电机拖动1磁路

1、第一章磁 路 磁场和磁路 电机中铁磁材料的特性 电机理论中常用的基本电磁定律直流磁路的计算小结1电机是以磁场为媒介，利用电磁感应原理实现机械能与电能 之间能量的相互转换的电磁设备。电机中的路电路磁路电流之路。是主磁通之路。用以引导主磁通，在其限定的范围内形成较强的工作磁场。用以引导电流而产生感应电势。.2主要由磁性物质组成，能使磁力线集中通过的路径，称为磁路。在铁心上绕制一个线圈，并给这个线圈通上电流，则产生一个磁场，这种电流称为励磁电流。若励磁电流为直流，则这种磁路称为直流磁路。若励磁电流为交流，则这种磁路称为交流磁路。经过磁路闭合的磁通称为主磁通。(教材图1-1)部分经过磁路，部分不经过磁

2、路，或全部不经过磁路的磁通，称为漏磁通。1 磁场和磁路磁场是由电流产生的。.3一、磁感应强度磁感应强度 是表示磁场内某点的磁场强弱和方向的物理量。它是一个向量。磁力线的方向与电流的方向符合右手螺旋法则。单位：特斯拉（T）即：描述磁场的基本物理量：通常用磁力线形象地描述空间磁场的强弱和方向。4二、磁通穿过某一截面S的磁感应强度B的通量称为磁通。即在均匀磁场中，若写成则磁感应强度B在数值上可以看成与磁场方向相垂直的单位面积所通过的磁通。故B又称为磁通密度，简称磁密。单位：韦伯（Wb）.5三、磁场强度磁场强度 是在作磁场计算时所引用的一个物理量。它也是一个向量。单位：安/米（A/m）6四、磁导率磁导

3、率是一个用来表示磁场媒质磁性的物理量。磁感应强度 和磁场强度 的关系可用下式表示由实验测出：真空中的磁导率0为注意：0是个常数。7相对磁导率r任何一种物质的磁导率和真空的 磁导率的比值。按磁导率的大小，将物质材料分为：非磁性材料：磁性材料：即不是常数，B与H呈现非线性。.如铜、铝、绝缘材料和木材等。如铁、钴、镍及其合金等。82 电机中铁磁材料的特性一、高导磁性铁磁材料内部存在着很多很小的强烈磁化了的自发磁化单元，称为 磁畴，它有一种特殊的引力。无外磁场时，磁畴排列混乱，磁场互相抵消，对外不显磁性。在外磁场的作用下，磁畴就顺外磁场方向转动，从而显出磁性。随着外磁场的增强，磁畴就逐渐转到与外磁场相

4、同的方向上。.9二、磁化曲线将铁磁材料在外界磁场作用下做磁化试验：改变励磁磁动势的大小，测出磁通密度B与磁场强度H，得到B与H的关系曲线B=f (H)，称之为铁磁材料的磁化曲线。BHO.b膝 点对于铁磁材料，当H较大时B之增加变缓甚至几乎不增加的现象，称为磁饱和现象。对于非铁磁材料，磁导率为常数，故磁化曲线是一条直线。铁磁材料的磁化曲线是非线性的。10三、磁滞现象和磁滞损耗铁磁材料具有如下特点：它的磁化曲线具有饱和性，磁导率 不是常数，且随 B 的变化而变化。铁磁材料被反复磁化时， B-H 曲线不是单值的，是一条磁滞回线，如图所示。把不同Hm值的各磁滞回线的顶点连接起来所得的曲线，称为平均磁化

5、曲线。当H减到零时，而B未减到零的现象，即B的变化滞后于磁场强度H变化的现象之称为磁滞现象。要使剩磁消失，必须反向磁化，即反向施加一个磁场强度，其值称为矫顽磁场强度Hc，简称矫顽力。.此时B所具有的数值Br ，称为剩磁感应强度，简称剩磁。11不同的铁磁物质其磁滞回线宽窄是不同的，当铁磁材料的磁滞回线较窄时，可用它的平均磁化曲线，即基本磁化曲线进行计算。 根据磁滞回线形状的不同，铁磁材料可分为硬磁材料和软磁材 料。硬磁材料的磁滞回线胖宽，剩磁、矫顽力大，如 钨 钢、 钴钢等；软磁材料的磁滞回线瘦窄，剩磁、矫顽力小，如硅 钢片、铸钢等。由于电机铁芯采用软磁材料制成，其磁滞回线瘦窄，在进行磁路计算时

6、，为了简化计算，不考虑磁滞现象，而用基本磁化曲线来表示 B 与 H 之间的关系，故通常所讲的铁磁材料的磁化曲线是指基本磁化曲线。铁磁材料在交变磁场的作用下反复磁化时，内部的磁畴不停地 往返倒转，磁畴之间不停地互相摩擦而消耗能量，引起损耗。 这种损耗称为磁滞损耗。它与磁通的频率及磁密的幅值关系为12四、涡流损耗当铁芯中的磁通发生变化时，根据电磁感应定律，将产生一个电流。此电流在铁芯内的流动状况呈旋涡状，故称之为涡流。涡流在铁芯电阻上的损耗称为涡流损耗。涡流损耗与磁通的交变频率、铁芯中磁密的幅值、钢片的电阻及钢片厚度有关，可用下式表示：减少钢片的厚度、增加钢片的电阻可以减少涡流损耗。铁芯中的磁滞损

7、耗和涡流损耗合称为铁芯损耗，简称铁耗。当硅钢片的厚度和材料一定时，铁耗与磁通频率及磁密幅值的关系为：式中，=1.21.6.133电机理论中常用的基本电磁定律一、全电流定律.磁场强度 沿某封闭曲线的线积分等于贯穿此封闭曲线所围成面的电流代数和。又称为安培环路定律。电流的正负号要看它的方向与所选封闭曲线的方向是否符合右手螺旋法则而定。符合者取正，反之取负。全电流定律揭示电产生磁的本质，阐明电流与其磁场的大小及方向的关系。14二、磁路基尔霍夫定律1. 磁路基尔霍夫第一定律在磁路的任何一个结点上，各个分支磁路中磁通的代数和恒等于零。即.15.2. 磁路基尔霍夫第二定律在磁路中沿任意闭合回路磁压降的代数

8、和等于沿该回路磁动势的代数和。即磁压降磁动势当某段磁通的正方向与回路方向一致时，该段的 Hl 即为正，反之为负。当励磁电流的正方向与回路的向符合右手螺旋法则时，则该线圈的 IW 为正，反之为负。励磁电流励磁线圈匝数此定率实际上是安培环路定律的另一种表达式。16三、磁路欧姆定律F=IW 磁动势磁 阻 由全电流定律： ，设均匀无分支磁路，得即.17 磁路磁阻主要取决于磁路的尺寸 和所用材料的磁导率。在使用磁路欧姆定律时，一定要考虑磁路的非线性与线性，且不可乱用。 由于磁性物质的磁导率不是常数， 则由磁性物质构成的磁路具有非线性磁阻。18四、电磁感应定律设有一匝数为W的线圈处于磁场中，它所交链的磁链

9、为则不论由于什么原因，当该线圈所交链的磁链发生变化时，在线圈内就有一感应电动势产生，这种现象称为电磁感应。感应电动势的大小，和该线圈所交链的磁链变化率成正比。感应电动势的方向，是该电动势企图在线圈内产生电流所建立的磁通用来阻止线圈中磁通的变化。如果感应电动势的正方向与磁通的正方向符合右手螺旋关系，则电磁感应定律可用下式表示：上式又称为变压器电动势。19五、电磁力定律当导体在恒定磁场中运动时，若导体、磁力线和运动方向三者互相垂直，则导体内的感应电动势为：其方向可用右手定则确定。上式又称为旋转电动势。载流导体在磁场中将受到力的作用，这种力是磁场与电流相互作用所产生的，故称为电磁力。若磁场与导体相互

10、垂直，则作用在导体上的电磁力为：其方向可用左手定则确定。.204 直流磁路的计算计算步骤：1. 按照材料及截面的不同进行分段；2. 作出中心线，按照所给的尺寸计算出磁路的平均 长度 l1、l2、和截面积S1、S2、；3. 按已知的磁通，计算各段的磁感应强度5. 按照磁路基尔霍夫第二定律求出所需要的结果。4. 从各材料的平均磁化曲线上找出与Bi对应的Hi，或者 当是常数时计算出 ；.21例1 一个闭合的均匀铁芯线圈，其匝数为300，铁芯中的磁感应 强度为0.9T，磁路的平均长度为45cm，试求： 铁芯材料为生铁时线圈中的电流是多少？ 铁芯材料为D41硅钢片时线圈中的电流是多少？解：已知B=0.9

11、T查BH曲线，得不同铁芯材料的磁场强度H为生铁的H1=7000A/mD41硅钢片的H2=200A/m由基尔霍夫第二定律 Hl=IW 得例 题22.I例2 有一环形铁芯线圈，其内径 为10cm，外径为15cm，铁芯 材料为铸钢，磁路中有一个 空气隙，其长度为0.2cm，设 线圈中通有1A电流，如果要 得到0.9T的磁感应强度，试求 线圈的匝数是多少？解：磁路的平均长度（周长）为 B=0.9T查BH曲线，得H1=800A/m铁芯中的磁压降23.根据基尔霍夫第二定律，有线圈匝数为24例3 下图所示的磁路具有励磁线圈200匝，磁路各部分尺寸 均已在图中标出，其单位为厘米。该磁路用D41硅钢片迭成。由于

12、考虑迭片间的少许空隙，在计算实际截面时，应乘以一个铁芯迭片系数 k = 0.91，且需考虑气隙磁通的扩张效应。现要求在此磁路中建立=1.8103 Wb的磁通，问需电流I为多少？0.52436218.54I5.5250.52436218.54I解：首先根据铁芯的不同截面，将整个磁路划分为五段，计算截面积时，以中心线为准算平均长度。各段的平均长度为26有效厚度 b =几何厚度铁芯迭片系数 k b = 5. 5 0.91 = 5cm各截面面积为S1 = 6 5 = 30cm2S2 = 3 5 = 15cm2S3 = 2 5 = 10cm2S4 = 4 5 = 20cm2由于气隙的存在，产生扩张效应，

13、所以气隙的有效截面积可按下面近似公式计算。若截面积为矩形，边长为 a 和 b若截面积为园形，半径为 r则这里则27各段的磁感应强度为查BH曲线，可得各段磁场强度为28空气隙的磁场强度可以直接计算：295 交流磁路的特点交流电流励磁，磁场发生变化，形成交流磁路。交变磁场作用下，铁心中产生损耗。铁磁材料的非线性特性（交流磁路饱和现象）， 对电机参数和性能有影响，如磁通、电流、电势波形变化。 30提 示(习题1-10)12abcdgfeh1+ 2= (1)选节点a,根据基尔霍夫第一定律得：基尔霍夫第二定律得：H1Labcd+ 2H af Laf + H Lfe = i1 (2)H = /Sfe0 (3)查表得B1,进而得1= B1 Sabcd代入(1