电机第1章-磁路

简单并联磁路 eg 1-3
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电机学 教案
4. 电抗和磁导的关系
因为：φ = F Rm = N1i • Λ m
ψ = N φ = Li
激磁电感和激磁电抗
Lm = N 1 Λ m = f ( µ Fe )
2
X m = 2πfN 1 Λ m
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2
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漏磁电感
Q φ1σ = N 1i1 • Λ 1σ ， φ 2σ = N 2 i2 • Λ 2σ
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电机学 教案
铁心损耗
问题： 问题：何时会产 生铁心损耗？ 生铁心损耗？
铁心损耗＝磁滞损耗＋ 铁心损耗＝磁滞损耗＋涡流损耗 磁滞损耗： 磁滞损耗：铁磁材料置于交变磁场 中，磁畴之间不停地相互摩擦，消 磁畴之间不停地相互摩擦， 耗能量，造成的损耗。 耗能量，造成的损耗。 涡流损耗： 涡流损耗：涡流在铁心中引起的损 耗。
基尔霍夫第二定律： 基尔霍夫第二定律：ΣF=ΣΦRm=ΣHl
2. 常用的铁磁材料及其特性
电机的常用材料 铁磁物质的磁化 磁化曲线与磁滞回线 铁磁材料 铁心损耗
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电机常用的四大类材料
1. 导电材料 导电材料(Electric Materials)
引导电流的电路， 引导电流的电路，要求电导率大
安培环路定律 电磁感应定律 电磁力定律
磁路基本定律(重点 磁路基本定律 重点) 重点
磁路的欧姆定律 磁路的基尔霍夫第一定律 磁路的基尔霍夫第二定律
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磁路的概念
磁路：磁通所通过的路径。 磁路：磁通所通过的路径。 电路：电流所通过的路径。 电路：电流所通过的路径。
电流 电 动 势 电 阻 磁 对偶 动 势 磁通 磁 阻 直流磁路 交流磁路
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相关重要概念
磁滞： 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 磁通密度 的变化滞后于磁场 强度H变化的现象 变化的现象。 强度 变化的现象。 磁滞回线：呈现磁滞现象的B磁滞回线：呈现磁滞现象的 H闭合回线。 闭合回线。 闭合回线 基本磁化曲线： 基本磁化曲线：对同一铁磁材 料，选择不同磁场强度进行反 复磁化， 复磁化，可得一系列大小不同 的磁滞回线， 的磁滞回线，再将各磁滞回线 的顶点联接起来，所得的曲线。 的顶点联接起来，所得的曲线。
F = Ni = ∑ H k ⋅ l k = ∑ Φ k ⋅ Rmk
k =1 k =1 n n
其中： R mk
lk = µ k Ak
Rm1 Φ1 F Rmδ Rm2 Φδ
举例： F = Ni = H 1l 1+ H 2l 2 + H 3l 3 = Φ 1 R m1 + Φ 2 R m 2 + Φ 3 R m 3
支撑和连接， 支撑和连接，要求机械强度高
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铁磁物质的磁化
磁畴
磁化过程 铁磁物质的导磁性 磁导率：反映铁磁物质导磁能力的参数。 磁导率：反映铁磁物质导磁能力的参数。 μ=B/H (H/m, T A/m) π×10 π× μ0=4π× -7 H/m 铁、镍、钴及其合金 铁、镍、钴及其合金 μFe=(2000~ 6000)μ0
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电磁基本定律
安培环路定律(Ampere’s Law) 安培环路定律 或：全电流定律 沿任何一条闭合回线， 沿任何一条闭合回线，磁场强度 的线积分值恰好等于该闭合回线 所包围的总电流值（代数和） 所包围的总电流值（代数和）
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电磁基本定律 安培环路定律(Ampere’s Law) 安培环路定律 或：全电流定律
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B
基 本 磁 化 曲 线
H
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铁磁材料
永磁材料
铸铁、 铸铁、铸钢 硅钢片
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电机学 教案
常见的硬磁（永磁）材料
铁氧体 铝镍钴 稀土钴 钕铁硼
三种常用永磁材料的性能比较
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常见的硬磁（永磁）材料
我国钕铁硼永磁产 量的2/3用于出口 用于出口， 量的 用于出口，在国 内销售的1/3中 内销售的 中，目前用 于电机的比例很低， 于电机的比例很低，而 高性能稀土永磁电机却 随着计算机、飞机、 随着计算机、飞机、数 控机床等产品大量返销 进口。 进口。
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电机学 教案
磁路的概念
变压器的磁路
2极直流电机的磁路 极直流电机的磁路
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主磁通与漏磁通
主磁通： 主磁通：由于铁心的导磁性能比空气 要好得多， 要好得多，所以绝大部分磁通将在铁 心内通过,这部分磁通称为主磁通 这部分磁通称为主磁通。 心内通过 这部分磁通称为主磁通。 漏磁通：围绕载流线圈、 漏磁通：围绕载流线圈、部分铁心和 铁心周围的空间， 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。 磁通，这部分磁通称为漏磁通。
磁化电感： L1µ = N Λ m = f (µ Fe )
2 1
漏磁电感： L1σ = N Λ 1σ = C1， L2σ = N Λ 2σ = C 2
2 1 2 2
µ Fe AFe 1 其中： Λ m = = = f (µ Fe ) Rm l Fe
Λ 1σ
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µ 0 A1σ µ 0 A2σ 1 1 = = = C1， Λ 2σ = = = C2 R1σ l1σ R 2σ l 2σ
电机学 教案
几个物理量之间的联系
交变磁通 φ穿过磁路 ⇒ 在线圈中感应电动势 e
磁路有磁导 Λ ，线圈有匝数 N
线圈存在电感 L = N 2 Λ ， 在交流电路中形成电抗 X = ω L
dφ 磁通 φ = Ni • Λ ，电动势 e = − N dt • • • di di e = − N 2Λ = − L ， = − jω N 2 Λ I = − jX I E dt dt
B
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磁路的基尔霍夫第一定律
磁通连续性原理：∫∫ B ⋅ d A = 0
A
∑Φ = 0
举例： Φ 1 + Φ 2 + Φ 3 = 0 −
R m1 l3 l1 l2 = , Rm 2 = , Rm 3 = µA µA µA
Rm2
Φ2 Φ1Φ3
F Rm1 Rm3
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磁路的基尔霍夫第二定律
第一章 磁路
电气工程学院： 电气工程学院：李 辉
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本节主要内容
1. 磁路的基本定律 (重点) 2. 常用铁磁材料及其特性 (重点) 3. 磁路的计算 (难点) 饱和问题、 饱和问题、铁心损耗和磁滞 回线 4. 电抗和磁导的关系
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电机学 教案
1. 磁路的基本定律
磁路的概念 电磁基本定律(复习 复习) 电磁基本定律 复习
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电机学 教案
铁心损耗
磁滞损耗： 磁滞损耗：
p h = fV
∫ HdB
n m
C h fB V ， n = 1 . 6 ～ 2 . 3 =
涡流损耗： 涡流损耗： 铁心损耗： 铁心损耗：
pe = C e∆ f B V p Fe = p h + p e ≈ C Fe f
1 .3
2
2
2 m
B G
2 m
2. 导磁材料 导磁材料(Magnetic Materials)
引导磁通的磁路， 引导磁通的磁路，要求磁导率大
3. 绝缘材料 绝缘材料(Insulating Materials)
阻止电流流通，要求介电强度高、 阻止电流流通，要求介电强度高、耐热性能好
4. 结构材料 结构材料(Mechanical Materials)
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主磁通与漏磁通
分类 主磁通 漏磁通 作 用 能量转换 或传递 漏抗压降 大小 大 小 磁路 主磁路 漏磁路 符号
Φ Φσ
ห้องสมุดไป่ตู้
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电机学 教案
磁路与激磁
主磁路：主磁通所通过的路径。 漏磁路：漏磁通所通过的路径。 励磁线圈：用以激励磁路中磁通的线圈。 励磁电流：励磁线圈中的电流。 直流:直流磁路；例如:直流电机 交流:交流磁路；例如:变压器
∫ H ⋅ dl = ∑ i
l k =1
N
k
=-i1+i2-i3
磁场和电流同时存在
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电磁基本定律
电磁感应定律
dψ dφ e=− = −N ，伏特 (V ) dt dt
e = Blv ，伏特 (V )
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Φ
e
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电磁基本定律 电磁力定律
f = Bli ，牛顿 ( N )
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磁路基本定律
磁路欧姆定律 (Ohm’s Law) 作用在磁路上的磁动势等于磁路内的磁 通量乘以磁阻。
磁路欧姆定律： F = φR m =
φ
Λm
F
Φ
Rm
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磁路基本定律
磁路欧姆定律 (Ohm’s Law)
∫ H ⋅ dl = ∑ i
l k =1 N k N l 磁动势： F = Hl = l = φ = ∑ ik = Ni （安匝， A ） µ µ A k =1 l l −1 磁阻： R m = (1 / 亨利， H )；电阻： R = （欧姆， Ω ） µA ∆A Φ φ Rm 磁路欧姆定律： F = φR m = F Λm
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膝点
B
c b
饱和
B = f (H )
d
µ Fe = B / H = f ( H )
a O
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B = µ0 H
图1-7 铁磁材料的起始磁化曲线