第1章磁路.ppt

1、大连理工大学电气工程系,第 1 章 磁 路,1.1 磁场的基本物理量,1.2 物质的磁性能,1.3 磁路的基本定律,1.4 铁心线圈电路,1.1 磁场的基本物理量,1.2 物质的磁性能,1.3 磁路的基本定律,1.4 铁心线圈电路,返回主页,电机与拖动,大连理工大学电气工程系,1.1 磁场的基本物理量,电流的磁场,第 1 章 磁 路,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,i,i,大连理工大学电气工程系,1. 磁通 单位：Wb 2. 磁感应强度 B 单位：T 在均

2、匀磁场中：,Wb/m2,3. 磁场强度 H 单位：A/m,1.1 磁场的基本物理量, 磁通密度,大连理工大学电气工程系,0 = 4107 H / m,H 与 B 的区别, H I，与介质的性质无关。 B 与电流的大小和介质的性质均有关。 4. 磁导率 ,单位：H / m 真空中的磁导率:,1.1 磁场的基本物理量,大连理工大学电气工程系,1.2 物质的磁性能,按磁导率分类：非磁性物质、磁性物质。 一、非磁性物质 0 1. 顺磁物质（如空气）： 略大于 0 。 2. 反磁物质（如铜）： 略小于 0 。 二、 磁性物质 1. 高导磁性,第 1 章 磁 路, 铸钢： 1 000 0 硅钢片： ( 6

3、 000 7 000) 0 坡莫合金： 比 0 大几万倍。,大连理工大学电气工程系,磁性物质内部存在着很多很小的“磁畴”。,磁畴（磁化前）,磁畴（磁化后）,磁性物质的高导磁性被广泛应用于变压器 和电机中。,1.2 物质的磁性能,大连理工大学电气工程系,起始磁化曲线,2. 磁饱和性, 常数 磁化曲线（BH曲线）,1.2 物质的磁性能,大连理工大学电气工程系,3. 磁滞性 B的变化总是滞后于H的变化,剩磁,矫顽磁力,磁滞回线,基本磁化曲线,1.2 物质的磁性能,大连理工大学电气工程系,常用磁性材料的基本磁化曲线,1.2 物质的磁性能,大连理工大学电气工程系,(1) 硬磁物质 BH 曲线宽，Br 大

4、、Hc 大。 用于制造永磁铁。 (2) 软磁物质 BH 曲线窄， Br 小、Hc 小。 用于制造变压器、电机和电器等的铁心。 (3) 矩磁物质 BH 曲线形状接近矩形， Br 大、Hc 小。 用于计算机中，作记忆单元。,按磁滞回线的不同，磁性物质可分为,1.2 物质的磁性能,大连理工大学电气工程系,1.3 磁路的基本定律, u ,主磁通,漏磁通,磁路,第 1 章 磁 路,大连理工大学电气工程系,一、 磁路欧姆定律,全电流定律:,H dl = I,铁心中：,气隙中：,左边= H dl,=H dl,= Hc lcH 0 l0,1.3 磁路的基本定律,1.恒定磁通的磁路欧姆定律,大连理工大学电气工程

5、系,磁阻:,= (RmcRm0) = Rm,Rm = Rmc+ Rm0,右边 = I = NI,= F,因此 Rm = F,磁路欧姆定律,1.3 磁路的基本定律,N I 一定时， 因 Rm0 的存在，使 大大减小； 若要保持 一定，则需增大磁通势 F。,（磁通势）,大连理工大学电气工程系,2. 交变磁通的磁路欧姆定律,磁路欧姆定律：,磁通势幅值：,磁阻抗：,其中：磁阻,磁抗,1.3 磁路的基本定律,大连理工大学电气工程系,二、磁路基尔霍夫定律 1.磁路基尔霍夫第一定律,312 = 0 任一闭合面： = 0 2. 磁路基尔霍夫第二定律 F1F2 =H dl = H dl,= H1l1H2 l2,

6、磁位差Um Um = Hl Um = F,1.3 磁路的基本定律,大连理工大学电气工程系,【例 1.3.1】 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：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强度达到 B0 = 1 T，问需要多大的磁通势？,解：(1) 磁路中的磁通 = B0A0 = 10.001 Wb = 0.001 Wb (2) 各段磁路的磁感应强度 B0 = 1 T,1.3 磁路的基本定律,大连理工大学电气工程系,(

7、3) 各段磁路的磁场强度,由磁化曲线查得： H1 = 9.2 A/cm H2 = 14 A/cm,= 796 000 A/m = 7 960 A/cm,1.3 磁路的基本定律,大连理工大学电气工程系,(4) 各段磁路的磁位差,Um0 = H0 l0 = 7 9601 A = 7 960 A Um1 = H1 l1 = 9.230 A = 276 A Um2 = H2 l2 = 1412 A = 168 A (5) 磁通势 F = Um0Um2Um2 = ( 7 960276168 ) A = 8 404 A,1.3 磁路的基本定律,大连理工大学电气工程系,【例 1.3.2】 图示磁路由硅钢制成

8、。磁通势 F1 = N1 I1 = F2 = N2 I2 ，线圈的绕向及各量的方向如图所示。 磁路左右对称，具体尺寸为： A1 = A2 = 8 cm2 ，l1 = l2 = 30 cm，A3 = 20 cm2，l3 = 10 cm。若已知 3 = 0.002 Wb，问两个线圈的磁通势各是多少？,解：由磁路基尔霍夫 定律可得 321 = 0 Um1Um3 = F1 Um2Um3 = F2 已知： F1 = F2 ，l1 = l2 可得： Um1 = Um2,1.3 磁路的基本定律,大连理工大学电气工程系,即 H1 l1 = H2 l2 H1 = H2 因此 B1 = B2 1 = 2 由于,=

9、 0.001 Wb,所以,1.3 磁路的基本定律,大连理工大学电气工程系,由磁化曲线查得： H1 = 6.5 A/m H3 = 3 A/m 最后求得 F1 = F2 = Um1Um3 = H1l1H3l3 = (6.530310) A = 225 A,1.3 磁路的基本定律,大连理工大学电气工程系,1.4 铁心线圈电路,一、 直流铁心线圈电路,励磁 U, I N I,线圈的功率： P = R I2,电压与电流的关系:,第 1 章 磁 路,大连理工大学电气工程系,二、 交流铁心线圈电路,1. 电磁关系 励磁：u, i N i e,e,u = Riee 的磁路为非线性磁路。 设 = m sint

10、则 e =N m cost = Em sin( t 90),1.4 铁心线圈电路,大连理工大学电气工程系,E = 4.44 f Nm, 的磁路为线性磁路。 漏电感：,漏电抗：,X = L = 2f L,漏磁电动势：,u = uRee,漏阻抗,1.4 铁心线圈电路,大连理工大学电气工程系,忽略漏阻抗，有,则,当,U 、f 一定时，,m 基本不变。,2. 功率关系 有功功率: P = UI cos = PCu + PFe,铜损耗,铁损耗,= RI2 + ( Ph + Pe ),磁滞损耗,涡流损耗,1.4 铁心线圈电路,大连理工大学电气工程系,(1) 磁滞损耗 Ph,(2) 涡流损耗 Pe,铜损耗使

11、线圈发热， 铁损耗使铁心发热。 减小铁损耗的方法： 使用软磁材料减小Ph 。 增大铁心的电阻率， 减小涡流及其损耗 。 用很薄的硅钢片叠成铁心， 减小涡流及其损耗 。,涡流损耗,(a),(b),1.4 铁心线圈电路,0.35mm 0.30mm 0.27mm 0.22mm,大连理工大学电气工程系,Ph = V f H dB,磁滞损耗系数,磁场交变的频率,磁感应强度最大值,铁心的体积,磁滞回线的面积, 电工钢片: = 1.6 2.3 涡流损耗 Pe 铁损耗 PFe,磁滞损耗 Ph,涡流损耗系数,材料的厚度,PFe = PhPe,铁损耗系数,铁心的质量,1.4 铁心线圈电路,一般： Bm = 1 1.8 T,( 频率系数= 1.2 1.6 ),大连理工大学电气工程系,铁损耗的工程计算法,f1f2f3,1.4 铁心线圈电路,大连理工大学电气工程