电机与电力拖动基础-磁路
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电机与其拖动基础第一章磁路
• 按运行方式分：
旋转电机、直线电机 还有各种特殊用途、 特殊机构的电机，如：自整角机、球形电 机等
第一章 磁路
Magnetic Circuit 研究磁路的必要性：
电机是以磁场为介质进行机电能量转换的装置。
两个简单的物理事实：
1、变化的磁场会产生电场——由磁生电——机械能 向电能转换； 2、通电导体会在磁场中受力——电能向机械能的 转换。
绪论
• 什么是电机？
电机学中所说的电机，是指依靠电磁感应 作用而运行的电气设备，用于机械能和电 能之间的转换、不同形式电能之间的变换、 或者信号的传递与转换。
电机在国民经济中的运用
电机是完成多种能量形式转换的有效工具， 而电能又是最容易实现传输、变换的能量形
式，可以说，如果没有电机就没有现代工业，
从两个方面解释： （1）提高电机效率 （2）减小电机体积
二、磁化曲线和磁滞回线
1、起始磁化曲线
将一块未磁化的铁磁材料进行磁化，当磁场强度H由 零逐渐增加时，磁通密度B将随之增加。用B=f (H)描述的 曲线就称为起始磁化曲线。
B
B f (H)
d
b
a
uFe B H
Bu0H
H
铁磁材料的起始磁化曲线
A F e 0 .0,0 A δ 0 32 9 . 1 0 4 0 ,lF 5 e 0 .3 ,l 5 1 40
（3）计算每一段磁路的平均磁密；
B F eA F e0 0 ..0 00 0 T 0 01 T 9 9 ,B δA Φ δ30 . 2 . 1 0 0 4 0 5 T 000.99
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=0.0009 m2，
磁路平均长度lFe=0.3m，气隙长度δ=5×10-4m，求该磁路
旋转电机、直线电机 还有各种特殊用途、 特殊机构的电机，如：自整角机、球形电 机等
第一章 磁路
Magnetic Circuit 研究磁路的必要性：
电机是以磁场为介质进行机电能量转换的装置。
两个简单的物理事实：
1、变化的磁场会产生电场——由磁生电——机械能 向电能转换； 2、通电导体会在磁场中受力——电能向机械能的 转换。
绪论
• 什么是电机？
电机学中所说的电机，是指依靠电磁感应 作用而运行的电气设备，用于机械能和电 能之间的转换、不同形式电能之间的变换、 或者信号的传递与转换。
电机在国民经济中的运用
电机是完成多种能量形式转换的有效工具， 而电能又是最容易实现传输、变换的能量形
式，可以说，如果没有电机就没有现代工业，
从两个方面解释： （1）提高电机效率 （2）减小电机体积
二、磁化曲线和磁滞回线
1、起始磁化曲线
将一块未磁化的铁磁材料进行磁化，当磁场强度H由 零逐渐增加时，磁通密度B将随之增加。用B=f (H)描述的 曲线就称为起始磁化曲线。
B
B f (H)
d
b
a
uFe B H
Bu0H
H
铁磁材料的起始磁化曲线
A F e 0 .0,0 A δ 0 32 9 . 1 0 4 0 ,lF 5 e 0 .3 ,l 5 1 40
（3）计算每一段磁路的平均磁密；
B F eA F e0 0 ..0 00 0 T 0 01 T 9 9 ,B δA Φ δ30 . 2 . 1 0 0 4 0 5 T 000.99
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=0.0009 m2，
磁路平均长度lFe=0.3m，气隙长度δ=5×10-4m，求该磁路
电机及拖动 课件 汤天浩_1磁路
分段：将磁路按材料性质和不同的截面尺寸分段； 计算Ak和lk：计算各段磁路的有效截面积Ak和平均长度lk； 计算Bk：由 Bk =Φk/Ak计算各段磁路的平均磁通密度Bk ； 求Hk ：根据Bk求出对应的磁场强度 Hk ，铁磁材料的 Hk可从 基本磁化曲线上查出；气隙的Hk可直接用Hδ= Bδ/μ0算出； 求F：由F=ΣHklk计算产生给定磁通量时所需的励磁磁动势F。
H
O
基本磁 化曲线
16
第1章 磁路
三、铁磁材料的分类
1、软磁材料
磁滞回线窄，剩磁Br和矫顽力Hc都小的材料。 常用的软磁材料：电工硅钢片、铸铁、铸铜等。 软磁材料磁导率较高，可制电机、变压器铁心。无须考 虑磁滞现象。
2、硬磁材料（永磁材料）
磁滞回线宽，剩磁Br和矫顽力Hc都大的材料。 常用的硬磁材料：铝镍钴、铁氧体、稀土钴、钕铁硼等。 由于剩磁大，故多用做永久磁铁。
17
第1章 磁路
四、铁心损耗
1、磁滞损耗
铁磁材料置于交变磁场中，材料被反复交变磁化，磁畴互 相不停地摩擦而消耗能量，并以产生热量的形式表现出来， 造成的损耗为磁滞损耗。
磁滞损耗用ph表示，它与磁场交变的频率f、铁心的体积 V和磁滞回线的面积∮HdB成正比，即
Ph=fV ∮HdB = Ch f Bm nV Bm为磁密的最大值， Ch为磁滞损耗系数，一般n=1.6~2.3。
三、简单并联磁路
考虑漏磁影响，或 磁路有二个以上分支的 磁路。
2
+ u –
i
N1
1
N2
F1
N
Rm2
Rmr1 Rm1
Rmr2
F2
23
第1章 磁路
§1-4 交流磁路的特点
H
O
基本磁 化曲线
16
第1章 磁路
三、铁磁材料的分类
1、软磁材料
磁滞回线窄，剩磁Br和矫顽力Hc都小的材料。 常用的软磁材料：电工硅钢片、铸铁、铸铜等。 软磁材料磁导率较高，可制电机、变压器铁心。无须考 虑磁滞现象。
2、硬磁材料（永磁材料）
磁滞回线宽，剩磁Br和矫顽力Hc都大的材料。 常用的硬磁材料：铝镍钴、铁氧体、稀土钴、钕铁硼等。 由于剩磁大，故多用做永久磁铁。
17
第1章 磁路
四、铁心损耗
1、磁滞损耗
铁磁材料置于交变磁场中，材料被反复交变磁化，磁畴互 相不停地摩擦而消耗能量，并以产生热量的形式表现出来， 造成的损耗为磁滞损耗。
磁滞损耗用ph表示，它与磁场交变的频率f、铁心的体积 V和磁滞回线的面积∮HdB成正比，即
Ph=fV ∮HdB = Ch f Bm nV Bm为磁密的最大值， Ch为磁滞损耗系数，一般n=1.6~2.3。
三、简单并联磁路
考虑漏磁影响，或 磁路有二个以上分支的 磁路。
2
+ u –
i
N1
1
N2
F1
N
Rm2
Rmr1 Rm1
Rmr2
F2
23
第1章 磁路
§1-4 交流磁路的特点
磁路基础知识
磁压降
N I ＝ H l H 1l1 H 2 l 2 H 3 Φ 1 R m 1 Φ 2 R m 2 Φ R m
沿任何闭合磁路的总磁动势恒等于各段磁路磁压降的代数和。
第1章
返 回
上 页
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磁路和电路比较
第1章
返 回
上 页
下 页
磁路和电路有相似之处，却要注意有以下几点差别：
电动机
T
2 GDR
m
GD
j1
电动机 工作机构
GD
2 m
1 j2
2 1
T
Tm
2 GDeq
等效负载 Teq
(a) 多轴拖动系统
(b) 等效的单轴系统
图1-12 多轴拖动系统折算成单轴拖动系统
折算原则：保持系统的功率传递关系及系统的贮存动能不变。 负载转矩的折算：从已知的实际负载转矩求出等效的负载转矩。 系统飞轮矩的折算：从已知的各转轴上的飞轮矩求出系统的总飞 轮矩。
电机与电力拖动基础教程
羌予践 主编
第1章 磁路及动力学基础知识
1.1 1.2
1.3 磁路和磁路基本定律
铁磁材料及其特性
电力拖动系统的动力学基础
第1章
1.1磁路和磁路基本定律
1.1.1描述磁场的基本物理量 1、磁感应强度B（磁密） 2、磁通 3、磁导率：表示物质导磁能力强弱的物理量 真空磁导率0=4×10-7H/m 铁磁材料磁导率 >>0 4、磁场强度H=B/
第1章
返 回 上 页 下 页
铁磁材料
1．软磁材料 定义: 磁滞回线窄、剩磁和矫顽力都很小的材料。 附图1-8a 常用软磁材料:铸铁、铸钢和硅钢片等。 软磁材料的磁导率较高,故用以制造电机和变压器的铁心。
电机与拖动基础：第一章1-3 直流电机的磁场和电势
引进极弧系数bp’和气隙卡氏系数 主磁场磁密的分布
空载磁化曲线
磁化曲线：表示空载主磁通Φ0与主极磁动势Ff之间 的关系曲线 Φ0＝f（ Ff）。通过实验或计算得到。
Φ0
膝点
饱和部分
直线，不 饱和部分
Fδ’ F0’
Ff
饱和系数：
k
F0' F'
(约1.1~1.35)
三、直流电机负载时磁场
主极磁场
电枢磁场
I=Ia
直流电机的磁场和磁路
磁场由电机中各绕组，包括励磁绕组、电枢绕组、附
加极绕组、补偿绕组共同产生。 励磁绕组起主要作用。
（1）线圈套在铁心上产生磁场。磁力线集中在铁磁 物质内。
（2）磁路：使磁力线集中经过的路径。
（3）磁路计算：
H dl I
n
H k lk IW
1
B S
HB
二、空载时磁场分布
一、直流电机的电枢电势
电枢电势：直流机正、负电刷之间的感应电势， 即每个支路里的感应电势。 计算：求出一根导体在一个极距范围内切割气隙磁 密的平均感应电势，乘上一个支路里总的导体数。
直流电机的感应电势
一根导体：
eav Bav li v
v 2 p n
60
Bav：平均磁密；li：导体长度； v：电枢旋转线速度 n：电枢旋转速度（r/min)
磁路从气隙1出发经－电枢齿1 －电枢轭－电枢齿2－气隙2－ 主磁极2－定子轭－主磁极1， 最后又回到气隙1
直流电机空载时的磁场分布
磁通、磁路
主磁通、主磁路：由N极出 发， 经气隙进入电枢齿部， 经电枢铁心的磁轭到另外的 电枢齿，通过气隙进入S极， 再经定子轭回到原来N极。
漏磁通、漏磁路：不进入 电枢铁心，直接经过相邻 的磁极或定子轭。
空载磁化曲线
磁化曲线：表示空载主磁通Φ0与主极磁动势Ff之间 的关系曲线 Φ0＝f（ Ff）。通过实验或计算得到。
Φ0
膝点
饱和部分
直线，不 饱和部分
Fδ’ F0’
Ff
饱和系数：
k
F0' F'
(约1.1~1.35)
三、直流电机负载时磁场
主极磁场
电枢磁场
I=Ia
直流电机的磁场和磁路
磁场由电机中各绕组，包括励磁绕组、电枢绕组、附
加极绕组、补偿绕组共同产生。 励磁绕组起主要作用。
（1）线圈套在铁心上产生磁场。磁力线集中在铁磁 物质内。
（2）磁路：使磁力线集中经过的路径。
（3）磁路计算：
H dl I
n
H k lk IW
1
B S
HB
二、空载时磁场分布
一、直流电机的电枢电势
电枢电势：直流机正、负电刷之间的感应电势， 即每个支路里的感应电势。 计算：求出一根导体在一个极距范围内切割气隙磁 密的平均感应电势，乘上一个支路里总的导体数。
直流电机的感应电势
一根导体：
eav Bav li v
v 2 p n
60
Bav：平均磁密；li：导体长度； v：电枢旋转线速度 n：电枢旋转速度（r/min)
磁路从气隙1出发经－电枢齿1 －电枢轭－电枢齿2－气隙2－ 主磁极2－定子轭－主磁极1， 最后又回到气隙1
直流电机空载时的磁场分布
磁通、磁路
主磁通、主磁路：由N极出 发， 经气隙进入电枢齿部， 经电枢铁心的磁轭到另外的 电枢齿，通过气隙进入S极， 再经定子轭回到原来N极。
漏磁通、漏磁路：不进入 电枢铁心，直接经过相邻 的磁极或定子轭。
1电力拖动基础
2013-7-11 电机与拖动基础 2
—电机与拖动基础—
二、要求： 1、作笔记 2、准备两个作业本，按要求交 作业 3、实验前认真预习，写出预习 报告
2013-7-11
电机与拖动基础
3
—电机与拖动基础—
三、参考书：
• 1、王毓东编《电机学》上、下 浙江大学 出版 • 2、顾绳谷编《电机及拖动基础》机械工业 出版社
2013-7-11
电机与拖动基础
11
—电机与拖动基础—
八、电机的发展状况
• 大型和超小型方向发展 • 同步发电机定子
各种微电机
2013-7-11
电机与拖动基础
12
—电机与拖动基础—
第一章 磁路（绪论）
• 本章学习： • 磁路的基本概念和基本定律 • 铁磁材料的磁性能
2013-7-11
电机与拖动基础
2013-7-11
电机与拖动基础
4
—电机与拖动基础—
• • • • • •
四、本课程学习内容： 变压器、直流机、异步机、同步机 掌握内容： 1）工作原理 2）电磁力分析 3）特性及应用
2013-7-11 电机与拖动基础 5
—电机与拖动基础—
五、电机的作用与功能：
• 电机是实现机械能与电能相互转换的 电磁机器 • 电动机：电能机械能 • 发电机：机械能电能 • 变压器：U1交流电能U2交流电
2013-7-11
电机与拖动基础
47
—电机与拖动基础—
第四节 负 载 的 机 械 特 性
负载的机械特性指：n=f(TL)关系
一、恒转矩负载机械特性 1、反抗性恒转矩负载特性
2013-7-11
负载转矩由摩擦力产生，其特点： 大小恒定（与n无关）；作用方向 与运动方向相反。
—电机与拖动基础—
二、要求： 1、作笔记 2、准备两个作业本，按要求交 作业 3、实验前认真预习，写出预习 报告
2013-7-11
电机与拖动基础
3
—电机与拖动基础—
三、参考书：
• 1、王毓东编《电机学》上、下 浙江大学 出版 • 2、顾绳谷编《电机及拖动基础》机械工业 出版社
2013-7-11
电机与拖动基础
11
—电机与拖动基础—
八、电机的发展状况
• 大型和超小型方向发展 • 同步发电机定子
各种微电机
2013-7-11
电机与拖动基础
12
—电机与拖动基础—
第一章 磁路（绪论）
• 本章学习： • 磁路的基本概念和基本定律 • 铁磁材料的磁性能
2013-7-11
电机与拖动基础
2013-7-11
电机与拖动基础
4
—电机与拖动基础—
• • • • • •
四、本课程学习内容： 变压器、直流机、异步机、同步机 掌握内容： 1）工作原理 2）电磁力分析 3）特性及应用
2013-7-11 电机与拖动基础 5
—电机与拖动基础—
五、电机的作用与功能：
• 电机是实现机械能与电能相互转换的 电磁机器 • 电动机：电能机械能 • 发电机：机械能电能 • 变压器：U1交流电能U2交流电
2013-7-11
电机与拖动基础
47
—电机与拖动基础—
第四节 负 载 的 机 械 特 性
负载的机械特性指：n=f(TL)关系
一、恒转矩负载机械特性 1、反抗性恒转矩负载特性
2013-7-11
负载转矩由摩擦力产生，其特点： 大小恒定（与n无关）；作用方向 与运动方向相反。
《电机及拖动基础》顾绳谷答案(1-48-14章).doc
3.理解直流电机电枢绕组的构成及特点。
4.掌握直流电机的电枢反应及工作特性。
5.了解直流电机的换向。
（-）学习指导
本章主要介绍直流电动机，以讨论并励、串励电动机的工作特性为主c
1.直流电动机的工作原理
直流电动机的工作原理基于皮■萨定律。电枢绕组端加直流电压，通过换向器与电刷的配合，使同一磁极下的元件边中电流方向不变，或讲电枢绕组内电流是交变的，且直流电机有可逆性。
2.直流电机的励磁方式
直流电机的励磁方式有他励、并励、串励和复励，了解各种励磁方式的电流关系。励磁方式不同对电机运行性能有较大影响，主要反应在磁场变化影响到电动机的转速和转矩。
3.电枢绕组
直流电机电枢绕组通过换向片联接而构成一个闭合回路。主要分为单叠式、单波式，单叠绕组特点为支路对数d等于极对数"换向节距yc=\,每极下元件为一条串联支路，多用于电流较大的直流电机；单波绕组支路对数a = \,换向节距％=字，同极性下元件为
1A】2.5X I()-2X().025X().93亠 查磁化曲线得H] = 7x1()2a&；铁心磁路长人为
1{={[孕><1()-2_叩><1()-2+(5 + 0.025)x IO-2] X2-0.025 X2 x 10~2}m = 0.1625m
励磁电流为
F =Hili+ H2l2=(7X 1()一2 x()・1625+ 500) A
1-7铁心由DR320硅钢片叠成，如图1・1所示，已知线圈匝数N = 100(),铁心厚度为
2.5cm，叠加片系数为().93。不计漏磁，试计算：
(1)中间铁心柱磁通为7.5X l()~4Wb,不计铁心的磁位降时所需的直流励磁电流;
4.掌握直流电机的电枢反应及工作特性。
5.了解直流电机的换向。
（-）学习指导
本章主要介绍直流电动机，以讨论并励、串励电动机的工作特性为主c
1.直流电动机的工作原理
直流电动机的工作原理基于皮■萨定律。电枢绕组端加直流电压，通过换向器与电刷的配合，使同一磁极下的元件边中电流方向不变，或讲电枢绕组内电流是交变的，且直流电机有可逆性。
2.直流电机的励磁方式
直流电机的励磁方式有他励、并励、串励和复励，了解各种励磁方式的电流关系。励磁方式不同对电机运行性能有较大影响，主要反应在磁场变化影响到电动机的转速和转矩。
3.电枢绕组
直流电机电枢绕组通过换向片联接而构成一个闭合回路。主要分为单叠式、单波式，单叠绕组特点为支路对数d等于极对数"换向节距yc=\,每极下元件为一条串联支路，多用于电流较大的直流电机；单波绕组支路对数a = \,换向节距％=字，同极性下元件为
1A】2.5X I()-2X().025X().93亠 查磁化曲线得H] = 7x1()2a&；铁心磁路长人为
1{={[孕><1()-2_叩><1()-2+(5 + 0.025)x IO-2] X2-0.025 X2 x 10~2}m = 0.1625m
励磁电流为
F =Hili+ H2l2=(7X 1()一2 x()・1625+ 500) A
1-7铁心由DR320硅钢片叠成，如图1・1所示，已知线圈匝数N = 100(),铁心厚度为
2.5cm，叠加片系数为().93。不计漏磁，试计算：
(1)中间铁心柱磁通为7.5X l()~4Wb,不计铁心的磁位降时所需的直流励磁电流;
电机与控制第六章第三节 磁路基础和磁路的基本定律
第二篇 电机与控制
1. 磁路欧姆定律
二、磁路的基本定律
设由某种铁磁材料构成的均匀磁路，其长度为l，截 面积为S，由于磁路上各点的µ值、B值相等，磁场强度 H也相等，故通过S截面的磁通Φ可表示为
BS HS
根据安培环路定律，对于均匀磁路有
H dl Hl NI
l
N为绕组的匝数，由于积分与路径无关，只与路径内 包含的导体电流的大小和方向有关，可见电流是产生磁 场的源泉，即
第二篇 电机与控制
第三节 磁路基础和磁路的基本定律
一、磁路基础 二、磁路的基本定律 三、磁路的分析与计算
第二篇 电机与控制
一、磁路基础
磁路是由铁芯与线圈构成，使磁通绝大部分通过的 闭合回路。磁路通常由铁磁材料及空气隙两部分组成。
典型磁路示意图
构成磁路的重要材料是铁磁性材料，铁磁性材料主 要有铸钢、硅钢片、铁及与钴镍的合金、铁氧体等，它 们在外磁场的作用下将被强烈地磁化，使磁场显著增强， 可以把绝大部分磁力线集中在其内部和一定的方向上。
n
H dl Ik Fm
l
k 1
Fm称为磁通势
第二篇 电机与控制
1. 磁路欧姆定律
二、磁路的基本定律
BS HS
H dl Hl NI
l n
H dl Ik Fm
l
k 1
令磁阻
l
Rm S
IN l S
IN
l
S
Fm
磁路欧姆定律 NI F
Rm Rm
第二篇 电机与控制
二、磁路的基本定律
2. 磁路的基尔霍夫第一定律
穿过任一闭合面的磁通等于穿出该闭合面的磁通。
B dS i 0 ( S内)
第二篇电机与控制
电机与电器1磁路PPT课件
例1．如图所示为一闭合电磁铁磁路，S 10cm2，l 60cm
铁心为硅钢，要产生磁通Ф=0.0012Wb时，需要线圈产
生多大的磁动势？
解：求铁心的磁场强度
B
S
0.0012 10 104
1.2T
问题：为何不 能用公式H=B/µ
直接求H？
查硅钢片磁化曲线
H 700A / m
求磁势
F Hl 700A / m 0.6m 420A
为什么磁性材料有高的磁导率呢？——磁化特性。 一、磁性材料的磁化：如果有外界磁场，磁性材料
就会显示很强的磁性，即被磁化了。
B1 < B2
i
ii
i
A磁场中无铁磁物质
B磁场中有铁磁物质
铁磁物质的磁化
9
磁性材料被磁化的原因——磁畴理论
铁磁材料内多个原子组成的自发磁化了的小区域， 称为磁畴。在外磁场的作用下，磁畴的极性排列取 向一致，和原磁场相互叠加，共同作用，使磁场增 强，使铁磁材料显示出高磁导率。
B 1.2T
H0
B
0
1.2
4 107
1.2107
4
A/m
28
（3）求总的磁动势为：
F H dl Hl H0
1.2 107
700 0.6
0.002
4
420 1910 2330(A)
由此可见，气隙的存在，虽然很小，但对磁势增加很大。大部 分的磁势降落在小小的气隙上。
有些磁路没有气隙，如变压器的磁路；有的磁路必须有磁路， 如电动机。有些磁路有气隙，但工作后就没有，如电磁铁。
铁磁材料的磁化曲线 13
剩磁：当H减小至零时，对应 的Br。
磁滞：B-H的变化关系为一闭 合曲线，B的变化总是滞后 于H的变化。
电机及电力拖动自动控制系统第一章电机学概论第二讲电机学基础知识
描述磁动势与磁通之间关系的磁路欧姆定律，即， 作用于磁路上的磁动势等于磁阻乘以磁通。 1）均匀磁路的欧姆定律 由于 B=μ H
得
:磁路的磁阻，A/Wb :磁路的磁导，Wb/A
2）分段均匀磁路的欧姆定律
其中 : 铁心部分对应的磁阻 : 气隙部分对应的磁阻 : 铁心中消耗的磁动势 : 气隙中消耗的磁动势
铁磁材料包括铁、镍、钴以及它们的合金（其它材料 称之为非铁磁材料）。将铁磁材料放入磁场后，材料 内的磁场会显著增强。铁磁材料在外磁场中呈现很强 的磁性，此现象称为铁磁材料的磁化。
磁畴
未磁化 磁化后
1.5.1. 铁磁材料具有增磁作用（有很高导磁能力）
右图为同步电机转子线圈电 流产生的磁场很弱（磁力线 稀少）且分布在无限广阔的空 间。
3. 电路中导体的电阻率在一定温度下是不变的，但是磁路 中铁心的磁导率却不是一个常值，而是磁通密度的函数。
4. 对线性电路，计算时可以应用叠加原理，但对于铁心磁 路，饱和时磁路为非线性，计算时不能应用叠加原理。 所以磁路与电路仅是一种数学形式上的相似，而不是物理 本质的类似。
1.5 铁磁材料及其特性
因为 是 的数千倍，所以铁环中 的磁密与磁通是塑料环中的数千倍。
H与B 的关系与区别 ⑴ H 代表励磁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 代表电流产生的以及介质被磁化后产生的总 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
第二讲 电机学基础——磁路基础知识
1.4 与磁路相关的基本物理定律
1.5 铁磁材料及其特性
1.4 与电机磁路相关的基本物理定律
1.4.1与磁路相关的几个重要物理量
1）磁通Φ 直观理解——磁路中所包含磁力线条数。单位：韦 伯（Wb） 2）磁通密度B 磁感应强度。磁力线的疏密。单位：特斯拉（T）。
得
:磁路的磁阻，A/Wb :磁路的磁导，Wb/A
2）分段均匀磁路的欧姆定律
其中 : 铁心部分对应的磁阻 : 气隙部分对应的磁阻 : 铁心中消耗的磁动势 : 气隙中消耗的磁动势
铁磁材料包括铁、镍、钴以及它们的合金（其它材料 称之为非铁磁材料）。将铁磁材料放入磁场后，材料 内的磁场会显著增强。铁磁材料在外磁场中呈现很强 的磁性，此现象称为铁磁材料的磁化。
磁畴
未磁化 磁化后
1.5.1. 铁磁材料具有增磁作用（有很高导磁能力）
右图为同步电机转子线圈电 流产生的磁场很弱（磁力线 稀少）且分布在无限广阔的空 间。
3. 电路中导体的电阻率在一定温度下是不变的，但是磁路 中铁心的磁导率却不是一个常值，而是磁通密度的函数。
4. 对线性电路，计算时可以应用叠加原理，但对于铁心磁 路，饱和时磁路为非线性，计算时不能应用叠加原理。 所以磁路与电路仅是一种数学形式上的相似，而不是物理 本质的类似。
1.5 铁磁材料及其特性
因为 是 的数千倍，所以铁环中 的磁密与磁通是塑料环中的数千倍。
H与B 的关系与区别 ⑴ H 代表励磁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 代表电流产生的以及介质被磁化后产生的总 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
第二讲 电机学基础——磁路基础知识
1.4 与磁路相关的基本物理定律
1.5 铁磁材料及其特性
1.4 与电机磁路相关的基本物理定律
1.4.1与磁路相关的几个重要物理量
1）磁通Φ 直观理解——磁路中所包含磁力线条数。单位：韦 伯（Wb） 2）磁通密度B 磁感应强度。磁力线的疏密。单位：特斯拉（T）。
《电机与拖动基础(第2版)》(习题解答)
电机与拖动基础第一章电机的基本原理 (1)第二章电力拖动系统的动力学基础 (6)第三章直流电机原理 (12)第四章直流电机拖动基础 (14)第五章变压器 (29)第六章交流电机的旋转磁场理论 (43)第七章异步电机原理 (44)第八章同步电机原理 (51)第九章交流电机拖动基础 (61)第十章电力拖动系统电动机的选择 (73)第一章 电机的基本原理1-1 请说明电与磁存在哪些基本关系，并列出其基本物理规律与数学公式。
答：电与磁存在三个基本关系，分别是（1）电磁感应定律：如果在闭合磁路中磁通随时间而变化，那么将在线圈中感应出电动势。
感应电动势的大小与磁通的变化率成正比，即tΦN e d d -= 感应电动势的方向由右手螺旋定则确定，式中的负号表示感应电动势试图阻止闭合磁路中磁通的变化。
（2）导体在磁场中的感应电动势：如果磁场固定不变，而让导体在磁场中运动，这时相对于导体来说，磁场仍是变化的，同样会在导体中产生感应电动势。
这种导体在磁场中运动产生的感应电动势的大小由下式给出Blv e =而感应电动势的方向由右手定则确定。
（3）载流导体在磁场中的电磁力：如果在固定磁场中放置一个通有电流的导体，则会在载流导体上产生一个电磁力。
载流导体受力的大小与导体在磁场中的位置有关，当导体与磁力线方向垂直时，所受的力最大，这时电磁力F 与磁通密度B 、导体长度l以及通电电流i 成正比，即Bli F =电磁力的方向可由左手定则确定。
1-2 通过电路与磁路的比较，总结两者之间哪些物理量具有相似的对应关系（如电阻与磁阻），请列表说明。
答：磁路是指在电工设备中，用磁性材料做成一定形状的铁心，铁心的磁导率比其他物质的磁导率高得多，铁心线圈中的电流所产生的磁通绝大部分将经过铁心闭合，这种人为造成的磁通闭合路径就称为磁路。
而电路是由金属导线和电气或电子部件组成的导电回路，也可以说电路是电流所流经的路径。
磁路与电路之间有许多相似性，两者所遵循的基本定律相似，即KCL：在任一节点处都遵守基尔霍夫第一定律约束；KVL：在任一回路中都遵守基尔霍夫第二定律；另外，磁路与电路都有各自的欧姆定律。
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4. 據考古學家考據，古人發現的磁石是以四氧化三鐵為主要成份 的天然磁體。
磁路的基本概念（定律） 古代磁石的應用
• 「三輔皇圖」：阿房宮…以慈石為門，懷 刃者止之。 •《韓非子‧有度篇》裏就有「先王立司南以 端朝夕」的話。「司南」就是指南的意思， 「端朝夕」就是正四方的意思。 •我國古代的四大發明之一的指南針，就是 利用磁體的指極性製成的。
共8章
电机与电力拖动基础
电
机
电机 能量机械装置 机械能与电能
及
拖
动 基
电机
电动机拖动生产机械运动
础
拖动
起动、调速和制动
电机分类
传统电机是利用电磁感应原理工作的机械。
电机常用的分类方式有两种：一是按功能分，有发电机、 电动机、变压器和控制电机四大类；二是按电机结构或转速分， 有变压器、旋转电机和直线电机。
优点： (1) 清洁 无排放物和温室气体 (2) 效率高 高于90% (3) 成本低 只有火电核电的1/3
缺点： 地点受限、引发生态环境变化
世界20%发电量是 由水电完成
电机应用场合
主要国家水力发电的分布情况
挪威99%发电量是 由水电完成
电机应用场合
风力发电机
优点： (1) 无污染
缺点： (1) 地点受限
e N d dt
磁路的基本概念（定律）
法拉第的其它重要成就
Michael Faraday (法拉第, 1791-1867)
• 1832年，將氯氣液化 • 1824年，發現硼玻璃 • 1832年，提出「化學當量」和「法拉
第定律」 • 1835年，研究「極光」，開啟「電漿
物理學」 • 1836年，提出「介電值」、「電容」 • 1840年，提出「場」的觀念 • 1842年，提出「光的偏振」 • 1848年，提出「磁化學」
(2) 为后续专业基础课和专业课的学习准备必要的基 础知识，提高分析问题、解决问题的能力，也为今后从 事自动化工程技术工作和科学研究奠定初步基础。
主要讲授内容
绪论 第一章 第二章 第三章 第四章 第五章 第六章 第七章 第八章
磁路 电力拖动系统力学 直流电机原理 直流电动机的起动、调速和制动 变压器 交流电机的绕组、电动势和磁通势 三相异步电动机原理 三相异步电动机的起动、调速和制动 电动机的选择
磁路的基本概念（定律）
安培环路定律（全电流律）
磁场中任何闭合回路磁场强度的线积分,等 于通过这个闭合路径内电流的代数和.
Hdl I
I2 I1
电流方向和磁场强度的方向 符合右手定则，电流取正； 否则取负。
I3
H
磁路的基本概念（定律）
在无分支的均匀磁路（磁路的材料和截面积相同， 各处的磁场强度相等）中，安培环路定律可写成：
HL IN
上式中，H——磁场强度，A/m； L——各段磁路的长度，m； N——线积分线路所包围的导体数； I——每根导体所流过的电流，A。
磁路的基本概念（定律）
磁路和电路的比较（一）
磁I
路
N
磁动势 磁通 磁压降
F IN Φ HL
I
电
+
电动势 电流 电压降
路
E UR
_
E
I
U
磁路的基本概念（定律）
这说明磁场通过任意闭合面的磁通量为零， 称之为磁通连续性原理，或称磁场中的高斯定律 (Gauss’s Law for the Magnetic field )。
磁通连续性原理
磁路的基本概念（定律）
磁路基尔霍夫第二定律
根据麦克斯韦方程（式（5））可得出： 在闭合的磁路中，各段磁压降的代数和等于 闭合磁路中磁动势(mmf)的代数和，即有
电机应用场合
由于电能易于转换、传输、分配和控制，现代 能源的主要形式是电能，所以，与电能密切关联的 电机广泛应用于社会生产各个部门和社会生活各个 方面。
普通电机的主要任务是能量转换，主要问题是 如何提高能量转换的效率。
另一类广泛应用于各种自动控制系统中的控制电 机，其主要任务是完成控制信号的传递和转换，而能 量转换是次要的，控制电机应具有高可靠性、高精度 和快速响应等性能。
在磁路(magnetic circuit)中根据磁通的连续性 可得：穿入任一闭合面的磁通必等于穿出该闭合面 的磁通，即磁路中通过任何闭合面上的磁通的代数 和等于零，则有
0
上式中一般将穿出闭合面的磁通取正号，穿入闭合面的磁通取负号。
磁路的基本概念（定律）
B 0
散度定理
V BdV
sB dS 0
2. 在春秋戰國的著作中，便屢屢記載到磁體的吸鐵性質了。如西 元前三世紀的《呂氏春秋》上的「磁石召鐵」，時代相隔不遠 的《鬼谷子》上的「磁石之取針」等都是。這個時候大概已經 比較普遍地認識到磁性了，並且把它比作為慈愛的母親對子女 的吸引。
3. 東漢的高誘在註釋《呂氏春秋》時說：石是鐵的母親，但石又 有慈和不慈的，慈愛的石，能吸引它的子女(鐵)，不慈的石則 不能吸引。所以漢以前都把磁石寫成「慈石」，就是「慈愛的 石頭的意思。
永磁式电磁仪表
磁路的基本概念（定律）
磁感应强度
与磁场方向相垂直的单位面积上通过的磁通（磁 力线）
B S
B 的单位：特斯拉（Tesla）
1 Tesla = 104 高斯
单位：韦伯
磁路的基本概念（定律）
磁导率
磁导率 ：表征各种材料导磁能力的物理量
真空中的磁导率( 0 )为常数
0 4 107 （亨/米）
电机拖动系统是用电动机来拖动机械运行的系统。包括： 电动机、传动机构、生产机械、控制设备和电源五个部分。
它们之间的关系如下
电源
控制设备
电动机
传动机构
生产负载
电机拖动
交流电源 输入
直流 调速 装置
直流输出 直流 电机
中间传动机构
终端机械
变频 器
交流 调速 装置
交流输出
交流 电机
皮带轮、齿轮箱等
执行机构
一般材料的磁导率 和真空中的磁导率之比，
称为这种材料的相对磁导率 r
r
0
r 1 ，则称为磁性材料
r 1 ，则称为非磁性材料
磁路的基本概念（定律）
磁场强度 H
磁场强度是计算磁场所用的物理量，其大小为磁 感应强度和导磁率之比。
HB
单位：
B ：特斯拉
：亨/米
H ：安/米
磁路的基本概念（定律）
北宋沈括的《夢溪筆談》中十分明確地記載說，磁針能夠 指南，但「常微偏東，不全南也」。
在歐洲，到了十三世紀才發現磁針指向並非正南北方，但 當時他們多誤解為磁針裝置工藝上的缺點。到了一四九二年， 哥倫布橫渡大西洋，才真正發現了磁偏角，較我國遲了四百多 年！
磁路的基本概念（定律）
i
u1
s
线圈
线圈通入电流后，产
电磁感应定律
一匝数（turn）为N的线圈(winding)，在 变化的磁场中产生的感应电动势e (induce electromotive force)的大小与线圈匝数N和 线圈所交链的磁通（the magntic flux）对时间的变 化率dF/dt成正比，当感应电动势正方向与产生他的 磁通正方向符合右手螺旋定则时，则有
两种方法归纳如下：
电机
变压器 直流电机
交流电机
控制电机 直线电机
直流发电机
直流电动机 同步电机
同步发电机 同步电动机
异步电机
异步发电机 异步电动机
电机与电力拖动基础
电机与电力拖动基础
电机与电力拖动基础
上海磁浮车（德国TR08）
直线伺服电机的工作台
车辆主动悬架
剃须刀
电机拖动
定义 以交流（直流）电动机为动力拖动各种生产机械的系统我们称 之为交流（直流） 电气传动系统，也称交流（直流）电气拖动系统
NI HL
NI：称为磁动势。一般
用 F 表示。 F=NI
HL：称为磁压降。
线圈 匝数N
I
磁路 长度L
磁路的基本概念（定律）
在非均匀磁路（磁路的材料或截面积不同，或磁场
强度不等）中，总磁动势等于各段磁压降之和。
NI HL
总磁动势
I
例：
N
l0
NI HI H0l0
l
磁路的基本概念（定律）
Andre Marie Ampere (安培, 1775 - 1836 )
电机与电力拖动基础
电机与电力拖动基础
绪论
教学目的、主要讲授内容 电机分类 电机拖动 电机应用场合 磁路
教学目的
教学目的
本课程是自动化、电气工程以及机电一体化等专 业的主要专业基础课之一，是电机学和电机拖动基础 两门课程的有机结合。主要教学目的如下：
(1) 通过本课程的学习，使学生掌握常用交、直流电 机及变压器的基本结构、工作原理、运行性能和实验方 法；掌握电动机的特性分析的方法。
电机应用场合
发电
由同步发电机完成，水轮机和汽 轮机；
电压变换
升压：由升压变压器将发电机发出的电压升高 到输电电压再输送；
降压——由降压变压器将输来的高压电降为所需 低电压，供给用电设备；
电压变换——变压器；
生产机械（负载）的拖动
信号转换 由各种控制电机完成。
电机应用场合
水力发电基于水从 高处流向低处时，将势 能转化动能驱动水轮机， 最后转化为电能。
NI HL B L L S
I
N
S L
令：
Rm
l
s
Rm 称为磁阻
则： F NI L ຫໍສະໝຸດ Rmφ S磁路中的 欧姆定律
注：由于磁性材料磁导率是非线性的，磁路欧 姆定律多用作定性 分析，不做定量计算。
磁路的基本概念（定律）
磁路的基本概念（定律） 古代磁石的應用
• 「三輔皇圖」：阿房宮…以慈石為門，懷 刃者止之。 •《韓非子‧有度篇》裏就有「先王立司南以 端朝夕」的話。「司南」就是指南的意思， 「端朝夕」就是正四方的意思。 •我國古代的四大發明之一的指南針，就是 利用磁體的指極性製成的。
共8章
电机与电力拖动基础
电
机
电机 能量机械装置 机械能与电能
及
拖
动 基
电机
电动机拖动生产机械运动
础
拖动
起动、调速和制动
电机分类
传统电机是利用电磁感应原理工作的机械。
电机常用的分类方式有两种：一是按功能分，有发电机、 电动机、变压器和控制电机四大类；二是按电机结构或转速分， 有变压器、旋转电机和直线电机。
优点： (1) 清洁 无排放物和温室气体 (2) 效率高 高于90% (3) 成本低 只有火电核电的1/3
缺点： 地点受限、引发生态环境变化
世界20%发电量是 由水电完成
电机应用场合
主要国家水力发电的分布情况
挪威99%发电量是 由水电完成
电机应用场合
风力发电机
优点： (1) 无污染
缺点： (1) 地点受限
e N d dt
磁路的基本概念（定律）
法拉第的其它重要成就
Michael Faraday (法拉第, 1791-1867)
• 1832年，將氯氣液化 • 1824年，發現硼玻璃 • 1832年，提出「化學當量」和「法拉
第定律」 • 1835年，研究「極光」，開啟「電漿
物理學」 • 1836年，提出「介電值」、「電容」 • 1840年，提出「場」的觀念 • 1842年，提出「光的偏振」 • 1848年，提出「磁化學」
(2) 为后续专业基础课和专业课的学习准备必要的基 础知识，提高分析问题、解决问题的能力，也为今后从 事自动化工程技术工作和科学研究奠定初步基础。
主要讲授内容
绪论 第一章 第二章 第三章 第四章 第五章 第六章 第七章 第八章
磁路 电力拖动系统力学 直流电机原理 直流电动机的起动、调速和制动 变压器 交流电机的绕组、电动势和磁通势 三相异步电动机原理 三相异步电动机的起动、调速和制动 电动机的选择
磁路的基本概念（定律）
安培环路定律（全电流律）
磁场中任何闭合回路磁场强度的线积分,等 于通过这个闭合路径内电流的代数和.
Hdl I
I2 I1
电流方向和磁场强度的方向 符合右手定则，电流取正； 否则取负。
I3
H
磁路的基本概念（定律）
在无分支的均匀磁路（磁路的材料和截面积相同， 各处的磁场强度相等）中，安培环路定律可写成：
HL IN
上式中，H——磁场强度，A/m； L——各段磁路的长度，m； N——线积分线路所包围的导体数； I——每根导体所流过的电流，A。
磁路的基本概念（定律）
磁路和电路的比较（一）
磁I
路
N
磁动势 磁通 磁压降
F IN Φ HL
I
电
+
电动势 电流 电压降
路
E UR
_
E
I
U
磁路的基本概念（定律）
这说明磁场通过任意闭合面的磁通量为零， 称之为磁通连续性原理，或称磁场中的高斯定律 (Gauss’s Law for the Magnetic field )。
磁通连续性原理
磁路的基本概念（定律）
磁路基尔霍夫第二定律
根据麦克斯韦方程（式（5））可得出： 在闭合的磁路中，各段磁压降的代数和等于 闭合磁路中磁动势(mmf)的代数和，即有
电机应用场合
由于电能易于转换、传输、分配和控制，现代 能源的主要形式是电能，所以，与电能密切关联的 电机广泛应用于社会生产各个部门和社会生活各个 方面。
普通电机的主要任务是能量转换，主要问题是 如何提高能量转换的效率。
另一类广泛应用于各种自动控制系统中的控制电 机，其主要任务是完成控制信号的传递和转换，而能 量转换是次要的，控制电机应具有高可靠性、高精度 和快速响应等性能。
在磁路(magnetic circuit)中根据磁通的连续性 可得：穿入任一闭合面的磁通必等于穿出该闭合面 的磁通，即磁路中通过任何闭合面上的磁通的代数 和等于零，则有
0
上式中一般将穿出闭合面的磁通取正号，穿入闭合面的磁通取负号。
磁路的基本概念（定律）
B 0
散度定理
V BdV
sB dS 0
2. 在春秋戰國的著作中，便屢屢記載到磁體的吸鐵性質了。如西 元前三世紀的《呂氏春秋》上的「磁石召鐵」，時代相隔不遠 的《鬼谷子》上的「磁石之取針」等都是。這個時候大概已經 比較普遍地認識到磁性了，並且把它比作為慈愛的母親對子女 的吸引。
3. 東漢的高誘在註釋《呂氏春秋》時說：石是鐵的母親，但石又 有慈和不慈的，慈愛的石，能吸引它的子女(鐵)，不慈的石則 不能吸引。所以漢以前都把磁石寫成「慈石」，就是「慈愛的 石頭的意思。
永磁式电磁仪表
磁路的基本概念（定律）
磁感应强度
与磁场方向相垂直的单位面积上通过的磁通（磁 力线）
B S
B 的单位：特斯拉（Tesla）
1 Tesla = 104 高斯
单位：韦伯
磁路的基本概念（定律）
磁导率
磁导率 ：表征各种材料导磁能力的物理量
真空中的磁导率( 0 )为常数
0 4 107 （亨/米）
电机拖动系统是用电动机来拖动机械运行的系统。包括： 电动机、传动机构、生产机械、控制设备和电源五个部分。
它们之间的关系如下
电源
控制设备
电动机
传动机构
生产负载
电机拖动
交流电源 输入
直流 调速 装置
直流输出 直流 电机
中间传动机构
终端机械
变频 器
交流 调速 装置
交流输出
交流 电机
皮带轮、齿轮箱等
执行机构
一般材料的磁导率 和真空中的磁导率之比，
称为这种材料的相对磁导率 r
r
0
r 1 ，则称为磁性材料
r 1 ，则称为非磁性材料
磁路的基本概念（定律）
磁场强度 H
磁场强度是计算磁场所用的物理量，其大小为磁 感应强度和导磁率之比。
HB
单位：
B ：特斯拉
：亨/米
H ：安/米
磁路的基本概念（定律）
北宋沈括的《夢溪筆談》中十分明確地記載說，磁針能夠 指南，但「常微偏東，不全南也」。
在歐洲，到了十三世紀才發現磁針指向並非正南北方，但 當時他們多誤解為磁針裝置工藝上的缺點。到了一四九二年， 哥倫布橫渡大西洋，才真正發現了磁偏角，較我國遲了四百多 年！
磁路的基本概念（定律）
i
u1
s
线圈
线圈通入电流后，产
电磁感应定律
一匝数（turn）为N的线圈(winding)，在 变化的磁场中产生的感应电动势e (induce electromotive force)的大小与线圈匝数N和 线圈所交链的磁通（the magntic flux）对时间的变 化率dF/dt成正比，当感应电动势正方向与产生他的 磁通正方向符合右手螺旋定则时，则有
两种方法归纳如下：
电机
变压器 直流电机
交流电机
控制电机 直线电机
直流发电机
直流电动机 同步电机
同步发电机 同步电动机
异步电机
异步发电机 异步电动机
电机与电力拖动基础
电机与电力拖动基础
电机与电力拖动基础
上海磁浮车（德国TR08）
直线伺服电机的工作台
车辆主动悬架
剃须刀
电机拖动
定义 以交流（直流）电动机为动力拖动各种生产机械的系统我们称 之为交流（直流） 电气传动系统，也称交流（直流）电气拖动系统
NI HL
NI：称为磁动势。一般
用 F 表示。 F=NI
HL：称为磁压降。
线圈 匝数N
I
磁路 长度L
磁路的基本概念（定律）
在非均匀磁路（磁路的材料或截面积不同，或磁场
强度不等）中，总磁动势等于各段磁压降之和。
NI HL
总磁动势
I
例：
N
l0
NI HI H0l0
l
磁路的基本概念（定律）
Andre Marie Ampere (安培, 1775 - 1836 )
电机与电力拖动基础
电机与电力拖动基础
绪论
教学目的、主要讲授内容 电机分类 电机拖动 电机应用场合 磁路
教学目的
教学目的
本课程是自动化、电气工程以及机电一体化等专 业的主要专业基础课之一，是电机学和电机拖动基础 两门课程的有机结合。主要教学目的如下：
(1) 通过本课程的学习，使学生掌握常用交、直流电 机及变压器的基本结构、工作原理、运行性能和实验方 法；掌握电动机的特性分析的方法。
电机应用场合
发电
由同步发电机完成，水轮机和汽 轮机；
电压变换
升压：由升压变压器将发电机发出的电压升高 到输电电压再输送；
降压——由降压变压器将输来的高压电降为所需 低电压，供给用电设备；
电压变换——变压器；
生产机械（负载）的拖动
信号转换 由各种控制电机完成。
电机应用场合
水力发电基于水从 高处流向低处时，将势 能转化动能驱动水轮机， 最后转化为电能。
NI HL B L L S
I
N
S L
令：
Rm
l
s
Rm 称为磁阻
则： F NI L ຫໍສະໝຸດ Rmφ S磁路中的 欧姆定律
注：由于磁性材料磁导率是非线性的，磁路欧 姆定律多用作定性 分析，不做定量计算。
磁路的基本概念（定律）