電機(jī)拖動(dòng)1磁路

1、第一章磁 路 磁場(chǎng)和磁路 電機(jī)中鐵磁材料的特性 電機(jī)理論中常用的基本電磁定律直流磁路的計(jì)算小結(jié)1電機(jī)是以磁場(chǎng)為媒介，利用電磁感應(yīng)原理實(shí)現(xiàn)機(jī)械能與電能 之間能量的相互轉(zhuǎn)換的電磁設(shè)備。電機(jī)中的路電路磁路電流之路。是主磁通之路。用以引導(dǎo)主磁通，在其限定的范圍內(nèi)形成較強(qiáng)的工作磁場(chǎng)。用以引導(dǎo)電流而產(chǎn)生感應(yīng)電勢(shì)。.2主要由磁性物質(zhì)組成，能使磁力線集中通過的路徑，稱為磁路。在鐵心上繞制一個(gè)線圈，并給這個(gè)線圈通上電流，則產(chǎn)生一個(gè)磁場(chǎng)，這種電流稱為勵(lì)磁電流。若勵(lì)磁電流為直流，則這種磁路稱為直流磁路。若勵(lì)磁電流為交流，則這種磁路稱為交流磁路。經(jīng)過磁路閉合的磁通稱為主磁通。(教材圖1-1)部分經(jīng)過磁路，部分不經(jīng)過磁

2、路，或全部不經(jīng)過磁路的磁通，稱為漏磁通。1 磁場(chǎng)和磁路磁場(chǎng)是由電流產(chǎn)生的。.3一、磁感應(yīng)強(qiáng)度磁感應(yīng)強(qiáng)度 是表示磁場(chǎng)內(nèi)某點(diǎn)的磁場(chǎng)強(qiáng)弱和方向的物理量。它是一個(gè)向量。磁力線的方向與電流的方向符合右手螺旋法則。單位：特斯拉（T）即：描述磁場(chǎng)的基本物理量：通常用磁力線形象地描述空間磁場(chǎng)的強(qiáng)弱和方向。4二、磁通穿過某一截面S的磁感應(yīng)強(qiáng)度B的通量稱為磁通。即在均勻磁場(chǎng)中，若寫成則磁感應(yīng)強(qiáng)度B在數(shù)值上可以看成與磁場(chǎng)方向相垂直的單位面積所通過的磁通。故B又稱為磁通密度，簡(jiǎn)稱磁密。單位：韋伯（Wb）.5三、磁場(chǎng)強(qiáng)度磁場(chǎng)強(qiáng)度 是在作磁場(chǎng)計(jì)算時(shí)所引用的一個(gè)物理量。它也是一個(gè)向量。單位：安/米（A/m）6四、磁導(dǎo)率磁導(dǎo)

3、率是一個(gè)用來表示磁場(chǎng)媒質(zhì)磁性的物理量。磁感應(yīng)強(qiáng)度 和磁場(chǎng)強(qiáng)度 的關(guān)系可用下式表示由實(shí)驗(yàn)測(cè)出：真空中的磁導(dǎo)率0為注意：0是個(gè)常數(shù)。7相對(duì)磁導(dǎo)率r任何一種物質(zhì)的磁導(dǎo)率和真空的 磁導(dǎo)率的比值。按磁導(dǎo)率的大小，將物質(zhì)材料分為：非磁性材料：磁性材料：即不是常數(shù)，B與H呈現(xiàn)非線性。.如銅、鋁、絕緣材料和木材等。如鐵、鈷、鎳及其合金等。82 電機(jī)中鐵磁材料的特性一、高導(dǎo)磁性鐵磁材料內(nèi)部存在著很多很小的強(qiáng)烈磁化了的自發(fā)磁化單元，稱為 磁疇，它有一種特殊的引力。無外磁場(chǎng)時(shí)，磁疇排列混亂，磁場(chǎng)互相抵消，對(duì)外不顯磁性。在外磁場(chǎng)的作用下，磁疇就順外磁場(chǎng)方向轉(zhuǎn)動(dòng)，從而顯出磁性。隨著外磁場(chǎng)的增強(qiáng)，磁疇就逐漸轉(zhuǎn)到與外磁場(chǎng)相

4、同的方向上。.9二、磁化曲線將鐵磁材料在外界磁場(chǎng)作用下做磁化試驗(yàn)：改變勵(lì)磁磁動(dòng)勢(shì)的大小，測(cè)出磁通密度B與磁場(chǎng)強(qiáng)度H，得到B與H的關(guān)系曲線B=f (H)，稱之為鐵磁材料的磁化曲線。BHO.b膝 點(diǎn)對(duì)于鐵磁材料，當(dāng)H較大時(shí)B之增加變緩甚至幾乎不增加的現(xiàn)象，稱為磁飽和現(xiàn)象。對(duì)于非鐵磁材料，磁導(dǎo)率為常數(shù)，故磁化曲線是一條直線。鐵磁材料的磁化曲線是非線性的。10三、磁滯現(xiàn)象和磁滯損耗鐵磁材料具有如下特點(diǎn)：它的磁化曲線具有飽和性，磁導(dǎo)率 不是常數(shù)，且隨 B 的變化而變化。鐵磁材料被反復(fù)磁化時(shí)， B-H 曲線不是單值的，是一條磁滯回線，如圖所示。把不同Hm值的各磁滯回線的頂點(diǎn)連接起來所得的曲線，稱為平均磁化

5、曲線。當(dāng)H減到零時(shí)，而B未減到零的現(xiàn)象，即B的變化滯后于磁場(chǎng)強(qiáng)度H變化的現(xiàn)象之稱為磁滯現(xiàn)象。要使剩磁消失，必須反向磁化，即反向施加一個(gè)磁場(chǎng)強(qiáng)度，其值稱為矯頑磁場(chǎng)強(qiáng)度Hc，簡(jiǎn)稱矯頑力。.此時(shí)B所具有的數(shù)值Br ，稱為剩磁感應(yīng)強(qiáng)度，簡(jiǎn)稱剩磁。11不同的鐵磁物質(zhì)其磁滯回線寬窄是不同的，當(dāng)鐵磁材料的磁滯回線較窄時(shí)，可用它的平均磁化曲線，即基本磁化曲線進(jìn)行計(jì)算。 根據(jù)磁滯回線形狀的不同，鐵磁材料可分為硬磁材料和軟磁材 料。硬磁材料的磁滯回線胖寬，剩磁、矯頑力大，如 鎢 鋼、 鈷鋼等；軟磁材料的磁滯回線瘦窄，剩磁、矯頑力小，如硅 鋼片、鑄鋼等。由于電機(jī)鐵芯采用軟磁材料制成，其磁滯回線瘦窄，在進(jìn)行磁路計(jì)算時(shí)

6、，為了簡(jiǎn)化計(jì)算，不考慮磁滯現(xiàn)象，而用基本磁化曲線來表示 B 與 H 之間的關(guān)系，故通常所講的鐵磁材料的磁化曲線是指基本磁化曲線。鐵磁材料在交變磁場(chǎng)的作用下反復(fù)磁化時(shí)，內(nèi)部的磁疇不停地 往返倒轉(zhuǎn)，磁疇之間不停地互相摩擦而消耗能量，引起損耗。 這種損耗稱為磁滯損耗。它與磁通的頻率及磁密的幅值關(guān)系為12四、渦流損耗當(dāng)鐵芯中的磁通發(fā)生變化時(shí)，根據(jù)電磁感應(yīng)定律，將產(chǎn)生一個(gè)電流。此電流在鐵芯內(nèi)的流動(dòng)狀況呈旋渦狀，故稱之為渦流。渦流在鐵芯電阻上的損耗稱為渦流損耗。渦流損耗與磁通的交變頻率、鐵芯中磁密的幅值、鋼片的電阻及鋼片厚度有關(guān)，可用下式表示：減少鋼片的厚度、增加鋼片的電阻可以減少渦流損耗。鐵芯中的磁滯損

7、耗和渦流損耗合稱為鐵芯損耗，簡(jiǎn)稱鐵耗。當(dāng)硅鋼片的厚度和材料一定時(shí)，鐵耗與磁通頻率及磁密幅值的關(guān)系為：式中，=1.21.6.133電機(jī)理論中常用的基本電磁定律一、全電流定律.磁場(chǎng)強(qiáng)度 沿某封閉曲線的線積分等于貫穿此封閉曲線所圍成面的電流代數(shù)和。又稱為安培環(huán)路定律。電流的正負(fù)號(hào)要看它的方向與所選封閉曲線的方向是否符合右手螺旋法則而定。符合者取正，反之取負(fù)。全電流定律揭示電產(chǎn)生磁的本質(zhì)，闡明電流與其磁場(chǎng)的大小及方向的關(guān)系。14二、磁路基爾霍夫定律1. 磁路基爾霍夫第一定律在磁路的任何一個(gè)結(jié)點(diǎn)上，各個(gè)分支磁路中磁通的代數(shù)和恒等于零。即.15.2. 磁路基爾霍夫第二定律在磁路中沿任意閉合回路磁壓降的代數(shù)

8、和等于沿該回路磁動(dòng)勢(shì)的代數(shù)和。即磁壓降磁動(dòng)勢(shì)當(dāng)某段磁通的正方向與回路方向一致時(shí)，該段的 Hl 即為正，反之為負(fù)。當(dāng)勵(lì)磁電流的正方向與回路的向符合右手螺旋法則時(shí)，則該線圈的 IW 為正，反之為負(fù)。勵(lì)磁電流勵(lì)磁線圈匝數(shù)此定率實(shí)際上是安培環(huán)路定律的另一種表達(dá)式。16三、磁路歐姆定律F=IW 磁動(dòng)勢(shì)磁 阻 由全電流定律： ，設(shè)均勻無分支磁路，得即.17 磁路磁阻主要取決于磁路的尺寸 和所用材料的磁導(dǎo)率。在使用磁路歐姆定律時(shí)，一定要考慮磁路的非線性與線性，且不可亂用。 由于磁性物質(zhì)的磁導(dǎo)率不是常數(shù)， 則由磁性物質(zhì)構(gòu)成的磁路具有非線性磁阻。18四、電磁感應(yīng)定律設(shè)有一匝數(shù)為W的線圈處于磁場(chǎng)中，它所交鏈的磁鏈

9、為則不論由于什么原因，當(dāng)該線圈所交鏈的磁鏈發(fā)生變化時(shí)，在線圈內(nèi)就有一感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)產(chǎn)生，這種現(xiàn)象稱為電磁感應(yīng)。感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的大小，和該線圈所交鏈的磁鏈變化率成正比。感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的方向，是該電動(dòng)勢(shì)企圖在線圈內(nèi)產(chǎn)生電流所建立的磁通用來阻止線圈中磁通的變化。如果感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的正方向與磁通的正方向符合右手螺旋關(guān)系，則電磁感應(yīng)定律可用下式表示：上式又稱為變壓器電動(dòng)勢(shì)。19五、電磁力定律當(dāng)導(dǎo)體在恒定磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)時(shí)，若導(dǎo)體、磁力線和運(yùn)動(dòng)方向三者互相垂直，則導(dǎo)體內(nèi)的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為：其方向可用右手定則確定。上式又稱為旋轉(zhuǎn)電動(dòng)勢(shì)。載流導(dǎo)體在磁場(chǎng)中將受到力的作用，這種力是磁場(chǎng)與電流相互作用所產(chǎn)生的，故稱為電磁力。若磁場(chǎng)與導(dǎo)體相互

10、垂直，則作用在導(dǎo)體上的電磁力為：其方向可用左手定則確定。.204 直流磁路的計(jì)算計(jì)算步驟：1. 按照材料及截面的不同進(jìn)行分段；2. 作出中心線，按照所給的尺寸計(jì)算出磁路的平均 長(zhǎng)度 l1、l2、和截面積S1、S2、；3. 按已知的磁通，計(jì)算各段的磁感應(yīng)強(qiáng)度5. 按照磁路基爾霍夫第二定律求出所需要的結(jié)果。4. 從各材料的平均磁化曲線上找出與Bi對(duì)應(yīng)的Hi，或者 當(dāng)是常數(shù)時(shí)計(jì)算出 ；.21例1 一個(gè)閉合的均勻鐵芯線圈，其匝數(shù)為300，鐵芯中的磁感應(yīng) 強(qiáng)度為0.9T，磁路的平均長(zhǎng)度為45cm，試求： 鐵芯材料為生鐵時(shí)線圈中的電流是多少？ 鐵芯材料為D41硅鋼片時(shí)線圈中的電流是多少？解：已知B=0.9

11、T查BH曲線，得不同鐵芯材料的磁場(chǎng)強(qiáng)度H為生鐵的H1=7000A/mD41硅鋼片的H2=200A/m由基爾霍夫第二定律 Hl=IW 得例 題22.I例2 有一環(huán)形鐵芯線圈，其內(nèi)徑 為10cm，外徑為15cm，鐵芯 材料為鑄鋼，磁路中有一個(gè) 空氣隙，其長(zhǎng)度為0.2cm，設(shè) 線圈中通有1A電流，如果要 得到0.9T的磁感應(yīng)強(qiáng)度，試求 線圈的匝數(shù)是多少？解：磁路的平均長(zhǎng)度（周長(zhǎng)）為 B=0.9T查BH曲線，得H1=800A/m鐵芯中的磁壓降23.根據(jù)基爾霍夫第二定律，有線圈匝數(shù)為24例3 下圖所示的磁路具有勵(lì)磁線圈200匝，磁路各部分尺寸 均已在圖中標(biāo)出，其單位為厘米。該磁路用D41硅鋼片迭成。由于

12、考慮迭片間的少許空隙，在計(jì)算實(shí)際截面時(shí)，應(yīng)乘以一個(gè)鐵芯迭片系數(shù) k = 0.91，且需考慮氣隙磁通的擴(kuò)張效應(yīng)?，F(xiàn)要求在此磁路中建立=1.8103 Wb的磁通，問需電流I為多少？0.52436218.54I5.5250.52436218.54I解：首先根據(jù)鐵芯的不同截面，將整個(gè)磁路劃分為五段，計(jì)算截面積時(shí)，以中心線為準(zhǔn)算平均長(zhǎng)度。各段的平均長(zhǎng)度為26有效厚度 b =幾何厚度鐵芯迭片系數(shù) k b = 5. 5 0.91 = 5cm各截面面積為S1 = 6 5 = 30cm2S2 = 3 5 = 15cm2S3 = 2 5 = 10cm2S4 = 4 5 = 20cm2由于氣隙的存在，產(chǎn)生擴(kuò)張效應(yīng)，

13、所以氣隙的有效截面積可按下面近似公式計(jì)算。若截面積為矩形，邊長(zhǎng)為 a 和 b若截面積為園形，半徑為 r則這里則27各段的磁感應(yīng)強(qiáng)度為查BH曲線，可得各段磁場(chǎng)強(qiáng)度為28空氣隙的磁場(chǎng)強(qiáng)度可以直接計(jì)算：295 交流磁路的特點(diǎn)交流電流勵(lì)磁，磁場(chǎng)發(fā)生變化，形成交流磁路。交變磁場(chǎng)作用下，鐵心中產(chǎn)生損耗。鐵磁材料的非線性特性（交流磁路飽和現(xiàn)象）， 對(duì)電機(jī)參數(shù)和性能有影響，如磁通、電流、電勢(shì)波形變化。 30提 示(習(xí)題1-10)12abcdgfeh1+ 2= (1)選節(jié)點(diǎn)a,根據(jù)基爾霍夫第一定律得：基爾霍夫第二定律得：H1Labcd+ 2H af Laf + H Lfe = i1 (2)H = /Sfe0 (3)查表得B1,進(jìn)而得1= B1 Sabcd代入(1