电机拖动第1章磁路.ppt

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1、LFChun 制作 大连理工大学电气工程系第第 1 章章 磁磁 路路1.1 磁场的基本物理量磁场的基本物理量1.2 物质的磁性能物质的磁性能1.3 磁路的基本定律磁路的基本定律1.4 铁心线圈电路铁心线圈电路1.1 磁场的基本物理量磁场的基本物理量1.2 物质的磁性能物质的磁性能1.3 磁路的基本定律磁路的基本定律1.4 铁心线圈电路铁心线圈电路返回主页返回主页电机与拖动电机与拖动大连理工大学电气工程系1.1 磁场的基本物理量磁场的基本物理量电流的磁场电流的磁场第第 1 章章 磁磁 路路直导线电流的磁场直导线电流的磁场线圈线圈 电流的磁场电流的磁场右手螺旋右手螺旋定定 则则大拇指方向表示导线电

2、流方向大拇指方向表示导线电流方向四指回转方向表示磁感线方向四指回转方向表示磁感线方向四指回转方向表示线圈电流方向四指回转方向表示线圈电流方向大拇指方向表示线圈内部磁感线方向大拇指方向表示线圈内部磁感线方向ii大连理工大学电气工程系1.磁通磁通 单位：单位：Wb2.磁感应强度磁感应强度 B 单位：单位：T 在均匀磁场中：在均匀磁场中：B=A Wb/m2 3.磁场强度磁场强度 H 单位：单位：A/m1.1 磁场的基本物理量磁场的基本物理量 磁通密度磁通密度大连理工大学电气工程系0=4107 H/m BH =H 与与 B 的区别的区别 H I，与介质的性质无关。，与介质的性质无关。B 与电流的大小和

3、介质的性质均有关。与电流的大小和介质的性质均有关。4.磁导率磁导率 单位：单位：H/m真空中的磁导率真空中的磁导率:1.1 磁场的基本物理量磁场的基本物理量大连理工大学电气工程系1.2 物质的磁性能物质的磁性能 按磁导率分类：非磁性物质、磁性物质。按磁导率分类：非磁性物质、磁性物质。一一、非磁性物质、非磁性物质 0 1.顺磁物质（如空气）：顺磁物质（如空气）：略大于略大于 0。2.反磁物质（如铜）：反磁物质（如铜）：略小于略小于 0。二二、磁性物质磁性物质1.高导磁性高导磁性 第第 1 章章 磁磁 路路 铸钢：铸钢：1 000 0 硅钢片：硅钢片：(6 000 7 000)0 坡莫合金：坡莫合

4、金：比比 0 大几万倍。大几万倍。0 大连理工大学电气工程系 磁性物质内部存在着很多很小的磁性物质内部存在着很多很小的“磁畴磁畴”。磁畴（磁化前）磁畴（磁化前）磁畴（磁化后）磁畴（磁化后）磁性物质的高导磁性被广泛应用于变压器磁性物质的高导磁性被广泛应用于变压器 和电机中。和电机中。1.2 物质的磁性能物质的磁性能大连理工大学电气工程系起始磁化曲线起始磁化曲线BHO2.磁饱和性磁饱和性 常数常数 磁化曲线（磁化曲线（BH曲线）曲线）abcdB=f(H)B=0H1.2 物质的磁性能物质的磁性能大连理工大学电气工程系3.磁滞性磁滞性B的变化总是滞后于的变化总是滞后于H的变化的变化BHOHm Bm 剩

5、剩磁磁 Hm 矫顽磁力矫顽磁力 Br Hc BmHcBr磁滞回线磁滞回线BHO基本磁化曲线基本磁化曲线1.2 物质的磁性能物质的磁性能大连理工大学电气工程系常用磁性材料的基本磁化曲线常用磁性材料的基本磁化曲线 1.2 物质的磁性能物质的磁性能大连理工大学电气工程系(1)硬磁物质硬磁物质 BH 曲线宽，曲线宽，Br 大、大、Hc 大。大。用于制造永磁铁。用于制造永磁铁。(2)软磁物质软磁物质 BH 曲线窄，曲线窄，Br 小、小、Hc 小。小。用于制造变压器、电机和电器等的铁心。用于制造变压器、电机和电器等的铁心。(3)矩磁物质矩磁物质 BH 曲线形状接近矩形，曲线形状接近矩形，Br 大、大、Hc

6、 小。小。用于计算机中，作记忆单元。用于计算机中，作记忆单元。按磁滞回线的不同，磁性物质可分为按磁滞回线的不同，磁性物质可分为 1.2 物质的磁性能物质的磁性能大连理工大学电气工程系1.3 磁路的基本定律磁路的基本定律u 主磁通主磁通漏磁通漏磁通磁磁路路i第第 1 章章 磁磁 路路大连理工大学电气工程系一、一、磁路欧姆定律磁路欧姆定律c Ac lc0A0l0+ui全电流定律全电流定律:Bc=AcHc=Bc c H dl=I 铁心中：铁心中：气隙中：气隙中：左边左边=H dl l=H dl=Hc lcH 0 l01.3 磁路的基本定律磁路的基本定律=c Ac B0=A0Hc=B0 0=0 A0

7、1.恒定磁通的磁路欧姆定律恒定磁通的磁路欧姆定律大连理工大学电气工程系磁阻磁阻:=(RmcRm0)=Rm Rm=Rmc+Rm0lc c Ac=()l0 0 A0lc c Ac=l0 0 A0右边右边 =I=NI =F 因此因此 Rm=F =FRm 磁路欧姆定律磁路欧姆定律 1.3 磁路的基本定律磁路的基本定律 N I 一定时，一定时，因因 Rm0 的存在，使的存在，使 大大减小；大大减小；若要保持若要保持 一定，则需增大磁通势一定，则需增大磁通势 F。由于由于 c 0，因此因此 Rm0 Rmc。（磁通势）（磁通势）大连理工大学电气工程系2.交变磁通的磁路欧姆定律交变磁通的磁路欧姆定律 磁路欧姆

8、定律磁路欧姆定律：磁通势幅值磁通势幅值：磁阻抗磁阻抗：其中：其中：磁阻磁阻磁抗磁抗1.3 磁路的基本定律磁路的基本定律大连理工大学电气工程系二、磁路基尔霍夫定律二、磁路基尔霍夫定律1.磁路基尔霍夫第一定律磁路基尔霍夫第一定律闭合面闭合面i1i2123l1 l3 l2312=0 任一闭合面：任一闭合面：=02.磁路基尔霍夫第二定律磁路基尔霍夫第二定律 F1F2=H dl l =H dl l =H1l1H2 l2 磁位差磁位差Um Um=Hl Um=F 1.3 磁路的基本定律磁路的基本定律大连理工大学电气工程系 【例例 1.3.1】图示磁路是由两块铸钢铁心及它们之图示磁路是由两块铸钢铁心及它们之间

9、的一段空气隙构成。各部分尺寸为：间的一段空气隙构成。各部分尺寸为：l0/2=0.5 cm，l1=30 cm，l2=12 cm，A0=A1=10 cm2，A2=8 cm2。线圈中的电流为直流电流。今要求在空气隙处的磁感应线圈中的电流为直流电流。今要求在空气隙处的磁感应强度达到强度达到 B0=1 T，问需要多大的磁通势？，问需要多大的磁通势？A1A2l1l2l0/2I I 解：解：(1)磁路中的磁通磁路中的磁通 =B0A0 =10.001 Wb =0.001 Wb(2)各段磁路的磁感应强度各段磁路的磁感应强度 B0=1 TB1=T=1 T A10.0010.0011.3 磁路的基本定律磁路的基本定

10、律大连理工大学电气工程系B2=T=1.25 T A20.001 0.000 8 A1A2l1l2l0/2I I(3)各段磁路的磁场强度各段磁路的磁场强度由磁化曲线查得：由磁化曲线查得：H1=9.2 A/cm H2=14 A/cmH0=A/m B0 01 4 107=796 000 A/m=7 960 A/cm1.3 磁路的基本定律磁路的基本定律大连理工大学电气工程系A1A2l1l2l0/2I I(4)各段磁路的磁位差各段磁路的磁位差 Um0=H0 l0 =7 9601 A=7 960 A Um1=H1 l1 =9.230 A=276 A Um2=H2 l2 =1412 A=168 A(5)磁通

11、势磁通势 F=Um0Um2Um2 =(7 960276168)A =8 404 A1.3 磁路的基本定律磁路的基本定律大连理工大学电气工程系 【例例 1.3.2】图示磁路由硅钢制成。磁通势图示磁路由硅钢制成。磁通势 F1=N1 I1=F2=N2 I2，线圈的绕向及各量的方向如图所示。，线圈的绕向及各量的方向如图所示。磁路左右对称，具体尺寸为：磁路左右对称，具体尺寸为：A1=A2=8 cm2，l1=l2=30 cm，A3=20 cm2，l3=10 cm。若已知。若已知 3=0.002 Wb，问两个线圈的磁通势各是多少？问两个线圈的磁通势各是多少？I23N2I1N112 解：解：由磁路基尔霍夫由磁

12、路基尔霍夫定律可得定律可得 3 2 1=0 Um1Um3=F1 Um2Um3=F2已知：已知：F1=F2，l1=l2 可得：可得：Um1=Um2l2l3N1l1N2A1 A2 A31.3 磁路的基本定律磁路的基本定律大连理工大学电气工程系即即 H1 l1=H2 l2 H1=H2因此因此 B1=B2 1=2 由于由于 1=2=3 20.0022=Wb=0.001 Wb 所以所以B1=T=1.25 T 1A10.0018104A1A2A3l2l3N1l1N2I23N2I1N112A1 A3A2 1.3 磁路的基本定律磁路的基本定律大连理工大学电气工程系B3=T=1 T 3A30.002 20104

13、 由磁化曲线查得：由磁化曲线查得：H1=6.5 A/m H3=3 A/m最后求得最后求得 F1=F2 =Um1Um3 =H1l1H3l3 =(6.530310)A =225 A1.3 磁路的基本定律磁路的基本定律大连理工大学电气工程系1.4 铁心线圈电路铁心线圈电路一、一、直流直流铁心线圈电路铁心线圈电路 励磁励磁 UUI I N I URI=线圈的功率：线圈的功率：P=R I2 电压与电流的关系电压与电流的关系:第第 1 章章 磁磁 路路大连理工大学电气工程系二、二、交流交流铁心线圈电路铁心线圈电路1.电磁关系电磁关系励磁：励磁：u i N i e e d dt=N didt=L d dt=

14、N u=Riee 的磁路为非线性磁路。的磁路为非线性磁路。设设 =m sint则则 e=N m cost =Em sin(t 90)1.4 铁心线圈电路铁心线圈电路ui e e +大连理工大学电气工程系E=4.44 f Nm 的磁路为线性磁路。的磁路为线性磁路。漏电感：漏电感：N iL =漏电抗：漏电抗：X=L =2 f L E=j4.44 f Nm 漏磁电动势：漏磁电动势：E =j XIu=uRee U=UREE=Ej L IRI=E+(Rj L )I=E+Z I 漏阻抗漏阻抗1.4 铁心线圈电路铁心线圈电路ui e e +大连理工大学电气工程系U=E 忽略漏阻抗，有忽略漏阻抗，有 U 4.

15、44 f N m=则则 当当 U、f 一定时，一定时，m 基本不变。基本不变。2.功率关系功率关系 有功功率有功功率:P=UI cos =PCu+PFe 铜损耗铜损耗 铁损耗铁损耗=RI2+(Ph+Pe)磁滞损耗磁滞损耗 涡流损耗涡流损耗 1.4 铁心线圈电路铁心线圈电路大连理工大学电气工程系(1)磁滞损耗磁滞损耗 Ph(2)涡流损耗涡流损耗 Pe 铜损耗使线圈发热，铜损耗使线圈发热，铁损耗使铁心发热。铁损耗使铁心发热。减小铁损耗的方法：减小铁损耗的方法：使用软磁材料减小使用软磁材料减小Ph。增大铁心的电阻率，增大铁心的电阻率，减小涡流及其损耗减小涡流及其损耗。用很薄的硅钢片叠成铁心，用很薄的

16、硅钢片叠成铁心，减小涡流及其损耗减小涡流及其损耗。涡流损耗涡流损耗 (a)(b)1.4 铁心线圈电路铁心线圈电路0.35mm0.30mm0.27mm0.22mm大连理工大学电气工程系Ph=V f H dB 磁滞损耗系数磁滞损耗系数磁场交变的频率磁场交变的频率磁感应强度最大值磁感应强度最大值 铁心的体积铁心的体积磁滞回线的面积磁滞回线的面积 电工钢片电工钢片:=1.6 2.3 涡流损耗涡流损耗 Pe 铁损耗铁损耗 PFe 磁滞损耗磁滞损耗 Ph 涡流损耗系数涡流损耗系数材料的厚度材料的厚度PFe=PhPe 铁损耗系数铁损耗系数铁心的质量铁心的质量1.4 铁心线圈电路铁心线圈电路一般：一般：Bm=

17、1 1.8 T Pe=Ke d 2 f 2 Bm V 2=Kh f Bm V =(Kh f BmKed 2 f 2 Bm)V 22PFeKFe f Bm m(频率系数频率系数=1.2 1.6)大连理工大学电气工程系 铁损耗的工程计算法铁损耗的工程计算法 OB/T P/Wkg 磁性材料的损耗曲线磁性材料的损耗曲线 f3 f2 f1 f1f2f3 1.4 铁心线圈电路铁心线圈电路大连理工大学电气工程系3.等效电路等效电路1.4 铁心线圈电路铁心线圈电路励磁电抗：励磁电抗：励磁电阻：励磁电阻：励磁阻抗：励磁阻抗：大连理工大学电气工程系则则1.4 铁心线圈电路铁心线圈电路铁损耗铁损耗铜损耗铜损耗+RjXR0jX0LFChun 制作 大连理工大学电气工程系练练 习习 题题v1.1.1v1.2.1 1.2.2v1.3.1 1.3.2 1.3.3 1.3.4v1.4.1 1.4.2 1.4.3*以教师画勾的题为准。以教师画勾的题为准。第第 1 章章 磁磁 路路下一章下一章