电机理论基础 第1篇 电路与磁路
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第一章 磁路和电路基础知识电路是由电气元件和设备组成的总体。
它提供了电流通过的途径,进行能量的转换、 电能的传输和分配,以及信号的处理等。
例如,发电机将机械能转换为电能:电动机将电 能转换成机械能:变压器和配电线路把电能分配给各用电设备:电子放大器或磁放大器可 把所施加的信号经过处理后输出。
一台大型工程机械的电路是由若干简单电路组成的。
因此,掌握简单电路的规律、特 点和分析方法是学懂整机电路并指导实践的必要基础。
为了满足初学电工者的要求和节省 查阅参考书的时间,本章对大型工程机械电路中必要的磁路和电路基础知识有重点地作了 介绍。
1.1 磁路和磁化电和磁是紧密相关的,电流能产生磁场,而变动的磁场或导体切割磁力线又会产生电 动势。
初学电工者往往只注意电而不重视磁。
其实在很多情况下没有磁路知识是不可能学 懂电路的,例如电机、变压器、互感器、接触器和磁放大器等的工作原理都与磁密切相关。
图1.1是一个均匀密绕的空心环形线圈,匝数为 。
当电流I 通过线圈时,在环形线圈内就产生磁场。
环内磁力线是一些以o 为圆心的同心圆,其方向可用右手螺旋定则确定。
磁力线通过的路径称为磁路,环形线圈的磁路是线圈所包围的圆环。
图1.1 环形线圈(一)磁感应强度描述某点磁场强弱和方向的物理量称为磁感应强度。
它不但有大小而且有方向,是一个矢量。
它的方向与该点的磁力线方向一致。
环形线圈内中心线上P 点的磁感应强度lIw r Iw B μπμ==2 (1.1) 式中 μ --表征磁路介质对磁场影响的 物理量,叫做导磁率: r --P 点到圆心的距离:l --磁路的平均长度。
(二)磁通为了描述磁路某一截面上的磁场情况,把该截面上的磁感应强度平均值与垂直于磁感应强度方向的面积s 的乘积称为通过这块面积的磁通,即Bs =φ (1.2)(三)磁场强度为了排除介质对磁场的影响,使计算更加方便,引入磁场强度这个物理量,其定义是μB H =(1.3)环形线圈中P 点的磁场强度为 lIw BH ==μ (1.4) (四)磁势环形线圈中的磁通是因为在w 匝的线圈中通过电流I 而产生的,所以仿照电路中电势的意义把w 与I 的乘积称为磁势[]Iw F = (1.5)(五)磁阻描述磁路对磁通阻碍作用大小的物理量称为磁阻。
第一章 电机中的电磁学基本知识1.1 磁路的基本知识1.1.1 电路与磁路对于电路系统来说,在电动势E 的作用下电流I 从E 的正极通过导体流向负极。
构成一个完整的电路系统需要电动势、电导体,并可以形成电流。
在磁路系统中,也有一个磁动势F (类似于电路中的电势),在F 的作用下产生一个Φ(类似于电路中的电流),磁通Φ从磁动势的N 极通过一个通路(类似于电路中的导体)到S 极,这个通路就是磁路。
由于铁磁材料磁导率比空气大几千倍,即空气磁阻比铁磁材料大几千倍,所以构成磁路的材料均使用导磁率高的铁磁材料。
然而非铁磁物质,如空气也能通过磁通,这就造成铁磁材料构成磁路的周围空气中也必然会有磁通σΦ(,由于空气磁阻比铁磁材料大几千倍,因而σΦ比Φ小的多,σΦ常常被称为漏磁通,Φ称为主磁通。
因此磁路问题比电路问题要复杂的多。
1.1.2 电机电器中的磁路磁路系统广泛应用在电器设备之中,如变压器、电机、继电器等。
并且在电机和某些电器的磁路中,一般还需要一段空气隙,或者说空气隙也是磁路的组成部分。
图1—1是电机电器的几种常用磁路结构。
图(a)是普通变压器的磁路,它全部由铁磁材料组成;图(b)是电磁继电器磁路,它除了铁磁材料外,还有一段空气隙。
图(c)表示电机的磁路,也是由铁磁材料和空气隙组成;图(b)是无分支的串联磁路,空气隙段和铁磁材料串联组成;图(a)是有分支的并联磁路。
图中实(或虚)线表示磁通的路径。
(a) (b) (c)图1—1 几种常用电器的典型磁路(a) 普通变压器铁芯; (b) 电磁继电器常用铁芯; (c) 电机磁路1.1.3 电气设备中磁动势的产生为了产生较强的磁场,在一般电气设备中都使用电流产生磁场。
电流产生磁场的方法是:把绕制好的N 匝线圈套装在铁心上,并在线圈内通入电流i ,这样在铁心和线圈周围的空间中就会形成磁场,其中大多数磁通通过铁心,称为主磁通Φ;小部分围绕线圈,称为漏磁通σΦ,如图1—2所示。
电机学复习资料第一章 基本电磁定律和磁路电机的基本工作原理是建立在电磁感应定律、全电流定律、电路定律、磁路定律和电磁力定律等定律的基础上的,掌握这些基本定律,是研究电机基本理论的基础。
▲ 全电流定律全电流定律 ∑⎰=I Hdl l式中,当电流方向与积分路径方向符合右手螺旋关系时,电流取正号。
在电机和变压器的磁路计算中,上式可简化为∑∑=Ni Hl▲电磁感应定律①电磁感应定律e=- dtd N dt d Φ-=ψ 式中,感应电动势方向与磁通方向应符合右手螺旋关系。
②变压器电动势磁场与导体间无相对运动,由于磁通的变化而感应的电势称为变压器电动势。
电机中的磁通Φ通常是随时间按正弦规律变化的,线圈中感应电动势的有效值为m fN E φ44.4=③运动电动势e=Blv④自感电动势 dt di Le L -= ⑤互感电动势 e M1=-dt di 2 e M2 =-dt di 1 ▲电磁力定律f=Bli▲磁路基本定律① 磁路欧姆定律Φ=A l Ni μ=mR F =Λm F 式中,F=Ni ——磁动势,单位为A ;R m =Al μ——磁阻,单位为H -1; Λm =l A R m μ=1——磁导,单位为H 。
② 磁路的基尔霍夫第一定律0=⎰sBds 上式表明,穿入(或穿出)任一封闭面的磁通等于零。
③ 磁路的基尔霍夫第二定律∑∑∑==m R Hl F φ上式表明,在磁路中,沿任何闭合磁路,磁动势的代数和等于次压降的代数和。
磁路和电路的比较第二章 直流电动机一、直流电机的磁路、电枢绕组和电枢反应▲磁场是电机中机电能量转换的媒介。
穿过气隙而同时与定、转子绕组交链的磁通为主磁通;仅交链一侧绕组的磁通为漏磁通。
直流电机空载时的气隙磁场是由励磁磁动势建立的。
空载时,主磁通Φ0与励磁磁动势F 0的关系曲线Φ0=f (F 0)为电机的磁化曲线。
从磁化曲线可以看出电机的饱和程度,饱和程度对电机的性能有很大的影响。
▲ 电机的磁化曲线仅和电机的几何尺寸及所用的材料有关,而与电机的励磁方式无关。
第一章 磁路和电路基础知识电路是由电气元件和设备组成的总体。
它提供了电流通过的途径,进行能量的转换、 电能的传输和分配,以及信号的处理等。
例如,发电机将机械能转换为电能:电动机将电 能转换成机械能:变压器和配电线路把电能分配给各用电设备:电子放大器或磁放大器可 把所施加的信号经过处理后输出。
一台大型工程机械的电路是由若干简单电路组成的。
因此,掌握简单电路的规律、特 点和分析方法是学懂整机电路并指导实践的必要基础。
为了满足初学电工者的要求和节省 查阅参考书的时间,本章对大型工程机械电路中必要的磁路和电路基础知识有重点地作了 介绍。
1.1 磁路和磁化电和磁是紧密相关的,电流能产生磁场,而变动的磁场或导体切割磁力线又会产生电 动势。
初学电工者往往只注意电而不重视磁。
其实在很多情况下没有磁路知识是不可能学 懂电路的,例如电机、变压器、互感器、接触器和磁放大器等的工作原理都与磁密切相关。
图1.1是一个均匀密绕的空心环形线圈,匝数为 。
当电流I 通过线圈时,在环形线圈内就产生磁场。
环内磁力线是一些以o 为圆心的同心圆,其方向可用右手螺旋定则确定。
磁力线通过的路径称为磁路,环形线圈的磁路是线圈所包围的圆环。
图1.1 环形线圈(一)磁感应强度描述某点磁场强弱和方向的物理量称为磁感应强度。
它不但有大小而且有方向,是一个矢量。
它的方向与该点的磁力线方向一致。
环形线圈内中心线上P 点的磁感应强度lIw r Iw B μπμ==2 (1.1) 式中 μ --表征磁路介质对磁场影响的 物理量,叫做导磁率: r --P 点到圆心的距离:l --磁路的平均长度。
(二)磁通为了描述磁路某一截面上的磁场情况,把该截面上的磁感应强度平均值与垂直于磁感应强度方向的面积s 的乘积称为通过这块面积的磁通,即Bs =φ (1.2)(三)磁场强度为了排除介质对磁场的影响,使计算更加方便,引入磁场强度这个物理量,其定义是μB H =(1.3)环形线圈中P 点的磁场强度为 lIw BH ==μ (1.4) (四)磁势环形线圈中的磁通是因为在w 匝的线圈中通过电流I 而产生的,所以仿照电路中电势的意义把w 与I 的乘积称为磁势[]Iw F = (1.5)(五)磁阻描述磁路对磁通阻碍作用大小的物理量称为磁阻。