当前位置：文档之家 › 第一章 磁路

第一章 磁路

  • 格式：doc
  • 大小：62.50 KB
  • 文档页数：2

下载文档原格式

  / 2

合集下载

第一章 磁路

第一章 磁路
2 2 2 P C f B e e m V
Ce--涡流损耗系数，取决于材料的电阻率 Δ--硅钢片厚度. 为减小涡流损耗,电机和变压器铁心 采用含硅量较高的薄硅钢片(0.35~0.5mm)叠成。
43
3. 铁心损耗 铁心损耗为磁滞损耗和涡流损耗之和,即
PFe P h P e (Ch fBm Ce f Bm )V
磁链 Ψ=NФ 按右手螺旋关系确定e与Ф的方向 感应电势正方向：楞次定律
楞次定律：感应电动势趋于产生一个电流，该电流的方向 总是阻止产生此感应电动势的磁通的变化。
13
(3) 电磁力
通电导体在磁场中要受到电磁力的作用 F = Bil (N) 电磁力方向：左手定则
14
图4 电磁力方向(左手定则)
15
③ 铁磁材料磁导率μ不是常数, 且μFe>>μ0 常用铁磁材料μFe=(2000~6000)μ0
8
◆ H与B 的关系与区别
⑴ H代表电流本身产生的磁场的强弱，反应了电流 的励磁能力，与介质的性质无关， H ∝ I ⑵ B代表电流产生的且介质被磁化后的总磁场的强 弱，其大小不仅与电流的大小有关，还与介质的性 质有关。 B=μH 空心线圈: B0=μ0H， 加入铁心BFe=μFeH BFe>>B0 通电线圈中加入铁心可以大大增强磁感应强度B
H2 H1
i
H1>H2
21
(2) 磁路的欧姆定律
Hl Ni
Ni F H l l
H
B


/ A

A
F F F H A A l l / A Rm
22
磁路的欧姆定律
F Rm
磁动势： 磁阻： I=U/R F=Ni--作用在磁路上的安匝数

第一章 磁路

第一章 磁路

第一章磁路电机是一种机电能量转换装置，变压器是一种电能传递装置,它们的工作原理都以电磁感应原理为基础，且以电场或磁场作为其耦合场。

在通常情况下，由于磁场在空气中的储能密度比电场大很多，所以绝大多数电机均以磁场作为耦合扬。

磁场的强弱和分布，不仅关系到电机的性能，而且还将决定电机的体积和重量；所以磁场的分析扣计箅，对于认识电机是十分重要的。

由于电机的结构比校复杂，加上铁磁材料的非线性性质，很难用麦克斯韦方程直接解析求解；因此在实际工作中．常把磁场问题简化成磁路问题来处理。

从工程观点来说，准确度已经足够。

本章先说明磁路的基本定律，然后介绍常用铁磁材料及其性能，最后说明磁路的计算方法。

1-1 磁路的基本定律一、磁路的概念磁通所通过的路径称为磁路。

图1—1表示两种常见的磁路，其中图a为变压器的磁路，图b为两极直流电机的磁路。

在电机和变压器里，常把线圈套装在铁心上。

当线圈内通有电流时、在线圈周围的空间(包括铁心内、外)就会形成磁场。

由于铁心的导磁性能比空气要好得多，所以绝大部分磁通将在铁心内通过，并在能量传递或转换过程中起耦合场的作用，这部分磁通称为主磁通。

围绕裁流线圈、部分铁心和铁心周围的空间，还存在少量分散的磁通，这部分磁通称为漏磁通。

主磁通和漏磁通所通过的路径分别构成主磁路和漏磁路，图1—l中示意地表出了这两种磁路。

用以激励磁路中磁通的载流线圈称为励磁线圈(或称励磁绕组)，励磁线圈中的电流称为励磁电流(或激磁电流)。

若励磁电流为直流，磁路中的磁通是恒定的，不随时间而变化，这种磁路称为直流磁路；直流电机的磁路就属于这一类。

若励磁电流为交流(为把交、直流激励区分开，本书中对文流情况以后称为激磁电流)，磁路中的磁通随时间交变变化，这种磁路称为交流磁路；交流铁心线圈、变压器和感应电机的磁路都属于这一类。

二、磁路的基本定律进行磁路分析和计算时，往往要用到以下几条定律。

安培环路定律 沿着任何一条闭合回线L ，磁场强度H 的线积分值dlH L∙⎰ 恰好等于该闭合回线所包围的总电流值∑i ，(代数和)．这就是安培环路定律(图l —2)。

第一章大学物理磁路

第一章大学物理磁路
磁路计算逆问题——因为磁路为非线性的，用试探法。
一、简单串联磁路
[例1-2] 铁心由铸钢和空气隙构成，截面积AFe=0.0009m2，
磁路平均长度lFe=0.3m，气隙长度δ=5×10-4m，求该磁路获 得磁通量Φ=0.0009Wb时所需的励磁磁动势。
解：铁心内磁通密度为 BFeA Fe0 0..0 00 00 0T9 91T
解 用安培环路定律求解如下
H B / F e50 0 1 4 π 0 1 0 7 0 A /1 m A 59/m
F H 1 l 0 5 . 3 A 9 4 . 7 A 7
iF/N4.7A9.5 410 2A 500
3、磁路的基尔霍夫定律
（1）磁路的基尔霍夫电流定律
1230 或
0
（2）磁路的基尔霍夫电压定律
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。
第三节 直流磁路的计算
磁路计算正问题——给定磁通量，计算所需的励磁磁动势 磁路计算逆问题——给定励磁磁势，计算磁路内的磁通量
磁路计算正问题的步骤： 1）将磁路按材料性质和不同截面尺寸分段； 2）计算各段磁路的有效截面积Ak和平均长度lk； 3）计算各段磁路的平均磁通密度Ak ，Bk=Φk/Ak； 4）根据Bk求出对应的Hk； 5）计算各段磁位降Hklk，最后求出 F=∑ Hklk。
第一章 磁路
第一节 磁路的基本定律
电机是进行机电能量转换的装置。
机电能量转换的媒介是磁场，磁通所经过的 路径称为磁路。
在工程中，通常将磁场问题简化为磁路问题。
一. 磁场的几个常用量
磁感应强度（又称磁通密度）B ——表征磁场强弱及 方向的物理量。单位：Wb/m2

第1章磁路

第1章磁路

T 1T
从铸钢磁化曲线查得：与BFe对应的HFe=9×102A/m 铁心段的磁位降： H Fe l Fe 9 10 0 . 3 A 270 A
2
空气隙中： B
H

A B

0 . 0009 3 . 05 10
2 4
T 0 . 967 T
4
0 . 967 4 10
电磁力方向：左手定则判断
f
在旋转电机里，作用在转子载流导体上的电磁力将 使转子受到一个力矩，即为电磁力矩。在电机进行 机电能量转换过程中起着重要作用。
上一张下一张
4. 磁路欧姆定律
Φ 铁心中： Bc = u Ac Bc － Φ = Hc = c c Ac 气隙中： B0 = Φ A0 B0 Φ = H0 = 0 0 A0 安培环路定律: ∮H dl = I =F
N I 一定时， 因 Rm0 的存在，使Φ 大大减小； 若要保持 Φ 一定，则需增大磁动势 F。
上一张下一张
5、磁路的基尔霍夫第一定律
任何磁路中，流进节点的磁通代数和为零 A
1
2
3
节点A： 1+ 2+ 3=0
6、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。 Hl Ni 该定律的本质是全电流定律。
上一张下一张
(3)铁芯损耗
铁芯中的磁滞损耗和涡流损耗之合称为铁芯损耗， 即有：
p Fe p h p w
1 .3
对于一般的电工硅钢片，可以近似写成：
PFe C Fe f
B G
2 m
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。

第1章磁路me

第1章磁路me
2.磁路的基本定律
（1）安培环路定律 ——全电流定律
在磁路中，沿任意一闭合路径L，磁场强度H的线积分∮Hdl 恒等于该闭合路径所包围的电流的代数和i ，这就是安培环 路定律或全电流定律。
∮LH dl= i ∮LH dl= -i1+i2-i3
若沿着回路L，H的方向总是沿着 切线方向，大小处处相等，且闭合 回线所包围的总电流是由通有电流 i的N匝线圈所提供
1.4 磁路计算
1.直流磁路的计算
在直流磁路中进行计算时，漏磁通忽略不计，每段磁路中的磁通处处相 等。 对于磁路计算的正问题可按下述步骤进行： （1）按磁路中各部分的材料和截面积进行分段，要求每段磁路的材料 相同，截面积相等。 （2）根据磁路尺寸计算出各段磁路的有效截面积Sk和平均长度l。 在计算用硅钢片叠成的铁芯的有效截面积时，必须除去片间绝缘膜 厚度，一般按下式计算，即
直导线电流的磁场
线圈电流的磁场
某点磁感应强度的大小可以用该点磁场作用于长1m，通过1A电流的导体 上的力来衡量，该导体与磁场方向垂直，即
B
F LI
若磁场内各点的磁感应强度大小相等， 方向也相同，则称该磁场为均匀磁场。 在SI中，B的单位为T，即Wb/m2。
2
Copyright © 2010 电气工程系. All Rights Reserved
1.2 铁磁物质的磁性能
1.铁磁材料的高磁导率
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。
6
Copyright © 2010 电气工程系. All Rights Reserved
1.2 铁磁物质的磁性能
2.铁磁材料的磁饱和性

第一章 磁路基础知识

第一章 磁路基础知识

l1 l2 3l 15 10 2 m 两边磁路长度：
气隙磁位降： B 1.211 2H 2 2 2.5 10 3 A 4818 A 0 4π 10 7
1.211 (2 0.25) 2 B T 1.533T 中间铁心磁位降： 3 4 A 4 10
磁路基础知识
1.2.3涡流与涡流损耗 1、涡流 2、涡流损耗：涡流在铁心中引起的损耗 3、注意: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。 4、铁心损耗：磁滞损耗+涡流损耗
2 pFe f 1.3 BmG
南通大学《电机学》
磁路基础知识
1.3直流磁路的计算
磁路计算正问题——给定磁通量，计算所需的励磁磁动势 磁路计算逆问题——给定励磁磁势，计算磁路内的磁通量 磁路计算正问题的步骤： 1）将磁路按材料性质和不同截面尺寸分段； 2）计算各段磁路的有效截面积Ak和平均长度lk； 3）计算各段磁路的平均磁通密度Ak ，Bk=Φk/Ak； 4）根据Bk求出对应的Hk；
Φ
RmFe

N
F
Rm
i
Φ
串联磁路 南通大学《电机学》 磁路基础知识
模拟电路图
解：铁心内磁通密度为 BFe 0.0009 T 1T
AFe 0.0009
从铸钢磁化曲线查得：与BFe对应的HFe=9×102A/m
H FelFe 9 10 2 0.3A 270 A 铁心段的磁位降：
查磁化曲线：H1 H 2 215 A/m
H1l1 H 2l2 215 15 10 2 A 32.25A
总磁动势和励磁电流为：
Ni 2H H l
3 3
H 1l1

电机学 第一章磁路


起始磁化曲线
oa段
ab段
bc段
cd段
膝点
饱和
铁磁材料 图1-7.
µ Fe = f ( H ) 磁化曲线见示意
� 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。 剩磁:去掉外磁场之后，铁磁材料内仍然保留的 磁通密度 B r 。 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。
2．硬磁(永磁)材料 定义:磁滞回线宽、剩磁和矫顽力都很大的铁磁材 料称为硬磁材料，又称为永磁材料。 附图1-11b 磁性能指标 剩磁 矫顽力 最大磁能积
铸造型 铝镍钴
种类示意图
粉末型 铝镍钴
永磁材料 种类
铁氧体
稀土钴
钕铁硼
四、铁心损耗 1．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。 n 公式: p = C fB V
Hδ lδ = 385A
F = H FelFe + H δ lδ = 432.6 A
返回
2．简单并联磁路 定义:指考虑漏磁影响，或磁回路有两个以上分 支的磁路。 点击书本进入例题1-３
例 题
� [例1—3] 图1—14a所示并联磁路，铁心所 用材料为DR530硅钢片，铁心柱和铁轭的截面 积均为 A = 2 × 2 × 10 −4 m 2 ，磁路段的平均长 −3 度l = 5 ×10−2 m ，气隙长度 δ1 =δ2 = 2.5×10 m 励磁线圈匝数 N 1 = N 2 = 1000 匝。不计漏磁通，试求在气隙内产生 B δ =1．211T的磁通密度时，所需的励磁电流i。

第1章磁路-专业知识讲座


第1章 磁路
交变磁通旳效应: (1).磁通量随时间交变，必然会在激磁线圈内产生
感应电动势； (2).磁通量随时间交变，必然会在铁心中产生铁心
损耗。 (3).磁饱和现象会造成电流、磁通和电动势波形旳
畸变。
支旳磁路。
1
2
N1
1 2N2
L
A
L
L
第1章 磁路
[例1-3] 铁心由DR530硅钢片构成，铁心柱和 铁轭截
面积AFe=0.0004m2，磁路平均长度lFe=0.05m，气隙长 度δ1 =δ2=2.5×10-3m，励磁线圈匝数N1=N2=1000匝。 不计漏磁通，试求在气隙中产生磁通密度Bδ=1.211T时，
然后再逐渐减小H，B值将 沿曲线ab下降。
B Bm
Br
b
当H=0 时，B值并不等于零， 而是Br。这就是剩磁。
a
H
Hm
第1章 磁路
矫顽力——要使
B值为零，必须
B Bm
a
加上相应旳反向
b
B 磁场，此反向磁 r
H
场强度称为矫顽
力Hc。
c Hc
Hm
第1章 磁路
磁滞回线——
B Bm
a
铁磁材料旳磁滞回线
当H在Hm和－ Hm之间反复变
真实旳物理量，反应了 该点处旳磁特征
第1章 磁路
2.磁通量Φ —— 垂直穿过某截面积旳磁力线总和。 单位：Wb
磁感应强度旳积分值， 描述了磁场旳总体特征
3.磁场强度H —— 计算磁场时引用旳物理量。 B=μH ，单位：A/m
磁感应强度与该点磁导率旳 乘积，反应了建立该点磁场
旳源
第1章 磁路
4.B、H、Φ之间旳关系

电机学第1章磁路

i

涡流损耗
铁芯是有阻值的，当磁通交变时，铁芯中就会感应交变的电 势，进而在铁心内引起环流。这些环流通作涡流状流动，称 为涡流涡流引起的损耗，称为涡流损耗。
pw k w f B
2
2 m
思考：如何尽量减小涡流损耗？
• 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。
后于磁场强度变化，通常在电机内也可理解为磁通落后于 激磁电流的现象，称为磁滞现象）。
磁滞回线：磁场强度H缓慢地循环变化，B－H曲线封 闭曲线 • 磁滞现象是铁磁材料的另一个特性。
B
Bm
b
a
Br
Hc
c f e
Hc
H
Hm
Hm
d
Bm
图1-7 铁磁材料的磁滞回线
基本磁化曲线：
对同一铁磁材料，选择不同的磁场强度进行反复 磁化，可得一系列大小不同的磁滞回线，再将各 磁滞回线的顶点联接起来，所得的曲线。
2.磁化曲线和磁滞回线
磁化曲线：将一块尚未磁化的铁磁材料进行磁化，当磁 场强度H由零逐渐增大时，磁通密度B将随之增大， 得到曲线B=f(H)。 特性：①具有高的导磁性能；②磁化曲线呈非线性（饱 和特性）它的磁化曲线具有饱和性，磁导率μFe不 是常数，且随H的变化而变化。 磁滞回线在oa段：当H增大→B增大，但B增大速度较慢 在ab段：当H增大→B增大，B增大速度快； 在bc段：B随H增大的速度又较慢； 在cd段：为磁饱和区（又呈直线段）。其中拐弯点b称 为膝点；c点为饱和点。 • 过了饱和点c，铁磁材料的磁导率趋近μ0。
R
k
mk
Fm
• 磁路和电路的比拟仅是一种数学形式上的类似、 而不是物理本质的相似。

电机学第一章 磁路


H
随着磁场强度H的增大，饱和程度增加，μFe减 小，Rm增大，导磁性能降低.
B
c b
B = f ( H)
d
μFe = f ( H )
a
B = μ0 H
H
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
B
c b
膝点 饱和点
B = f ( H)
四、铁心损耗
1．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: n h h m
p = C fB V
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。
2．涡流损耗
¾涡流：铁磁材料在交变磁场将 有围绕磁通呈蜗旋状的感应电动 势和电流产生，简称涡流。 ¾涡流损耗：涡流在其流通路径 上的等效电阻中产生的I2R损耗 称为涡流损耗。 ¾涡流损耗与磁场交变频率f， 厚度d和最大磁感应强度Bm的平 方成正比，与材料的电阻率成反 比。 ¾要减小涡流损耗，首先应减小 厚度，其次是增加涡流回路中的 电阻。电工硅钢片中加入适量的 硅，制成硅钢片，显著提高电阻 率
表1.1 磁路和电路对比表 序 号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 电 基本物理量 或基本定律 电 流 电 压 电 阻 电 导 电流密度 电导率 基尔霍夫 第一定律 基尔霍夫 第二定律 欧姆定律 路 符号或 定义 I U R=l/(γA) G=1/R J=I/A 单位 A V Ω S A/m2 S/m 磁 路 单 位 Wb A 1/H H Wb/m2(T) H/m 基本物理量或 符号或 基本定律 定义 磁 通 φ F 磁动势 磁 阻 磁 导 磁通密度 磁导率 磁通连续性 原理 Rm=l/(μA)
  1. 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
  2. 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
  3. 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。

第一章磁路
一、填空：
1.磁通恒定的磁路称为，磁通随时间变化的磁路称为。

答：直流磁路，交流磁路。

2.电机和变压器常用的铁心材料为。

答：软磁材料。

3.铁磁材料的磁导率非铁磁材料的磁导率。

答：远大于。

4.在磁路中与电路中的电势源作用相同的物理量是。

答：磁动势。

5.★★当外加电压大小不变而铁心磁路中的气隙增大时，对直流磁路，则磁通，电
感，电流；对交流磁路，则磁通，电感，电流。

答：减小，减小，不变；不变，减小，增大。

二、选择填空
1.★★恒压直流铁心磁路中，如果增大空气气隙。

则磁通；电感；电流；如
果是恒压交流铁心磁路，则空气气隙增大时，磁通；电感；电流。

A：增加 B：减小 C：基本不变
答：B，B，C，C，B，A
2.★若硅钢片的叠片接缝增大，则其磁阻。

A：增加 B：减小 C：基本不变
答：A
3.★在电机和变压器铁心材料周围的气隙中磁场。

A：存在 B：不存在 C：不好确定
答：A
4.磁路计算时如果存在多个磁动势，则对磁路可应用叠加原理。

A：线形 B：非线性 C：所有的
答：A
5.★铁心叠片越厚，其损耗。

A：越大 B：越小 C：不变
答：A
三、判断
1.电机和变压器常用的铁心材料为软磁材料。

（）答：对。

2.铁磁材料的磁导率小于非铁磁材料的磁导率。

（）答：错。

3.在磁路中与电路中的电流作用相同的物理量是磁通密度。

（）答：对。

4. ★若硅钢片的接缝增大，则其磁阻增加。

（ ） 答：对。

5. 在电机和变压器铁心材料周围的气隙中存在少量磁场。

（ ） 答：对。

6. ★恒压交流铁心磁路，则空气气隙增大时磁通不变。

（ ） 答：对。

7. 磁通磁路计算时如果存在多个磁动势，可应用叠加原理。

（ ） 答：错。

8. ★铁心叠片越厚，其损耗越大。

（ ） 答：对。

四、简答
1. 电机和变压器的磁路常采用什么材料制成，这种材料有那些主要特性？
答：电机和变压器的磁路常采用硅钢片制成，它的导磁率高，损耗小，有饱和现象存在。

2. ★磁滞损耗和涡流损耗是什幺原因引起的？它们的大小与那些因素有关？
答：磁滞损耗由于B 交变时铁磁物质磁化不可逆，磁畴之间反复摩擦，消耗能量而产生的。

它与交变频率f 成正比，与磁密幅值B m
的α次方成正比。

V fB C p n m h h = 涡流损耗是由于通过铁心的磁通ф发生变化时，在铁心中产生感应电势，再由于这个感应电势引起电流（涡流）而产生的电损耗。

它与交变频率f 的平方和
B m 的平方成正比。

V B f C p m e e 222∆= 3. 什么是软磁材料？什么是硬磁材料？
答：铁磁材料按其磁滞回线的宽窄可分为两大类:软磁材料和硬磁材料。

磁滞回线较宽，即矫顽力大、剩磁也大的铁磁材料称为硬磁材料，也称为永磁材料。

这类材料一经磁化就很难退磁，能长期保持磁性。

常用的硬磁材料有铁氧体、钕铁硼等，这些材料可用来制造永磁电机。

磁滞回线较窄，即矫顽力小、剩磁也小的铁磁材料称为软磁材料。

电机铁心常用的硅钢片、铸钢、铸铁等都是软磁材料。

4. ★说明磁路和电路的不同点。

答：1）电流通过电阻时有功率损耗，磁通通过磁阻时无功率损耗；
2）自然界中无对磁通绝缘的材料；
3）空气也是导磁的，磁路中存在漏磁现象；
4）含有铁磁材料的磁路几乎都是非线性的。

6．★说明直流磁路和交流磁路的不同点。

答：1）直流磁路中磁通恒定，而交流磁路中磁通随时间交变进而会在激磁线圈内产生感应电动势；
2）直流磁路中无铁心损耗，而交流磁路中有铁心损耗；
3）交流磁路中磁饱和现象会导致电流、磁通和电动势波形畸变。