第一章大学物理磁路

第一章磁路第一节磁路的基本定律机电能量转换的媒介是磁场，磁通所经过的路径称为磁路。在工程中，通常将磁场问题简化为磁路问题。电机是进行机电能量转换的装置。2一.磁场的几个常用量磁感应强度（又称磁通密度）B——表征磁场强弱及方向的物理量。单位：Wb/m2磁通量Φ——垂直穿过某截面积的磁力线总和。单位：Wb磁场强度H——计算磁场时引用的物理量。B=μH，单位：A/m；磁导率μ-表示物质磁导能力大小的量。铁磁材料的μ大于真空材料的μ。二.磁路的概念在电机和变压器里，线川通电，在铁心中的磁通称主磁通，用来进行能量转换，铁心周围的磁通称漏磁通。线川叫励磁线川；线川中的电流称励磁电流；直流电机的励磁电流是直流；变压器和感应电机的励磁电流是交流。4三、磁路的基本定律1、安培环路定律沿任何一条闭合回线L，磁场强度H的线积分等于该闭合回线所包围的电流的代数和如果在均匀磁场中，沿着回线L磁场强度H处处相等，则NiHL2、磁路的欧姆定律作用在磁路上的磁动势F等于磁路内的磁通量Φ乘以磁阻RmLilHd5磁通量Φ等于磁通密度乘以面积BAABd磁场强度等于磁通密度除以磁导率/BH于是)/(/AllBNimRF6[例1-1]有一闭合铁心磁路，铁心的截面积A=9×10-4m2,磁路的平均长度l=0.3m，铁心的磁导率μFe=5000μ0，套装在铁心上的励磁绕组为500匝。试求在铁心中产生1T的磁通密度时，需要多少励磁磁动势和励磁电流？解用安培环路定律求解如下A/m159A/m10π4500001/7FeBHA7.47A3.0159HlFA1054.9A5007.47/2NFi73、磁路的基尔霍夫定律（1）磁路的基尔霍夫电流定律03210或8（2）磁路的基尔霍夫电压定律mm22m11221131kkkRRRHlHlHlHNi9磁路和电路有相似之处，却要注意有以下几点差别：1）电路中有电流I时，就有功率损耗；而在直流磁路中，维持一定磁通量，铁心中没有功率损耗。2）电路中的电流全部在导线中流动；而在磁路中，总有一部分漏磁通。3）电路中导体的电阻率在一定的温度下是恒定的；而磁路中铁心的导磁率随着饱和程度而有所变化。4）对于线性电路，计算时可以用叠加原理；而在磁路中，B和H之间的关系为非线性，因此计算时不可以用叠加原理。10第二节常用铁磁材料及其特性一、铁磁物质的磁化在外磁场的作用下，磁畴顺着外磁场方向转向，排列整齐，显示出磁性。11二、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。122、磁滞回线剩磁——当H从零增加到Hm时，B相应地从零增加到Bm；然后再逐渐减小H，B值将沿曲线ab下降。当H=0时，B值并不等于零，而是Br。这就是剩磁。磁滞回线——当H在Hm和－Hm之间反复变化时，呈现磁滞现象的B－H闭合曲线，称为磁滞回线。133、基本磁化曲线对同一铁磁材料，选择不同的Hm反复磁化，得到不同的磁滞回线。将各条回线的顶点连接起来，所得曲线称为基本磁化曲线。14三、铁磁材料1、软磁材料2、硬磁材料四、铁心损耗1、磁滞损耗——材料被交流磁场反复磁化，磁畴相互摩擦而消耗的能量。2、涡流损耗——铁心内部由于涡流在铁心电阻上产生的热能损耗。3、铁心损耗——磁滞损耗和涡流损耗之和。15第三节直流磁路的计算磁路计算正问题——给定磁通量，计算所需的励磁磁动势磁路计算逆问题——给定励磁磁势，计算磁路内的磁通量磁路计算正问题的步骤：1）将磁路按材料性质和不同截面尺寸分段；2）计算各段磁路的有效截面积Ak和平均长度lk；3）计算各段磁路的平均磁通密度Ak，Bk=Φk/Ak；4）根据Bk求出对应的Hk；5）计算各段磁位降Hklk，最后求出F=∑Hklk。磁路计算逆问题——因为磁路为非线性的，用试探法。16一、简单串联磁路[例1-2]铁心由铸钢和空气隙构成，截面积AFe=0.0009m2，磁路平均长度lFe=0.3m，气隙长度δ=5×10-4m，求该磁路获得磁通量Φ=0.0009Wb时所需的励磁磁动势。17解：铁心内磁通密度为T1T0009.00009.0FeFeAB从铸钢磁化曲线查得：与BFe对应的HFe=9×102A/m空气隙中：A385A1051077A/m1077A/m104967.0T967.0T1005.30009.0447042lHBHAB铁心段的磁位降：A270A3.01092FeFelH所以，励磁磁势为F=HFelFe+Hδlδ=655A18二、简单并联磁路[例1-3]铁心由DR530硅钢片构成，铁心柱和铁轭截面积AFe=0.0004m2，磁路平均长度lFe=0.05m，气隙长度δ1=δ2=2.5×10-3m，励磁线圈匝数N1=N2=1000匝。不计漏磁通，试求在气隙中产生磁通密度Bδ=1.211T时，所需的励磁电流。19解：212122221122112iNiNHlHlHlHkkm105.4223llm10153221lll中间磁路长度：两边磁路长度：气隙磁位降：中间铁心磁位降：A4818A105.210π4211.1222370BHT533.1T104)25.02(211.1423ABA75.87A105.4105.192233lH查磁化曲线：A/m105.1923H20总磁动势和励磁电流为：两边铁心磁通密度和磁位降：T766.0T1042/10613.02/4321ABB查磁化曲线：A/m21521HHA25.32A101521522211lHlHA4938A)25.3275.874818(21133lHlHHNi21有关交流磁路和铁心线圈的计算，将在变压器一章讨论。第四节交流磁路的特点交流磁路除了会在铁心中产生损耗外，还有以下两个效应：1）磁通量随时间变化，在励磁线圈中产生感应电动势。2）磁饱和现象会导致电流、磁通和电动势波形畸变。作业1）1-72）1-9