電機及拖動--第1章磁路

1、LFChun 制作 大連理工大學電氣工程系1.1 磁場的基本物理量磁場的基本物理量1.2 物質(zhì)的磁性能物質(zhì)的磁性能1.3 磁路的基本定律磁路的基本定律1.4 鐵心線圈電路鐵心線圈電路1.1 磁場的基本物理量磁場的基本物理量1.2 物質(zhì)的磁性能物質(zhì)的磁性能1.3 磁路的基本定律磁路的基本定律1.4 鐵心線圈電路鐵心線圈電路返回主頁返回主頁電機與拖動電機與拖動大連理工大學電氣工程系1.1 磁場的基本物理量磁場的基本物理量電流的磁場電流的磁場第第 1 章章 磁磁 路路直導線電流的磁場直導線電流的磁場線圈線圈 電流的磁場電流的磁場右手螺旋右手螺旋定定 則則大拇指方向表示導線電流方向大拇指方向表示導線電

2、流方向四指回轉(zhuǎn)方向表示磁感線方向四指回轉(zhuǎn)方向表示磁感線方向四指回轉(zhuǎn)方向表示線圈電流方向四指回轉(zhuǎn)方向表示線圈電流方向大拇指方向表示線圈內(nèi)部磁感線方向大拇指方向表示線圈內(nèi)部磁感線方向ii大連理工大學電氣工程系1. 磁通磁通 單位：單位：Wb2. 磁感應強度磁感應強度 B 單位：單位：T 在均勻磁場中：在均勻磁場中：B = A Wb/m2 3. 磁場強度磁場強度 H 單位：單位：A/m1.1 磁場的基本物理量磁場的基本物理量 磁通密度磁通密度大連理工大學電氣工程系0 = 4107 H / m BH = H 與與 B 的區(qū)別的區(qū)別 H I，與介質(zhì)的性質(zhì)無關(guān)。，與介質(zhì)的性質(zhì)無關(guān)。 B 與電流的大小和介質(zhì)

3、的性質(zhì)均有關(guān)。與電流的大小和介質(zhì)的性質(zhì)均有關(guān)。4. 磁導率磁導率 單位：單位：H / m真空中的磁導率真空中的磁導率:1.1 磁場的基本物理量磁場的基本物理量大連理工大學電氣工程系1.2 物質(zhì)的磁性能物質(zhì)的磁性能 按磁導率分類：非磁性物質(zhì)、磁性物質(zhì)。按磁導率分類：非磁性物質(zhì)、磁性物質(zhì)。一一、非磁性物質(zhì)、非磁性物質(zhì) 0 1. 順磁物質(zhì)（如空氣）：順磁物質(zhì)（如空氣）： 略大于略大于 0 。2. 反磁物質(zhì)（如銅）：反磁物質(zhì)（如銅）： 略小于略小于 0 。二二、 磁性物質(zhì)磁性物質(zhì)1. 高導磁性高導磁性 第第 1 章章 磁磁 路路 鑄鋼：鑄鋼： 1 000 0 硅鋼片：硅鋼片： ( 6 000 7 00

4、0) 0 坡莫合金：坡莫合金： 比比 0 大幾萬倍。大幾萬倍。 0 大連理工大學電氣工程系 磁性物質(zhì)內(nèi)部存在著很多很小的磁性物質(zhì)內(nèi)部存在著很多很小的“磁疇磁疇”。磁疇（磁化前）磁疇（磁化前）磁疇（磁化后）磁疇（磁化后） 磁性物質(zhì)的高導磁性被廣泛應用于變壓器磁性物質(zhì)的高導磁性被廣泛應用于變壓器 和電機中。和電機中。1.2 物質(zhì)的磁性能物質(zhì)的磁性能大連理工大學電氣工程系起始磁化曲線起始磁化曲線BHO2. 磁飽和性磁飽和性 常數(shù)常數(shù) 磁化曲線（磁化曲線（BH曲線）曲線）abcdB = f (H)B = 0H1.2 物質(zhì)的磁性能物質(zhì)的磁性能大連理工大學電氣工程系3. 磁滯性磁滯性B的變化總是滯后于的變

5、化總是滯后于H的變化的變化BHOHm Bm 剩磁剩磁 Hm 矯頑磁力矯頑磁力 Br Hc BmHcBr磁滯回線磁滯回線BHO基本磁化曲線基本磁化曲線1.2 物質(zhì)的磁性能物質(zhì)的磁性能大連理工大學電氣工程系常用磁性材料的基本磁化曲線常用磁性材料的基本磁化曲線 1.2 物質(zhì)的磁性能物質(zhì)的磁性能大連理工大學電氣工程系(1) 硬磁物質(zhì)硬磁物質(zhì) BH 曲線寬，曲線寬，Br 大、大、Hc 大。大。 用于制造永磁鐵。用于制造永磁鐵。(2) 軟磁物質(zhì)軟磁物質(zhì) BH 曲線窄，曲線窄， Br 小、小、Hc 小。小。 用于制造變壓器、電機和電器等的鐵心。用于制造變壓器、電機和電器等的鐵心。(3) 矩磁物質(zhì)矩磁物質(zhì) B

6、H 曲線形狀接近矩形，曲線形狀接近矩形， Br 大、大、Hc 小。小。 用于計算機中，作記憶單元。用于計算機中，作記憶單元。 按磁滯回線的不同，磁性物質(zhì)可分為按磁滯回線的不同，磁性物質(zhì)可分為 1.2 物質(zhì)的磁性能物質(zhì)的磁性能大連理工大學電氣工程系1.3 磁路的基本定律磁路的基本定律u 主磁通主磁通漏磁通漏磁通磁磁路路i第第 1 章章 磁磁 路路大連理工大學電氣工程系一、一、 磁路歐姆定律磁路歐姆定律c Ac lc0A0l0+ui全電流定律全電流定律:Bc = AcHc = Bc c HH dl l = I 鐵心中：鐵心中：氣隙中：氣隙中：左邊左邊= = HH d =H dl = Hc lcH

7、0 l01.3 磁路的基本定律磁路的基本定律= c Ac B0 = A0Hc = B0 0 = 0 A0 1.恒定磁通的磁路歐姆定律恒定磁通的磁路歐姆定律大連理工大學電氣工程系磁阻磁阻:= (RmcRm0) = Rm Rm = Rmc+ Rm0lc c Ac= ()l0 0 A0lc c Ac=l0 0 A0右邊右邊 = I = NI = F 因此因此 Rm = F = FRm 磁路歐姆定律磁路歐姆定律 1.3 磁路的基本定律磁路的基本定律 N I 一定時，一定時， 因因 Rm0 的存在，使的存在，使 大大減小；大大減小； 若要保持若要保持 一定，則需增大磁通勢一定，則需增大磁通勢 F。 由于

8、由于 c 0 ，因此因此 Rm0 Rmc 。 （磁通勢）（磁通勢）大連理工大學電氣工程系2. 交變磁通的磁路歐姆定律交變磁通的磁路歐姆定律 磁路歐姆定律：磁路歐姆定律： 磁通勢幅值：磁通勢幅值： 磁阻抗：磁阻抗： 其中：磁阻其中：磁阻磁抗磁抗mmmZFNINIF2mmmmmjXRZmRmX1.3 磁路的基本定律磁路的基本定律大連理工大學電氣工程系二、磁路基爾霍夫定律二、磁路基爾霍夫定律1.磁路基爾霍夫第一定律磁路基爾霍夫第一定律閉合面閉合面i1i2123l1 l3 l2312 = 0 任一閉合面：任一閉合面： = 02. 磁路基爾霍夫第二定律磁路基爾霍夫第二定律 F1F2 =HH d = H

9、d = H1l1H2 l2 磁位差磁位差Um Um = Hl Um = F 1.3 磁路的基本定律磁路的基本定律大連理工大學電氣工程系 【例例 1.3.1】 圖示磁路是由兩塊鑄鋼鐵心及它們之圖示磁路是由兩塊鑄鋼鐵心及它們之間的一段空氣隙構(gòu)成。各部分尺寸為：間的一段空氣隙構(gòu)成。各部分尺寸為：l0/2 = 0.5 cm ， l1 = 30 cm ，l2 = 12 cm ，A0 = A1 = 10 cm2 ， A2 = 8 cm2 。線圈中的電流為直流電流。今要求在空氣隙處的磁感應線圈中的電流為直流電流。今要求在空氣隙處的磁感應強度達到強度達到 B0 = 1 T，問需要多大的磁通勢？，問需要多大的磁

10、通勢？A1A2l1l2l0/2I I 解：解：(1) 磁路中的磁通磁路中的磁通 = B0A0 = 10.001 Wb = 0.001 Wb(2) 各段磁路的磁感應強度各段磁路的磁感應強度 B0 = 1 TB1 = = T = 1 T A10.0010.0011.3 磁路的基本定律磁路的基本定律大連理工大學電氣工程系B2 = = T = 1.25 T A20.001 0.000 8 A1A2l1l2l0/2I I(3) 各段磁路的磁場強度各段磁路的磁場強度由磁化曲線查得：由磁化曲線查得： H1 = 9.2 A/cm H2 = 14 A/cmH0 = = A/m B0 01 4 107 = 796

11、 000 A/m = 7 960 A/cm1.3 磁路的基本定律磁路的基本定律大連理工大學電氣工程系A(chǔ)1A2l1l2l0/2I I(4) 各段磁路的磁位差各段磁路的磁位差 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) 磁通勢磁通勢 F = Um0Um2Um2 = ( 7 960276168 ) A = 8 404 A1.3 磁路的基本定律磁路的基本定律大連理工大學電氣工程系 【例例 1.3.2】 圖示磁路由硅鋼制成。磁通勢圖示磁路由硅鋼制成。磁通勢 F

12、1 = N1 I1 = F2 = N2 I2 ，線圈的繞向及各量的方向如圖所示。，線圈的繞向及各量的方向如圖所示。磁路左右對稱，具體尺寸為：磁路左右對稱，具體尺寸為： A1 = A2 = 8 cm2 ，l1 = l2 = 30 cm，A3 = 20 cm2，l3 = 10 cm。若已知。若已知 3 = 0.002 Wb，問兩個線圈的磁通勢各是多少？問兩個線圈的磁通勢各是多少？I23N2I1N112 解：解：由磁路基爾霍夫由磁路基爾霍夫定律可得定律可得 3 2 1 = 0 Um1Um3 = F1 Um2Um3 = F2已知：已知： F1 = F2 ，l1 = l2 可得：可得： Um1 = Um

13、2l2l3N1l1N2A1 A2 A31.3 磁路的基本定律磁路的基本定律大連理工大學電氣工程系即即 H1 l1 = H2 l2 H1 = H2因此因此 B1 = B2 1 = 2 由于由于 1 = 2 = 3 20.0022= Wb = 0.001 Wb 所以所以B1 = = T = 1.25 T 1A10.0018104A1A2A3l2l3N1l1N2I23N2I1N112A1 A3A2 1.3 磁路的基本定律磁路的基本定律大連理工大學電氣工程系B3 = = T = 1 T 3A30.002 20104 由磁化曲線查得：由磁化曲線查得： H1 = 6.5 A/m H3 = 3 A/m最后求

14、得最后求得 F1 = F2 = Um1Um3 = H1l1H3l3 = (6.530310) A = 225 A1.3 磁路的基本定律磁路的基本定律大連理工大學電氣工程系1.4 鐵心線圈電路鐵心線圈電路一、一、 直流直流鐵心線圈電路鐵心線圈電路 勵磁勵磁 UUI I N I URI = 線圈的功率：線圈的功率： P = R I2 電壓與電流的關(guān)系電壓與電流的關(guān)系: :第第 1 章章 磁磁 路路大連理工大學電氣工程系二、二、 交流交流鐵心線圈電路鐵心線圈電路1. 電磁關(guān)系電磁關(guān)系勵磁：勵磁：u i N i e e d dt=N didt=L d dt=N u = Riee 的磁路為非線性磁路。的

15、磁路為非線性磁路。 設設 = m sint則則 e =N m cost = Em sin( t 90)1.4 鐵心線圈電路鐵心線圈電路ui e e + +大連理工大學電氣工程系E = 4.44 f Nm 的磁路為線性磁路。的磁路為線性磁路。 漏電感：漏電感：N iL = 漏電抗：漏電抗： X = L = 2 f L E =j4.44 f Nm 漏磁電動勢：漏磁電動勢： E =j XIu = uRee U = UREE =Ej L IRI =E + ( Rj L ) I =E + Z I 漏阻抗漏阻抗1.4 鐵心線圈電路鐵心線圈電路ui e e + +大連理工大學電氣工程系U =E 忽略漏阻抗，

16、有忽略漏阻抗，有 U 4.44 f N m = 則則 當當 U 、f 一定時，一定時， m 基本不變?；静蛔?。 2. 功率關(guān)系功率關(guān)系 有功功率有功功率: P = UI cos = PCu + PFe 銅損耗銅損耗 鐵損耗鐵損耗 = RI2 + ( Ph + Pe ) 磁滯損耗磁滯損耗 渦流損耗渦流損耗 1.4 鐵心線圈電路鐵心線圈電路大連理工大學電氣工程系(1) 磁滯損耗磁滯損耗 Ph (2) 渦流損耗渦流損耗 Pe 銅損耗使線圈發(fā)熱，銅損耗使線圈發(fā)熱， 鐵損耗使鐵心發(fā)熱。鐵損耗使鐵心發(fā)熱。 減小鐵損耗的方法：減小鐵損耗的方法： 使用軟磁材料減小使用軟磁材料減小Ph 。 增大鐵心的電阻率，

17、增大鐵心的電阻率， 減小渦流及其損耗減小渦流及其損耗 。用很薄的硅鋼片疊成鐵心，用很薄的硅鋼片疊成鐵心， 減小渦流及其損耗減小渦流及其損耗 。渦流損耗渦流損耗 (a) (b) 1.4 鐵心線圈電路鐵心線圈電路0.35mm0.30mm0.27mm0.22mm大連理工大學電氣工程系Ph = V f H dB 磁滯損耗系數(shù)磁滯損耗系數(shù)磁場交變的頻率磁場交變的頻率磁感應強度最大值磁感應強度最大值 鐵心的體積鐵心的體積磁滯回線的面積磁滯回線的面積 電工鋼片電工鋼片: = 1.6 2.3 渦流損耗渦流損耗 Pe 鐵損耗鐵損耗 PFe 磁滯損耗磁滯損耗 Ph 渦流損耗系數(shù)渦流損耗系數(shù)材料的厚度材料的厚度PF

18、e = PhPe 鐵損耗系數(shù)鐵損耗系數(shù)鐵心的質(zhì)量鐵心的質(zhì)量1.4 鐵心線圈電路鐵心線圈電路一般：一般： Bm = 1 1.8 T Pe = Ke d 2 f 2 Bm V 2= Kh f Bm V = (Kh f BmKed 2 f 2 Bm )V 22PFeKFe f Bm m ( 頻率系數(shù)頻率系數(shù)= 1.2 1.6 ) 大連理工大學電氣工程系 鐵損耗的工程計算法鐵損耗的工程計算法 OB/T P/Wkg 磁性材料的損耗曲線磁性材料的損耗曲線 f3 f2 f1 f1f2f3 1.4 鐵心線圈電路鐵心線圈電路大連理工大學電氣工程系3. 等效電路等效電路1.4 鐵心線圈電路鐵心線圈電路勵磁電抗：勵磁電抗：勵磁電阻：勵磁電阻：勵磁阻抗：勵磁阻抗：mm44.j444.j4ZFfNfNEmmj244.j4XRINfNIXRRXRX