电机学课件 第1章1

第1章1.1磁路的基本定律1.2常用的铁磁材料及其特性1.3磁路的计算1.4电抗与磁导的关系1.1磁路的基本定律1.磁路的概念2.磁路的基本定律1.磁路的概念图1-1两种常见的磁路a)变压器的磁路b)四极直流电机的磁路2.磁路的基本定律分析和计算磁场时，常常要用到两条基本定律，一条是安培环路定律，另一条是磁通连续性定律。把这两条定律应用到磁路，可得磁路的欧姆定律和磁路的基尔霍夫第一和第二定律，下面对这些定律作一说明。2.磁路的基本定律图1-2安培环路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∲LH·dl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。2.磁路的基本定律2.磁路的基本定律图1-3无分支铁心磁路a)无分支铁心磁路b)等效磁路图图1-4磁路的基尔霍夫第一定律图1-5磁路的基尔霍夫第二定律1.2常用的铁磁材料及其特性1.铁磁材料的磁化2.磁化曲线和磁滞回线3.铁磁材料4.铁心损耗1.铁磁材料的磁化图1-6磁畴示意图a)未磁化时b)磁化后2.磁化曲线和磁滞回线图1-7铁磁材料的初始磁化曲线=f(H)2.磁化曲线和磁滞回线图1-8铁磁材料的磁滞回线2.磁化曲线和磁滞回线图1-9基本磁化曲线2.磁化曲线和磁滞回线图1-10电机中常用铁磁材料的基本磁化曲线(图中的×0.1、×10、×100等分别表示把横坐标的读数乘0.1、乘10、乘100)3.铁磁材料(1)铝镍钴这种材料的剩磁Br较高(最高可达1.3T)，但矫顽力Hc相对较低，磁能积为中等，价格相对来说较低。(2)铁氧体这是钡铁氧体和锶铁氧体一类的氧化物永磁材料。(3)稀土钴这种材料的剩磁Br、矫顽力Hc和最大磁能积BH都很高，有很强的抗去磁能力，温度稳定性也较好，其允许工作温度可高达200~250℃，是一种性能优良的永磁材料；缺点是除电加工外，不能进行其他的机械加工，另外，材料的价格较贵，使电机的造价较高，故仅用于要求体积小、重量轻和高性能的永磁电机。(4)钕铁硼这是20世纪80年代后期研制成的一种稀土永磁材料，其磁性能优于稀土钴，且价格较低，故应用很广；不足之处是最高工作温度通常约为150℃。3.铁磁材料图1-11软磁和硬磁材料的磁滞回线a)软磁材料b)硬磁材料(铝镍钴)c)硬磁材料(钕铁硼)3.铁磁材料表1-1永磁材料的磁性能材料名称磁性能铝镍钴(ALNICO56/6)铁氧体(Y35)稀土钴(YXG-26）钕铁硼(N42H)剩磁T1．30．421．031．30矫顽力(kA/m)60200765907最大磁能积BH(kJ/)5631．81983264.铁心损耗磁滞损耗铁磁材料置于交变磁场中时，材料被反复交变磁化，与此同时，磁畴相互间不停地摩擦造成损耗，这种损耗称为磁滞损耗。4.铁心损耗图1-12硅钢片中的涡流4.铁心损耗对于由硅钢片叠成的铁心，经推导可知，涡流损耗为：4.铁心损耗铁心损耗：铁心中磁滞损耗和涡流损耗之和，称为铁心损耗，用pFe表示1.3磁路的计算1.直流磁路的计算2.直流电机的空载磁路和磁化曲线3.永磁磁路的计算特点4.交流磁路的特点1.直流磁路的计算简单串联磁路简单串联磁路就是不计漏磁影响，仅有一个磁回路的无分支磁路，如图1-13所示。简单并联磁路简单并联磁路是指考虑漏磁影响，或者磁回路有两个及两个以上分支的磁路。电机和变压器的磁路大多属于这一类。(1)两个气隙的磁位降(2)中间铁心段的磁位降中间铁心段的磁通Φδ和磁通密度B3为(3)左边铁心段的磁位降左边铁心中的磁通密度B1为(4)总磁动势和励磁电流1.直流磁路的计算图1-13简单串联磁路a)串联磁路b)等效磁路图1.直流磁路的计算图1-14气隙磁场的边缘效应图1-15简单并联磁路a)并联磁路b)等效磁路图2.直流电机的空载磁路和磁化曲线图1-16直流电机的空载磁场和磁路a)空载磁场分布b)空载磁路2.直流电机的空载磁路和磁化曲线图1-17直流电机的磁化曲线3.永磁磁路的计算特点(1)气隙内的磁位降Hδδ，是由永磁体内所形成的或者说所提供的，FM=-HMlM;永磁体内的工作磁场强度HM和长度lM愈大，永磁体提供的磁动势就愈大。(2)永磁体·的磁场HM总是负值，也就是说，它总是工作在永磁材料磁滞回线的第二象限这段曲线上，这段曲线通常称为退磁曲线，如图1-19中段所示。(3)若磁路中没有气隙，δ=0，则HMlM=0，于是HM=0，从退磁曲线可见，此时永磁体内的磁通密度为剩磁Br，如图1-19中的R点所示。。图解法的步骤为：(1)用磁通量Φ作为纵坐标，磁动势F作为负的横坐标，作永磁体的外特性ΦM=f(FM)通常永磁体的退磁曲线是用BM=f(HM)来表示的。(2)作与气隙磁阻Rmδ相应的磁阻线Φ=f(Ωδ)若通过气隙的磁通量为Φ，气隙两端的磁位差为Ωδ，根据磁路的欧姆定律可知，Φ=；由于Rmδ=为一常值，故通过气隙的磁通Φ与气隙两端的磁位差Ωδ之间为一线性关系，即Φ=为一直线，此直线称为；(3)退磁线与磁阻线的交点A处，磁通量为ΦA，永磁体所产生的磁动势FMA恰好等于气隙两端的磁位降ΩδA，如图1-20所示，故A点就是。图1-18开有气隙的永磁磁路a)实际磁路b)等效磁路图图1-19永磁体的退磁曲线图1-20工作点的确定4.交流磁路的特点(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)激磁电流im与铁心中的主磁通Φm之间存在一定的相位差，激磁电流im中除磁化电流iμ外，还有与铁心损耗相对应的铁耗电流iFe。(3)磁路的非线性会导致激磁电流、磁通和电动势的波形产生畸变。1.4电抗与磁导的关系1.电抗与磁导的关系2.磁阻串联、并联和π形联接时的等效电抗1.电抗与磁导的关系2.磁阻串联、并联和π形联接时的等效电抗2.磁阻串联、并联和π形联接时的等效电抗2.磁阻串联、并联和π形联接时的等效电抗图1-21磁阻串联时等效电抗为并联a)等效磁路b)等效电路2.磁阻串联、并联和π形联接时的等效电抗图1-22磁阻并联时等效电抗为串联a)等效磁路b)等效电路2.磁阻串联、并联和π形联接时的等效电抗图1-23π形磁路和T形等效电路a)π形磁路b)T形等效电路2.磁阻串联、并联和π形联接时的等效电抗图1-24习题1-8的铁心线圈(尺寸均为cm)2.磁阻串联、并联和π形联接时的等效电抗图1-25习题1-9的铁心线圈2.磁阻串联、并联和π形联接时的等效电抗表格路径截面积/1长度/1mabcdaghdaffeed452．52．752．55075100．25102.磁阻串联、并联和π形联接时的等效电抗图1-26习题1-10的铁心