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第1章 導(dǎo)論電機(jī)中的基本電磁定律電機(jī)的基本概念電機(jī)的分類電機(jī)中使用的材料鐵磁材料特性鐵磁材料的磁導(dǎo)率磁化曲線磁滯與磁滯損耗渦流與渦流損耗鐵耗全電流定律電磁感應(yīng)定律電磁力定律磁路基本定律及其計(jì)算方法磁路基本定律磁路計(jì)算方法自感和互感概述1.1

概述一、電機(jī)的基本概念電機(jī)是依據(jù)電磁感應(yīng)定律和電磁力定律，由電路和磁路構(gòu)成的能實(shí)現(xiàn)機(jī)電能量轉(zhuǎn)換或信號(hào)傳遞與轉(zhuǎn)換的裝置。e=

Bl

vf=

B

li機(jī)械能電

能電路磁路Y.Q.Xiong2006-3《電機(jī)學(xué)》第1章導(dǎo)論3二、電機(jī)的分類按運(yùn)動(dòng)方式分類電機(jī)按功能分類電機(jī)Y.Q.Xiong2006-3《電機(jī)學(xué)》第1章導(dǎo)論4三、電機(jī)中使用的材料Y.Q.Xiong2006-3《電機(jī)學(xué)》第1章導(dǎo)論5①導(dǎo)電材料：銅線。構(gòu)成電路。②導(dǎo)磁材料：硅鋼片。構(gòu)成磁路。③結(jié)構(gòu)材料：鑄鐵、鑄鋼和鋼板。承受力。④絕緣材料：聚酯漆、環(huán)氧樹脂、玻璃絲帶等。用于導(dǎo)體之間和各類構(gòu)件之間的絕緣處理。電機(jī)常用絕緣材料按性能劃分為A、E、B、F、

H、C等6個(gè)等級(jí)。如B級(jí)絕緣材料可在130℃下長期使用，超過130℃則很快老化，但H級(jí)絕緣材料允許在180℃下長期使用。1.2

鐵磁材料特性Y.Q.Xiong2006-3《電機(jī)學(xué)》第1章導(dǎo)論6H/m

為常數(shù)一、鐵磁材料的磁導(dǎo)率磁導(dǎo)率的定義

=B/H非鐵磁材料的磁導(dǎo)率

≈

0

=4π×10-7鐵磁材料的磁導(dǎo)率

Fe①

Fe>>μ0②

Fe為非常數(shù)，隨B的變化而變化③存在磁飽和現(xiàn)象：當(dāng)鐵磁材料中的B達(dá)到一定的程度后，隨著H的增加，B的增加逐漸變慢，因此

Fe隨著H的增加而減小。二、磁化曲線在外磁場(chǎng)H作用下，磁感應(yīng)強(qiáng)度B將發(fā)生變化，二者之間的關(guān)系曲線稱為磁化曲線，記為B=f(H)。Y.Q.Xiong2006-3《電機(jī)學(xué)》第1章導(dǎo)論7三、磁滯與磁滯損耗磁滯概念剩磁矯頑力磁滯回線不同鐵磁材料有不同的磁滯回線，且同一鐵磁材料，Bm愈大，磁滯回線所包圍的面積也愈大。Y.Q.Xiong2006-3《電機(jī)學(xué)》第1章導(dǎo)論8軟磁材料：磁滯回線很窄。硅鋼片、鑄鐵、鑄鋼等等。硬磁材料：磁滯回線很寬，或叫永磁材料。鐵氧體、稀土鈷、釹鐵硼等?；敬呕€Y.Q.Xiong2006-3《電機(jī)學(xué)》第1章導(dǎo)論9磁滯損耗：鐵磁材料在交變磁場(chǎng)作用下的反復(fù)磁化過程中，磁疇會(huì)不停轉(zhuǎn)動(dòng)，相互之間會(huì)不斷摩擦，因而就要消耗一定的能量，產(chǎn)生功率損耗。這種損耗稱為磁滯損耗。磁滯損耗的大小與磁滯回線的面積、電流頻率f和鐵心體積V

成正比。由于硅鋼片的磁滯回線面積很小，而且導(dǎo)磁性能好。因此，大多數(shù)電壓器或普通電器的鐵心都采用硅鋼片制成。Y.Q.Xiong2006-3《電機(jī)學(xué)》第1章導(dǎo)論10四、渦流與渦流損耗渦流：鐵磁材料在交變磁場(chǎng)將有圍繞磁通呈渦旋狀的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)和電生，簡(jiǎn)稱渦流。渦流損耗：渦流在其流通路徑上的等效電阻中產(chǎn)生的I2R損耗稱為渦流損耗。渦流損耗與磁場(chǎng)交變頻率f、厚度d和最大磁感應(yīng)強(qiáng)度Bm的平方成正比，與材料的電阻率成反比。要減少渦流損耗，首先應(yīng)減小厚度，其次是增加渦流回路中的電阻。電工鋼片中加入適量的硅，制成硅鋼片，顯著提高電阻率。Y.Q.Xiong2006-3《電機(jī)學(xué)》第1章導(dǎo)論11五、鐵耗Y.Q.Xiong2006-3《電機(jī)學(xué)》第1章導(dǎo)論12鐵耗：鐵磁材料在交變磁場(chǎng)作用時(shí)，磁滯損耗和渦流損耗是同時(shí)發(fā)生的。因此，在電機(jī)和變壓器的計(jì)算中，當(dāng)鐵心內(nèi)的磁場(chǎng)為交變磁場(chǎng)時(shí)，常將磁滯損耗和渦流損耗合在一起來計(jì)算，并統(tǒng)稱為鐵心損耗，簡(jiǎn)稱鐵耗。m鐵耗

pFe∝

fβB

2。其中1＜β＜2，β與材料性質(zhì)有關(guān)。1.3

電機(jī)中的基本電磁定律一、全電流定律全電流定律（安培環(huán)路定律）：磁場(chǎng)強(qiáng)度沿任意的閉合路徑的線積分等于閉合路徑包圍的導(dǎo)體電流的代數(shù)和。電流是產(chǎn)生磁場(chǎng)的源。31

2lH

dl

I

I

Il

Η

dl

Y.Q.Xiong2006-3《電機(jī)學(xué)》第1章導(dǎo)論13二、電磁感應(yīng)定律只要與線圈交鏈的磁鏈

Ψ發(fā)生了變化，線圈內(nèi)就會(huì)感應(yīng)出電動(dòng)勢(shì)。感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)傾向于圈內(nèi)產(chǎn)生電流，以

Ψ的變化。當(dāng)電動(dòng)勢(shì)的正方向與磁通方向符合右手螺旋法則，則e

dΨ

N

dΦdt

dtY.Q.Xiong2006-3《電機(jī)學(xué)》第1章導(dǎo)論14三、電磁力定律磁場(chǎng)對(duì)電流的作用是磁場(chǎng)的基本特征之一。對(duì)于長直載流導(dǎo)體，若磁場(chǎng)與之垂直，則計(jì)算電磁力大小的公式為

F=B

l

i

。這就是通常所說的電磁力定律，也叫--薩伐電磁力定律。式中電磁力F、磁場(chǎng)B和載流導(dǎo)體

l

的關(guān)系由左手定則確定。普通電機(jī)中，l通常沿軸線方向，而B沿徑向方向。Y.Q.Xiong2006-3《電機(jī)學(xué)》第1章導(dǎo)論151.4

磁路基本定律及其計(jì)算方法一、磁路基本定律磁路：與電路相仿，將磁通比擬為電流，則磁路是磁通行經(jīng)的路徑。磁動(dòng)勢(shì)F=Ni磁

阻

Rm=

l

/(

A)l為磁路的長度A為鐵心截面積磁導(dǎo)Λm

=1

/Rm磁路歐姆定律：Φ

=F/Rm鐵磁材料的磁阻隨飽和程度的提高而增加Y.Q.Xiong2006-3《電機(jī)學(xué)》第1章導(dǎo)論16磁路

第一定律ΣΦ

=

0圖示的有分支磁路：Φ1+Φ2=Φ3進(jìn)入或穿出任一封閉面的總磁通量的代數(shù)和等于零，或穿入任一封閉面的磁通量恒等于穿出該封閉面的磁通量。Y.Q.Xiong2006-3《電機(jī)學(xué)》第1章導(dǎo)論17磁路基氏第二定律任一閉合磁的代數(shù)和?；芈发伲篐1l1+H3l3=N1i1回路②：-H2l2-H3l3=-N2i2回路③：H1l1-H2l2=N1i1-N2i2ΣF=ΣNi=ΣHl=ΣΦRm磁動(dòng)勢(shì)的代數(shù)和恒等于磁壓降Y.Q.Xiong2006-3《電機(jī)學(xué)》第1章導(dǎo)論18磁路與電路的比較Y.Q.Xiong2006-3《電機(jī)學(xué)》第1章導(dǎo)論19磁路電路磁通Φ電流i磁動(dòng)勢(shì)F電動(dòng)勢(shì)e磁阻Rm電阻R磁壓降Hl電壓降u磁導(dǎo)Λm電導(dǎo)G歐姆定律Φ=F/Rm歐姆定律i=u/R基氏第一定律

ΣΦ=0基氏第一定律

Σi=0基氏第二定律

ΣF=ΣHl=ΣΦR基氏第二定律

Σe=Σu=ΣiR二、磁路計(jì)算方法Y.Q.Xiong2006-3《電機(jī)學(xué)》第1章導(dǎo)論20給定磁通Φ求磁動(dòng)勢(shì)F。給定磁動(dòng)勢(shì)F求磁通Φ。電機(jī)和變壓器設(shè)計(jì)中的磁路計(jì)算通常屬于第一種類型的問題。對(duì)于第二種類型的問題，一般要用迭代法確定，編程由計(jì)算機(jī)完成。磁路歐姆定律三、自感和互感自感mY.Q.Xiong2006-3《電機(jī)學(xué)》第1章導(dǎo)論21L

Ψ

NΦ

N

(Fm

)

N

(Nim

)

N

2i

i

i

iN

——線圈匝數(shù)Λm——自感磁通所經(jīng)磁路的磁導(dǎo)自感的大小與匝數(shù)的平方和磁路的磁導(dǎo)成正比；鐵心線圈的自感要比空心線圈的大得多；鐵心線圈的電感不是常數(shù)，當(dāng)磁路飽和程度增加時(shí)，自感下降。②互感1

2

m112

1

m12

21121

N