1-电机学中的基本电磁定律课件课件

第二节电机学中的基本电磁定律变压器、电机磁场耦合电流全电流定律铁心小电流大磁通铁心增磁功能铁心饱和铁心中的气隙制约制约电磁转矩电磁力定律电磁感应定律感应电势能量转换变压器、发电机、电动机知识结构单相变压器1、电机中的典型磁路N1N2电能i1输入电能电能i2输出电能磁场一、磁路的基本定律旋转电机机械端口转子定子绕组定子铁心电端口ABC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2、安培环路定律2.1安培环路定律安培环路定律:沿空间任意条闭合回路，磁场强度H的线积分等于该闭合回路所包围的电流的代数和。i3lHdli2i1注：若i与l符合右手螺旋关系，取正号，否则取负号。其中大拇指所指为i的方向，四指为l方向。lHdli其中H：磁场强度，安/米(A/m)FeFeFNiHlH其中F=Ni：磁路的磁动势HFelFe：铁心上的磁压降Hδδ：气隙上的磁压降注：i与l符合右手螺旋关系,电机学中习惯大拇指所指为l的方向，四指为多匝线圈中i方向。当气隙长度δ远远小于两侧的铁心截面的边长时，铁心和气隙中为均匀磁场，则带气隙的铁心磁路螺管线圈设有向回路l与圆环的中心圆重合，则沿着回线l磁场强度H处处相等且其方向处处与回线切线方向相同（称为均匀磁场），同时闭合回线所包围的总电流由通有电流i的N匝线圈提供，则：Hl＝NiNi：作用在磁路上的安匝数（磁路磁动势），单位A。2.2磁路的欧姆定律1.均匀磁路的欧姆定律BA其中B:磁通密度，特斯拉（T）Φ：磁通，韦伯（Wb）A：铁心的截面积，平方米（m2）在线性或可以近似地认为是线性的介质中有B=μH其中μ是磁导率，H/mBlNilA将φ=BA和B=μH代入Ni＝Hl，得欧姆定律mFRmF或则可写为欧姆定律：作用于磁路上的磁动势等于磁阻乘以磁通。定义：mlRA:磁路的磁阻，A/WbmR定义：1mmARl:磁路的磁导，Wb/Am2.分段均匀磁路的欧姆定律0()mFemFelFRRAA其中RmFe:铁心部分对应的磁阻Rmδ:气隙部分对应的磁阻假设铁心长度l远远大气隙长度，认为铁心柱中的磁通等于气隙中的磁通，则二.磁路中的铁心作用2iHr0BHFe又因＝1.铁心的增磁功能00FeFeBB故有结论：铁心具有增磁功能。思考题：铁心环与塑料环中的磁场强度和磁通密度有何区别？2.串联磁路中的气隙降低铁心的增磁功能0Fe111mFelFRA21mmRR结论：在激磁磁势相同的情况下，带气隙铁心磁路只能得到较少的磁通。222()mmFemFRRR20()FeFellAA3.铁心磁路使磁通在空间按一定的形状分布变压器：两个线圈交链的磁通过铁心以增强电机：铁心使定、转子之间的耦合场得以增强，并可以使定子内圆表面的磁感应强度按一定规律在圆周上分布三、铁磁材料及其磁化特性1.铁磁材料的磁化特性（B－H曲线/磁化曲线）0BHB=μ0H非铁磁材料的磁化特性：B=μ0H起始磁化曲线: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磁密落后于磁场强度，亦即磁通落后于激磁电流的现象，称为磁滞现象铁磁材料进行周期性磁化所反映的物理现象矫顽力剩磁磁滞回线：基本磁化曲线或平均磁化曲线:2.铁磁材料的磁化特性与铁心磁路磁化曲线的关系i011i2i均匀磁路B-H曲线Φ-i曲线Φ＝BA及Ni=HL11）铁磁材料的磁化曲线22）空气的磁化曲线思考题：画带气隙的铁心磁路的磁化曲线。气隙长度不同，曲线之间有何不同？433、4）带气隙的铁心磁路的磁化曲线(δ3δ4)四、电磁感应定律1.电磁感应定律eddeNdtdt注意：只有线圈的磁通与电势符号右手螺旋关系，上式才能取负号2.变压器电势与运动电势dedt若线圈和磁场相对静止，感应电势纯粹是由于和线圈交链的磁通随时间的变化而产生,仅有变压器电势，即运动电势的方向习惯用右手定则确定，如图所示。eblv若导线切割磁力线的速度为，导线处的磁感应强度为，且不随时间变化时，假设磁力线、导线与导线运动方向三者垂直，则导线中感应电势为运动电势，其大小为vbb五.电磁力定律载流导体在磁场中要受到电磁力，在导体与磁场垂直的情况下，若导体中电流为i，导体长度为l，导体所在处的磁通密度为b，则电磁力为：fbli注：电磁力方向由左手定则决定六.交流线圈的电抗和铁耗mmNiR因得22mmmNNNiNLNiiiRR当线圈中流过电流i时，将产生磁场，则穿过线圈的磁链Ψ与电流i之间的关系如下：NLi1.线圈的电感从上式可以看出电感随()变化而变化LmRm2.交流线圈的电抗随着铁心磁路饱和的增加，铁心磁导率µFe减小，相应的磁导、电抗也要减小。22mSXLNNl电抗随着频率、匝数、磁阻的变化而变化。mf2NX3.交流铁心的损耗当铁心中磁通交变时，要产生铁心损耗，它由磁滞损耗与涡流损耗两部分组成。1）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，其分子运动所消耗的能量。磁滞回线所包含的面积表示了单位体积磁性材料在磁化一周的进程中所消耗的能量。涡流在铁心中引起的损耗，称为涡流损耗。2）涡流损耗因为铁心可以导电，故当通过铁心的磁通随时间变化时，也将铁心中也将产生感应电势，并因而在其中引起环流。这些环流在铁心内部围绕磁通作涡流状流动，称为涡流。思考题：图中哪个涡流损耗大？