【电机与拖动】刘玫1

电机与拖动长江大学杨友平第一章电机理论中常用的基本知识和基本定律(1)磁感应线的回转方向和电流方向之间的关系遵守右手螺旋法则(2)磁场中的磁感应线不相交，每点的磁感应强度的方向确定唯一(3)载流导线周围的磁感应线都是围绕电流的闭合曲线1.1磁场的基本知识1.1.1磁力线1.1.2磁场的几个基本物理量1.1.2.1磁感应强度磁感应强度B:表示磁场内某点磁场强弱和方向的物理量。磁感应强度B的大小:磁感应强度B的方向:与电流的方向之间符合右手螺旋定则。lIFB磁感应强度B的单位:特斯拉(T)，1T=1Wb/m2均匀磁场:各点磁感应强度大小相等，方向相同的磁场，也称匀强磁场。1.1.2.3磁通磁通：穿过垂直于B方向的面积S中的磁力线总数。说明:如果不是均匀磁场，则取B的平均值。在均匀磁场中=BS或B=/S磁感应强度B在数值上可以看成为与磁场方向垂直的单位面积所通过的磁通,故又称磁通密度。磁通的单位:韦[伯](Wb)1Wb=1V·s1.1.2.3磁场强度磁场强度H：介质中某点的磁感应强度B与介质磁导率之比。磁场强度H的单位：安培/米（A/m)BH任意选定一个闭合回线的围绕方向，凡是电流方向与闭合回线围绕方向之间符合右螺旋定则的电流作为正、反之为负。式中：是磁场强度矢量沿任意闭合线(常取磁通作为闭合回线)的线积分；lHdI是穿过闭合回线所围面积的电流的代数和。安培环路定律电流正负的规定：IlHd1.2安培环路定律（全电流定律---电生磁）I1HI2安培环路定律将电流与磁场强度联系起来。在均匀磁场中Hl=INlINH或1.3磁路基本定律磁路：与电路相仿，将磁通比拟为电流，则磁路是磁通行经的路径。磁动势F=Ni磁阻Rm=l/(A)l为磁路的长度A为铁心截面积磁导Λm=1/Rm磁路欧姆定律：Φ=F/Rm铁磁材料的磁阻随饱和程度的提高而增加磁路基尔霍夫第一定律ΣΦ=0图示的有分支磁路：Φ1+Φ2=Φ3进入或穿出任一封闭面的总磁通量的代数和等于零，或穿入任一封闭面的磁通量恒等于穿出该封闭面的磁通量。磁路基氏第二定律任一闭合磁路上磁动势的代数和恒等于磁压降的代数和。回路①：H1l1+H3l3=N1i1回路②：-H2l2-H3l3=-N2i2回路③：H1l1-H2l2=N1i1-N2i2ΣF=ΣNi=ΣHl=ΣΦRm磁路与电路的比较磁路电路磁通Φ电流i磁动势F电动势e磁阻Rm电阻R磁压降Hl电压降u磁导Λm电导G欧姆定律Φ=F/Rm欧姆定律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=ΣiR1.4电磁感应定律(磁变生电)只要与线圈交链的磁链Ψ发生了变化，线圈内就会感应出电动势。感应电动势倾向于在线圈内产生电流，以阻止Ψ的变化。当电动势的正方向与磁通方向符合右手螺旋法则，则dtdΦNdtdΨe1.5电磁力定律磁场对电流的作用是磁场的基本特征之一。对于长直载流导体，若磁场与之垂直，则计算电磁力大小的公式为F=Bli。这就是通常所说的电磁力定律，也叫毕奥--萨伐电磁力定律。式中电磁力F、磁场B和载流导体l的关系由左手定则确定。普通电机中，l通常沿轴线方向，而B沿径向方向。1.7常用的铁磁材料及其特性①导电材料：铜线。构成电路。②导磁材料：硅钢片。构成磁路。③结构材料：铸铁、铸钢和钢板。承受力。④绝缘材料：聚酯漆、环氧树脂、玻璃丝带等。用于导体之间和各类构件之间的绝缘处理。电机常用绝缘材料按性能划分为A、E、B、F、H、C等6个等级。如B级绝缘材料可在130℃下长期使用，超过130℃则很快老化，但H级绝缘材料允许在180℃下长期使用。•一、铁磁材料的磁导率磁导率的定义=B/H非铁磁材料的磁导率≈0=4π×10-7H/m为常数铁磁材料的磁导率Fe①Feμ0•Fe为非常数，随B的变化而变化•存在磁饱和现象：当铁磁材料中的B达到一定的程度后，随着H的增加，B的增加逐渐变慢，因此Fe随着H的增加而减小。•二、磁化曲线在外磁场H作用下，磁感应强度B将发生变化，二者之间的关系曲线称为磁化曲线，记为B=f(H)。•三、磁滞与磁滞损耗磁滞概念剩磁矫顽力磁滞回线不同铁磁材料有不同的磁滞回线，且同一铁磁材料，Bm愈大，磁滞回线所包围的面积也愈大。软磁材料：磁滞回线很窄。硅钢片、铸铁、铸钢等等。硬磁材料：磁滞回线很宽，或叫永磁材料。铁氧体、稀土钴、钕铁硼等。基本磁化曲线磁滞损耗：铁磁材料在交变磁场作用下的反复磁化过程中，磁畴会不停转动，相互之间会不断摩擦，因而就要消耗一定的能量，产生功率损耗。这种损耗称为磁滞损耗。磁滞损耗的大小与磁滞回线的面积、电流频率f和铁心体积V成正比。由于硅钢片的磁滞回线面积很小，而且导磁性能好。因此，大多数电机、变压器或普通电器的铁心都采用硅钢片制成。•四、涡流与涡流损耗涡流：铁磁材料在交变磁场将有围绕磁通呈涡旋状的感应电动势和电流产生，简称涡流。涡流损耗：涡流在其流通路径上的等效电阻中产生的I2R损耗称为涡流损耗。涡流损耗与磁场交变频率f、厚度d和最大磁感应强度Bm的平方成正比，与材料的电阻率成反比。要减少涡流损耗，首先应减小厚度，其次是增加涡流回路中的电阻。电工钢片中加入适量的硅，制成硅钢片，显著提高电阻率。•五、铁耗铁耗：铁磁材料在交变磁场作用时，磁滞损耗和涡流损耗是同时发生的。因此，在电机和变压器的计算中，当铁心内的磁场为交变磁场时，常将磁滞损耗和涡流损耗合在一起来计算，并统称为铁心损耗，简称铁耗。铁耗pFe∝fβBm2。其中1＜β＜2，β与材料性质有关。•二、磁路计算方法给定磁通Φ求磁动势F。给定磁动势F求磁通Φ。电机和变压器设计中的磁路计算通常属于第一种类型的问题。对于第二种类型的问题，一般要用迭代法确定，编程由计算机完成。磁路欧姆定律例1-1P141、磁通恒定的磁路称为，磁通随时间变化的磁路称为。答：直流磁路，交流磁路。2、电机和变压器常用的铁心材料为。答：软磁材料。3、当外加电压大小不变而铁心磁路中的气隙增大时，对直流磁路，则磁通，电感，电流；对交流磁路，则磁通，电感，电流。答：减小，减小，不变；不变，减小，增大。4、恒压直流铁心磁路中，如果增大空气气隙。则磁通；电感；电流；如果是恒压交流铁心磁路，则空气气隙增大时，磁通；电感；电流。A：增加B：减小C：基本不变答：B，B，C，C，B，A5、在电机和变压器铁心材料周围的气隙中磁场。A：存在B：不存在C：不好确定答：A6、铁心叠片越厚，其损耗。A：越大B：越小C：不变答：A1、若硅钢片的接缝增大，则其磁阻增加。（）答：对。2、在电机和变压器铁心材料周围的气隙中存在少量磁场。（）答：对。3、恒压交流铁心磁路，则空气气隙增大时磁通不变。（）答：对。4、磁通磁路计算时如果存在多个磁动势，可应用叠加原理。（）答：错。5、铁心叠片越厚，其损耗越大。（）答：对。1、磁滞损耗和涡流损耗是什幺原因引起的？它们的大小与那些因素有关？答：磁滞损耗由于B交变时铁磁物质磁化不可逆，磁畴之间反复摩擦，消耗能量而产生的。它与交变频率f成正比，与磁密幅值的α次方成正比。涡流损耗是由于通过铁心的磁通ф发生变化时，在铁心中产生感应电势，再由于这个感应电势引起电流（涡流）而产生的电损耗。它与交变频率f的平方和的平方成正比。2、说明磁路和电路的不同点。答：1）电流通过电阻时有功率损耗，磁通通过磁阻时无功率损耗；2）自然界中无对磁通绝缘的材料；3）空气也是导磁的，磁路中存在漏磁现象；4）含有铁磁材料的磁路几乎都是非线性的。3、说明直流磁路和交流磁路的不同点。答：1）直流磁路中磁通恒定，而交流磁路中磁通随时间交变进而会在激磁线圈内产生感应电动势；2）直流磁路中无铁心损耗，而交流磁路中有铁心损耗；3）交流磁路中磁饱和现象会导致电流、磁通和电动势波形畸变。