpmee222 磁路涡流损耗涡流损耗 (a) (b) 0.35mm0.30mm0.27mm0.22mm 磁路c铁心损耗 定义: 铁心中磁滞损耗和涡流损耗之和。 表达式:GBfCpmFeFe23.1铁心损耗与频率的1.3次方,磁通密度的平方和铁心重量成正比。ehFeppp 磁路n 例11 有一闭合铁心磁路，铁心的截面积 ，磁路的平均长度L=0.

12、3m，铁心的磁导率，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，所需的励磁磁动势和励磁电流。24109mAmABHFe/1591045000/ 1/7AAHlF7.473.0159ANFi21054. 94 4 磁路计算磁路计算 磁路m4105n例12 若在例ll的磁路中，开一个长度 的气隙，问铁心中激励1T的磁通密度时，所需的励磁磁动势为多少? 已知铁心的截面积为 。考虑到气隙磁场的边缘效应，在计算气隙的有效面积时，通常在长、宽方向务增加值。 241033mAFe05000Fe 磁路n解解 用磁路的基尔霍夫第二定律来求解。n铁心内的磁场强度:n气隙磁场强度:n铁心磁位

13、降:n气隙磁位降:n励磁磁动势:mABHFeFeFe/159mABH/107740AlHFeFe6 .472995. 0159AlH385AlHlHFFeFe6 .432 磁路 【例例 3题题】 图示磁路是由两块铸钢铁心及它们之图示磁路是由两块铸钢铁心及它们之间的一段空气隙构成。各部分尺寸为：间的一段空气隙构成。各部分尺寸为：l0/2 = 0.5 cm ， l1 = 30 cm ，l2 = 12 cm ，A0 = A1 = 10 cm2 ， A2 = 8 cm2 。线圈中的电流为直流电流。今要求在空气隙处的磁感应线圈中的电流为直流电流。今要求在空气隙处的磁感应强度达到强度达到 B0 = 1 T，问需要多大的磁通势？，问需要多大的磁通势？解：解：(1) 磁路中的磁通磁路中的磁通 = B0A0 = 10.001 Wb = 0.001 Wb(2) 各段磁路磁感应强度各段磁路磁感应强度 B0 = 1 TB1 = = T = 1 T A10.0010.001A1A2l1l2l0/2I I 磁路B2 = = T = 1.25 T A20.001 0.000 8 A1A2l1l2l0/2I I(3) 各段磁路的磁场强度各段磁路的磁场强度由磁化曲线查得：由磁化曲线查得： H1 = 9.2 A/cm H2 = 14 A/cmH0 = = A/m B0 01