CH1磁路.

1第一章磁路第一节磁场的几个基本物理量第二节常用铁磁材料及其特性第三节基本电磁定律第四节磁路基本定律第五节能量守恒定律2磁感应强度(磁通密度Magneticfluxdensity)B表示磁场内某点磁场强弱及方向的物理量。B的大小可用通过垂直于磁场方向单位面积的磁力线数目表示，B的方向用右手螺旋定则确定。单位是特斯拉(T)。磁通(Magneticflux)Φ均匀磁场中磁通Φ等于磁感应强度B与垂直于磁场方向的面积S的乘积，单位是韦伯(Wb)BS第一节磁场的几个基本物理量3磁导率(magneticpermeability)μ磁导率μ表示物质的导磁性能，单位是亨/米(H/m)。真空的磁导率：H/m10470非铁磁物质的磁导率与真空极为接近，铁磁物质的磁导率远大于真空的磁导率。相对磁导率μr：物质磁导率与真空磁导率的比值。非铁磁物质μr近似为1，铁磁物质的μr远大于1。第一节磁场的几个基本物理量4磁场强度(magneticfieldintensity)H磁场强度只与产生磁场的电流以及这些电流分布有关，而与磁介质的磁导率无关，单位是安／米（A／m）。是为了简化计算而引入的辅助物理量。BH或HB第一节磁场的几个基本物理量5第二节常用铁磁材料及其特性铁磁物质的磁化铁磁材料在外磁场中呈现很强的磁性，此现象称为铁磁物质的磁化。A)未磁化B)磁化常用铁磁材料：铁、镍、钴及其合金。(CharactersofFerromagneticMaterials)6起始磁化曲线(Magnetizationcurve)定义：将一块尚未磁化的铁磁材料进行磁化，当磁场强度H由零逐渐增大时，磁通密度B将随之增大，曲线B=f(H)就称为起始磁化曲线。第二节常用铁磁材料及其特性8形成一对称原点的闭合曲线，称为磁滞回线。铁磁材料的磁滞回线(Hysteresisloop)（假定铁芯最初未被磁化）BHabcdefcHmBmBmHmHrB常用铁磁材料及其特性09几个相关的重要概念BHabcdefcHmBmBmHmHrB剩磁(remanantmagnetization):去掉外磁场之后，铁磁材料内仍然保留的磁通密度。矫顽力:要使B值从最大值减小到零，必须加上相应的反向外磁场，此反向磁场强度称为矫顽力。10几个相关的重要概念磁滞现象:铁磁材料所具有的这种磁通密度B的变化滞后于磁场强度H变化的现象。磁滞回线:呈现磁滞现象的B-H闭合回线。磁滞现象是铁磁材料的另一个特性BHabcdefcHmBmBmHmHrB11基本磁化曲线(B-Hcurveorhysteresisloop)改变H的幅值大小，可得到多个磁滞回线。这些线均对称原点，但（Hm,Bm）值不同；将不同的（Hm,Bm）点连接，即得到基本磁化曲线。HB-H-B0a1d1铁磁材料的基本特性（磁滞性、饱和性高导磁性）12HB0基本磁化曲线基本磁化曲线一般只用第一象限。铁磁材料的基本特性13铁磁材料的三个特性：磁滞性，饱和性，高导磁性。1.磁滞性：对应同一磁场强度H的值，去磁过程中磁通密度B比增磁过程大。B的变化落后于H的变化，这种性质叫磁滞性。H00BH矫顽磁力时，剩磁时，,HH,BBcrB-H-B0a1bBrd1cf铁磁材料的基本特性HC140BHB=μ0H非铁磁材料的磁化特性：B=μ0H磁化曲线:B=f(H)oa为起始段ab为线性段bc为饱和段B=f(H)abcd膝点μFe=f(H):随H的变化而变化()FefHFe磁化曲线基本上可分为四段,如下2.饱和性:15应用:设计电机和变压器时，为使主磁路内得到较大的磁通量而又不过分增大励磁磁动势。通常把铁心内的工作磁通密度选择在膝点附近。3.高导磁性:由于铁磁材料内磁畴的出现，在外部磁场的作用下，这些磁畴相当于一个外磁场，叠加于内部磁场上，显出很强的导磁性非铁磁材料无磁畴，即使外磁场很大，亦不显磁性。16铁磁材料：软磁材料，硬磁材料。软磁材料：磁滞回线窄，剩磁Br与矫顽力Hc均小的材料，如铸铁，钢，硅钢片等。软磁材料特点：导磁率高，可做电机，变压器铁心。铁磁材料的分类软磁材料的磁滞曲线软磁材料HB17硬磁材料：磁滞回线宽，剩磁Br与矫顽力Hc均较大的材料，有铁氧体、铝镍钴和稀土材料，稀土材料为新材料，研制永磁电机的主要材料。铁磁材料的分类BH硬磁材料硬磁材料的磁滞曲线18带铁心交流线圈的损耗铜损耗：线圈电阻上的功率损耗，发热；铁损耗：铁心处于反复磁化下也产生功率损耗，发热。铁损耗包括磁滞损耗和涡流损耗。铁磁材料的铁损耗19磁滞损耗：铁磁材料置于交变磁场中时，磁畴相互间不停地摩擦、消耗能量、造成损耗，这种损耗称为磁滞损耗。it018003600HHi随电流的反复变化，外加H方向也变化，小磁畴的方向随H的方向来回变化，在磁畴之间摩擦生热，消耗功率；电流越大，损耗越大；磁滞回线面积越大，Bm幅值也越大，磁滞损耗越大。f?铁磁材料的铁损耗20V：铁磁材料的体积磁滞损耗计算经验公式铁磁材料的铁损耗VfBCpnmhhCh：为材料的磁滞损耗系数，与材料有关；n：由试验确定，对一般电工钢片取n=1.6-2.3。21硅钢片铁心，涡流损耗计算公式：：钢片厚度涡流损耗:铁耗材料又是导电体。当i变H变B变（变）,变化的在铁芯内部会产生感应电势及电流。电流在铁磁材料内部呈旋涡状流动，称为涡流，记成ie。ie又会引起损耗ie2re，使铁芯发热，记为涡流损耗pe:铁磁材料的铁损耗VBfCpmee222Ce为材料的涡流损耗系数，其大小决定于材料的电阻率。22应用:为减小涡流损耗，电机和变压器的铁心都用含硅量较高的薄硅钢片叠成。B23定义:铁心中磁滞损耗和涡流损耗之和。ehFePPP表达式:铁磁材料的铁损耗GBfCpppmFeehFe23.123.1mfeBfp24第三节基本电磁定律电机是进行能量转换的机械，变压器也是电机的一种类型，称为静止电机，将一种电压的电能转变为另一种电压的电能。不管是发电机还是电动机和变压器，其工作原理都是建立在电磁感应定律、全电流定律、电路定律和电磁力定律等基本电磁定律和电路、磁路定律基础上的，所以，熟练掌握这些基本定律，是深入研究电机基本理论的基础。25电磁感应现象：当穿过某一闭合导体回路的磁通发生变化（无论是何种原因变化）时，在导体回路中就会产生电流，这种现象称为电磁感应现象，产生的电流称为感应电流。线圈感应电势的大小与线圈匝数成正比，与单位时间内磁通量的变化率成正比，可用下式表示：电磁感应定律dtdNdtde26，为穿过整个线圈的磁链。感应电势的方向决定于感应电势在线圈中产生的电流方向，该电流所产生的磁场总是阻碍原来产生感应电势的磁场的变化。dtdNdtdeN1.电磁感应定律27若线圈与磁场处于相对静止，线圈中的感应电势是由于与线圈相交链的磁通量本身随时间变化而产生的，这种感应电势称为变压器电势。表示为:dtdNdtde(1)变压器电势28如果磁场是恒定（如直流励磁），线圈与恒定磁场之间在正交方向上发生相对运动，或是线圈不动，磁场沿线圈垂直方向运动，或是磁场不动，线圈沿磁场垂直方向运动，引起和线圈相交链的磁通量发生变化，也会产生感应电势，这样的电势称为运动电势。运动电势的大小表示为：Blve(2)运动电势29l是线圈边在磁场中的有效长度;v是线圈导体沿磁场垂直方向的运动速度（米/秒）。运动电势的方向由右手定则确定。Blve(2)运动电势30自感电动势当线圈中有电流通过时，会产生与线圈自身交链的磁通L。如果线圈中的电流随时间变化，根据电磁感应定律，变化的磁通L将在线圈中感应电动势，这种由于线圈自身电流变化而引起的感应电动势，叫做自感电动势，用符号表示：LeLLLddeNdtdt(3)自感电动势和互感电动势iLiHBeL31自感电动势iLLLLddeNdtdt如果线圈为空心线圈，磁路无饱和现象，磁导率为常数，则线圈的自感磁链与产生它的励磁电流成正比，有：iHBeLLiLL为比例常数，称为线圈的自感系数，简称自感，单位为亨，符号为H，则自感电动势可表示为：dtdiLdtdNeLL32自感电动势dtdiLdtdNeLL表明：自感电动势与线圈内电流变化率成正比。LiLiLL自感系数L等于单位电流所产生的磁链。磁路欧姆定律有磁通为：mLmLLRNiRFRmL为自感磁通所经过路径的磁阻，所以：LmLLLNiRNiNiNiL233自感系数LmLLLNiRNiNiNiL2L：自感磁通所经路径的磁导，mLLR1表明:线圈自感与线圈匝数的平方成正比，与磁通所经过磁路的磁导成正比。铁磁材料的磁导率远远大于空气的磁导率，因此铁心线圈的自感较空心线圈的大得多。又因为铁磁材料有饱和性，其磁导率不是常数，所以铁心线圈的自感不是常数。随着磁路饱和程度的增加，磁导率下降，线圈自感也减小。34在线圈1中的交变电流在线圈2中交链的交变磁链12，产生的感应电动势称为互感电动势，用eM12表示大小为：互感电动势dtdNdtdeM122121235互感电动势如果线圈为空心线圈，i1越大，12越大，互感磁链与产生它的电流成正比，即：11212iMM12为比例系数，称为线圈1和线圈2的互感系数，简称互感，单位也为亨。互感电动势eM12可以用互感表示为:dtdiMeM11212dtdNdtdeM122121236互感系数1221112112112211212MMNNiRiNNiNiMM12是互感磁通所经过路径的磁导。互感与两个线圈的匝数乘积成正比，与磁路的磁导成正比。2121221221221122121MMNNiRiNNiNiM1221MMMMM2112同理37Blif载流导体在磁场中将要受到力的作用，由于这种力是磁场和载流导体相互作用产生的，所以称为电磁力。若磁场与导体垂直，则作用在导体上的电磁力为：l是导体在磁场中的长度,i是导体中的电流。电磁力的方向通过左手定则确定。图1-8左手定则电磁力定律38旋转电机：作用在转子载流导体上的电磁力使转子受到一个力矩（等于电磁力乘以转子的半径），这个力矩叫做电磁转矩。设转子半径为r，单根导体产生的电磁转矩为：匝数为N的线圈，设线圈两侧边所处的磁场分别为和，线圈受到的电磁力矩为：BlirfrT)(21BBNlirT1B2B电磁转矩39线圈两边所处磁场大小相等、极性相反时，线圈所受电磁转矩最大。对于一台沿圆周均匀布置有线圈的电机，气隙中磁场如果均匀，即圆周各处的B相等，则转子可能受到最大电磁转矩为：NBliDTemD为转子直径。电磁转矩40第四节磁路基本定律1.磁路的概念磁通所通过的路径称为磁路。单相变压器电机中的典型磁路N1N2电能i1输入电能电能i2输出电能磁场41旋转电机机械端口转子定子绕组定子铁心电端口ABCABC42磁场电能机械能磁路:磁通所走的路径。旋转电机横截示意图面43式中：N为闭合路径所交链的线圈匝数。又称为全电流定律，即：在磁路中，沿任一闭合路径，磁场强度矢量的线积分，等于该闭合回路所包围电流的代数和，用公式表示为：NiidLlH2.安培环路定律44123LHdliiii3lHdli2i1如图：当电流的方向与闭合路径的环形方向符合右手螺旋定则时，电流i取正号，否则取负号。2.安培环路定律45若沿着闭合回路，磁场强度H的方向总在切线方向，且大小处处相等，则有：NiHl螺管线圈如图，螺管线圈Ni：作用在磁路上的安匝数（磁路磁势，2.安培环路定律46/BHSB/mRSllSlBHl由于磁场强度等于磁通密度除以磁导率，即：在均匀磁场中有磁通密度所以：3.磁路的欧姆定律47mRHlNiFN