电工学第1章磁路ppt

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1、第一章第一章 磁路磁路1-1磁路的基本定律磁路的基本定律 1-2 常用的铁磁材料及其特性常用的铁磁材料及其特性1-3 磁路的计算磁路的计算1-11-1磁路的基本定律磁路的基本定律 一、磁路的概念一、磁路的概念 磁路：磁路：磁通所通过的路径磁通所通过的路径.见见图图 主磁通：主磁通：由于铁心的导磁性能比空气要好得多，由于铁心的导磁性能比空气要好得多，所以绝大部分磁通将在铁心内通过所以绝大部分磁通将在铁心内通过,这部分磁通称这部分磁通称为主磁通。为主磁通。 漏磁通：漏磁通：围绕载流线圈、部分铁心和铁心周围的围绕载流线圈、部分铁心和铁心周围的空间，还存在少量分散的磁通，这部分磁通称为空间，还存在少量

2、分散的磁通，这部分磁通称为漏磁通。漏磁通。 主磁路：主磁路：主磁通所通过的路径。主磁通所通过的路径。 漏磁路：漏磁路：漏磁通所通过的路径。漏磁通所通过的路径。 励磁线圈：励磁线圈：用以激励磁路中磁通的载流线用以激励磁路中磁通的载流线 圈。圈。 励磁电流：励磁电流：励磁线圈中的励磁线圈中的电流电流 直流直流:直流磁路直流磁路 例如例如:直流电机直流电机 交流交流:交流磁路交流磁路 例如例如:变压器变压器 二、磁路的基本定律二、磁路的基本定律 1安培环路定律安培环路定律 公式公式: : 式中，若电流的正方向与闭合回式中，若电流的正方向与闭合回 线线L的环的环 行方行方向符合右手螺旋关系时，向符合右

3、手螺旋关系时，i取正号，否则取负号。取正号，否则取负号。 附附 图图1-2,有有: 2 2磁路的欧姆定律磁路的欧姆定律 定理说明定理说明附图附图1-3a. 与电路中的欧姆定律的相似性与电路中的欧姆定律的相似性,附相应的模拟附相应的模拟电路图电路图1-3b. 铁磁材料的磁导率铁磁材料的磁导率不是一个常数，所以由铁磁材料构不是一个常数，所以由铁磁材料构成的磁路，其磁阻不是常数，而是随着磁路中磁通密度的成的磁路，其磁阻不是常数，而是随着磁路中磁通密度的大小而变化，这种情况称为非线性。大小而变化，这种情况称为非线性。 点击书本进入例题1-1例题 定律内容定律内容: 穿出穿出( (或进入或进入) )任一

4、闭和面的总磁任一闭和面的总磁通量恒等于零通量恒等于零( (或者说或者说, ,进入任一闭合面的磁进入任一闭合面的磁通量恒等于穿出该闭合面的磁通量通量恒等于穿出该闭合面的磁通量),),这就是这就是磁通连续性定律。磁通连续性定律。公式公式公式公式: : : : 定律说明定律说明附图附图1-41-4. .3 磁路的基尔霍夫第一定律磁路的基尔霍夫第一定律 4 4磁路的基尔霍夫第二定律磁路的基尔霍夫第二定律 定律背景定律背景:磁路计算时，总是把整个磁路分成若干磁路计算时，总是把整个磁路分成若干段，每段为同一材料、相同截面积，且段内磁通段，每段为同一材料、相同截面积，且段内磁通密度处处相等，从而磁场强度亦处

5、处相等。密度处处相等，从而磁场强度亦处处相等。定律内容定律内容:沿任何闭合磁路的总磁动势恒等于各段沿任何闭合磁路的总磁动势恒等于各段磁路磁位降的代数和。磁路磁位降的代数和。 定律公式定律公式: : 定律说明定律说明附图附图1-5.磁路和电路的比拟仅是磁路和电路的比拟仅是种数学形式上的类似而种数学形式上的类似而不是物理本质的相似。不是物理本质的相似。 1-2 1-2 常用的铁磁材料及其特性常用的铁磁材料及其特性一、铁磁物质的磁化一、铁磁物质的磁化 铁磁物质的磁化铁磁物质的磁化 铁磁材料在外磁场中呈现很强的磁性，此现象称铁磁材料在外磁场中呈现很强的磁性，此现象称为为铁磁物质的磁化铁磁物质的磁化。

6、磁畴磁畴示意图示意图1-6. 二、磁化曲线和磁滞回线二、磁化曲线和磁滞回线 1起始磁化曲线起始磁化曲线 定义定义 :将一块尚未磁化的铁磁材料进行磁化，当将一块尚未磁化的铁磁材料进行磁化，当磁场磁场强度强度H由零逐渐增大时，磁通密度由零逐渐增大时，磁通密度B将随之增将随之增大，曲线大，曲线B=f(H)就称为起始磁化曲线就称为起始磁化曲线. 曲线曲线附图附图1-7. 分析分析:起始磁化曲线基本上可分为四段起始磁化曲线基本上可分为四段 ,如下如下 铁磁材料铁磁材料 磁化曲线示意图磁化曲线示意图1-7.应用应用: 设计电机和变压器时，为使主磁路内得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

7、过分增大励磁磁动势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通常把铁心内的工作磁通密度选择在膝点附近 2磁滞回线磁滞回线 示意图示意图: 图图1-8. 相关重要概念相关重要概念 剩磁剩磁: :去掉外磁场之后，铁磁材料内仍然保留的磁去掉外磁场之后，铁磁材料内仍然保留的磁通密度通密度 。 矫顽力矫顽力: :要要使使B值从减小到零，必须加上相应的反值从减小到零，必须加上相应的反向外磁场，此反向磁场强度称为矫顽力向外磁场，此反向磁场强度称为矫顽力 。Hc 磁滞：磁滞：铁磁材料所具有的这种磁通密铁磁材料所具有的这种磁通密度度B的变化滞的变化滞后于磁场强度后于磁场强度H

8、变化的现象变化的现象 。 磁滞回线：磁滞回线：呈现磁滞现象的呈现磁滞现象的B-H闭合回线。闭合回线。 磁滞现象是铁磁材料的另一个特性。磁滞现象是铁磁材料的另一个特性。 3基本磁化曲线基本磁化曲线 定义定义: :对同一铁磁材料，选择不同的磁场强度进行对同一铁磁材料，选择不同的磁场强度进行反复磁化，可得一系列大小不同的磁滞回线反复磁化，可得一系列大小不同的磁滞回线,再将再将各磁滞回线的顶点联接起来各磁滞回线的顶点联接起来,所得的曲线所得的曲线. 示意图示意图1-9. 附附:电机中常用的硅钢片、铸铁和铸钢的电机中常用的硅钢片、铸铁和铸钢的 基本磁化基本磁化曲线。曲线。 三、铁磁材料三、铁磁材料 1软

9、磁材料软磁材料 定义定义: : 磁滞回线窄、剩磁和矫顽力磁滞回线窄、剩磁和矫顽力Hc都小的材料都小的材料 。 附图附图1-11a。 常用软磁材料：常用软磁材料：铸铁、铸钢和硅钢片等。铸铁、铸钢和硅钢片等。 2硬磁硬磁(永磁永磁)材料材料 定义定义:磁滞回线宽、和磁滞回线宽、和Hc都大的铁磁材料称为硬磁都大的铁磁材料称为硬磁材料材料 。 附图附图1-11b. 磁性能指标磁性能指标 剩磁剩磁 矫顽力矫顽力 最大磁能积最大磁能积种种类类示示意意图图 四、铁心损耗四、铁心损耗 1磁滞损耗磁滞损耗 定义定义：铁磁材料置于交变磁场中时，磁畴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

10、，这相互间不停地摩擦、消耗能量、造成损耗，这种损耗称为磁滞损耗。种损耗称为磁滞损耗。 公式公式： 应用应用：由于硅钢片磁滞回线的面积较小，由于硅钢片磁滞回线的面积较小，故电机和变压器的铁心常用硅钢片叠成。故电机和变压器的铁心常用硅钢片叠成。 2涡流损耗涡流损耗 相关概念相关概念涡流：涡流：环流在铁心内部围绕磁通作环流在铁心内部围绕磁通作旋涡状流动旋涡状流动 。 涡流涡流示意图示意图1-121-12。 定义：定义：涡流在铁心中引起的损耗涡流在铁心中引起的损耗 公式：公式： 应用：应用：为减小涡流损耗，电机和变压器的铁心为减小涡流损耗，电机和变压器的铁心都用含硅量较高的薄硅钢片叠成。都用含硅量较高

11、的薄硅钢片叠成。 3 3铁心损耗铁心损耗 定义定义: : 铁心中磁滞损耗和涡流损耗之和。铁心中磁滞损耗和涡流损耗之和。 表达式表达式: :一、直流磁路的计算一、直流磁路的计算导言导言: : 磁路计算时，通常是先给定磁通量，然后磁路计算时，通常是先给定磁通量，然后计算所需要的励磁磁动势。对于少数给定励磁磁计算所需要的励磁磁动势。对于少数给定励磁磁动势求磁通量的逆问题，由于磁路的非线性。需动势求磁通量的逆问题，由于磁路的非线性。需要进行试探和多次迭代，才能得到解答。要进行试探和多次迭代，才能得到解答。 1-3 1-3 磁路的计算磁路的计算 1 1简单串联磁路简单串联磁路 定义定义:不计漏磁影响，仅

12、有一个磁回路的无分支磁不计漏磁影响，仅有一个磁回路的无分支磁路路 . 附图附图1-13. 点击书本进入例题点击书本进入例题1-2例例题题2简单并联磁路简单并联磁路 定义：定义：指考虑漏磁影响，或磁回路有两个以上分指考虑漏磁影响，或磁回路有两个以上分支的磁路。支的磁路。 点击书本进入例题点击书本进入例题1-3。例例题题二、直流电机的空载磁路和磁化曲线二、直流电机的空载磁路和磁化曲线 空载磁路及其计算空载磁路及其计算 定义定义: :直流电机的空载磁场是指励磁绕组内通有直流励直流电机的空载磁场是指励磁绕组内通有直流励磁电流时，由励磁磁动势单独激励的磁场。磁电流时，由励磁磁动势单独激励的磁场。 直流电

13、机的磁化曲线直流电机的磁化曲线 曲线曲线示意图示意图1-16。 电机的磁化曲线体现了电机磁路的非线性，这种电机的磁化曲线体现了电机磁路的非线性，这种非线性使电机运行特性的数学表达复杂化。工程非线性使电机运行特性的数学表达复杂化。工程分析中，常用线性分析加上适当修正的办法来考分析中，常用线性分析加上适当修正的办法来考虑非线性的影响。虑非线性的影响。三、交流磁路的特点三、交流磁路的特点 1. 1. 交流磁路中，激磁电流是交流，因此磁路中交流磁路中，激磁电流是交流，因此磁路中的磁动势及其所激励的磁通均随时间而交变，但的磁动势及其所激励的磁通均随时间而交变，但每一瞬时仍和直流磁路一样，遵循磁路的基本定

14、每一瞬时仍和直流磁路一样，遵循磁路的基本定律律 2.2.就瞬时值而言，通常情况下，可以使用相同就瞬时值而言，通常情况下，可以使用相同的基本磁化曲线。的基本磁化曲线。 3.3.磁通量和磁通密度均用交流的幅值表示，磁磁通量和磁通密度均用交流的幅值表示，磁动势和磁场强度则用有效值表示。动势和磁场强度则用有效值表示。 交变磁通的两个效应交变磁通的两个效应: (1)磁通量随时间交变，必然会在激磁线圈内产磁通量随时间交变，必然会在激磁线圈内产生感应电动势；生感应电动势； (2)磁饱和现象会导致电流、磁通和电动势波形磁饱和现象会导致电流、磁通和电动势波形的畸变。的畸变。 小提示:本章内容已结束本章内容已结束, ,及时复习可以巩及时复习可以巩固学习效果。固学习效果。