第1章 磁路.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第一章 磁 路,1-1,磁路的基本定律,1-2,常用铁磁材料及其特性,1-3,直流,磁路的计算,内蒙古工业大学,1-4,交流磁,路的特点,小 结,1-1,磁路的基本定律,内蒙古工业大学,一、磁场的基本物理量和基本性质,1,、磁场的几个常用物理量,（,1,）磁感应强度,B,表征磁场中某点磁场强弱及方向的物理量,。,是矢量,。,B=F/IL,单位,:,国际单位制,(SI),中是,特斯拉,(T),电磁单位制,(CGSM),中是,高斯,(Gs),1Gs=10,-4,T,电机以磁场为媒介实现机电能量转换,大小：根据载流导体在磁场中的受力来确定,方向：,磁感应线上某一点的切线方向，就是该点磁,感应强度的方向。由,右手定则,来确定。,(a),右手定则,过 渡,右手螺旋定则,I,(c),内蒙古工业大学,I,(b),（,2,）磁通,在磁场中,穿过某一曲面磁感应线的总和,是标量。,(,A,为磁场中某一曲面的面积,),当,B,与,dA,的夹角,小于,90,0,当,B,与,dA,的夹角,大于,90,0,1,Mx,=,10,-8,Wb,内蒙古工业大学,单位,:,国际单位制,(SI),中是韦伯,(,Wb,),电磁单位制,(CGSM),中是麦克斯韦,(,Mx,),在均匀磁场中,:,=,BA,磁感应强度,是单位面积内穿过的磁通量，也称为,磁通密度，简称,磁密,。,（,3,）磁导率,表示物质导磁能力的物理量。,根据磁性能的不同,分为,:,顺磁性,:,如铝、铅、铂、空气等,逆磁性,:,如铜、金、银等,铁磁性,:,如铁、钢、钴、镍等,内蒙古工业大学,单位：,国际单位制中是,亨,/,米,(H/m),相对磁导率,:,真空磁导率为,:,非铁磁,性材料,内蒙古工业大学,（,4,）磁场强度,H,描述磁场强弱和方向的另一个物理量。是矢量。,单位,:,国际单位制,(SI),中是,安,/,米,(A/m),电磁单位制,(CGSM),中是,奥斯特,(,Oe,),2,、磁场的基本性质,(,规律,),磁通连续性原理,在磁场中，磁感应强度对任意闭合面的面积分恒等于零。,内蒙古工业大学,安培环路定律,(,全电流定律,),在磁场中，磁场强度沿任意闭合路径的线积分等于该路径所包围全部电流的代数和。,电流的正负由,右手螺旋,法则确定，当,符合,时电流取,正,，否则取,负,。,例：,H,L,内蒙古工业大学,N,i,如图，若磁路上各点,H,都相等，则,二、,磁路的概念,磁通所通过的路径。例：,变压器磁路,见图,1-3,两极直流电机磁路,见图,1-4,仪表磁路,见图,1-5,主磁通,-,沿铁磁材料闭合的磁通，用来能量的转,换和传递。,漏磁通,-,沿非铁磁材料闭合的磁通，不参加能量,的转换和传递。,内蒙古工业大学,主磁通,和,漏磁通,所通过的路径分别构成,主磁路,和,漏磁路,。,励磁线圈,-,激励磁路中磁通的载流线圈,励磁电流,-,励磁线圈中流通的电流,直流磁路,-,励磁电流为直流，磁路中的磁通是,恒定的，不随时间的变化而变化,交流磁路,-,励磁电流为交流，磁路中的磁通是,随时间的变化而变化,三、,磁路的基本定律,1,、磁路的欧姆定律,A,N,i,内蒙古工业大学,如图，铁心截面积为,A,，磁路的平均长度为,L,，不计漏磁通，并认为分布在各截面上磁通密度均匀，而且垂直于各截面积，则,式中,:,磁动势,磁阻,铁磁材料的磁阻为非线性,磁导,(A),(H,-1,),(H),2,、磁路的基尔霍夫第一定律,内蒙古工业大学,任意一个磁节点,上磁通的代数和为零,一般式,:,A,N,i,i,N,a,b,c,d,e,f,3,、磁路的基尔霍夫第二定律,相同材料,(,相同,),相同的截面分为若干段,内蒙古工业大学,式中：,HL,称为,磁位差,表明：,作用在闭合磁路上的总磁动势等于各段磁路,磁位差的代数和。,一般式：,磁路与电路的区别：,电路中有电流就有功率损耗,但直流磁路,中,有磁通，铁心中没有功率损耗。,电路中可认为电流全部在导线中流通，导线外,没电流，但在磁路中没有绝对的磁绝缘体，除了铁,心中的磁通外还有一部分漏磁通散布在周围空气中。,电路中导体的电阻率,在一定温度下是不变的，,而磁路中铁心的磁导率,是随铁心的饱和程度大小,而变化的。,内蒙古工业大学,磁路和电路的对比,电路,磁路,电流,I,(A),磁通,(,Wb,),电动势,E,(V),磁动势,F,(A),电压降,IR,(V),磁压降,(A),电阻,(,),磁阻,(),电导,磁导,电路欧姆定律,U=IR,磁路欧姆定律,基尔霍夫第一定律,磁路基尔霍夫第一定律,基尔霍夫第二定律,磁路基尔霍夫第二定律,内蒙古工业大学,1-2,常用铁磁材料及其特性,一、铁磁物质的磁化,铁磁物质在外磁场的作用下能呈现出很强的磁性。,磁畴：在没有外磁场作用时，对外不显磁性；在,外磁场的作用下，形成一个很强的附加磁场，使合成磁场大为增强。,未磁化,B,外,B,附,磁化,铁磁材料特性之一,二、磁化曲线和磁滞回线,内蒙古工业大学,1,、起始磁化曲线,非铁磁材料,0,为一常数，,B,与,H,成,线性,关系。,未磁化的铁磁材料在磁场强度由零逐渐增大时，,对应的,B,和,H,关系曲线。即,B=,f(H,),铁磁材料,0,为一变量，,B,与,H,成,非线性,关系。,B,H,a,b,c,d,o,oa,段：,a,点为跗点，,B,增加慢。,ab,段,：,B,迅速增加。,bc,段：,B,值增加越来越来慢，,这种现象称为,饱和,，,b,点称为,膝点,。,铁磁材料特性之二,内蒙古工业大学,cd,段,:,c,点称为,饱和点,趋向,0,.,设计电机和变压器时，,工作磁密,选择在,膝点,附近。,2,、磁滞回线,若铁磁材料反复进行周期性磁化，可得到关于原,点对称的封闭曲线。,磁滞：,B,的变化总是滞后于,H,的变化。,剩磁,Br,：,去掉外磁场后，仍然,具有一定的磁性。,矫顽力,Hc,：,要使,B,值为零，,所加反向外磁场强度。,H,B,a,b,c,d,e,f,注意：磁化和退磁是一个不,可逆的过程。,铁磁材料特性之三,3,、基本磁化曲线（平均磁化曲线）,内蒙古工业大学,将各磁滞回线的顶点连接起来所得的曲线。,如,图,1,13,为电机中常用硅钢片、,铸铁、铸钢的基本磁化曲线。,三、铁磁材料,1,、软磁材料,Br,、,Hc,都小，磁滞,回线窄，磁导率高。如硅钢片、,铸铁、铸钢等做电气设备铁心。,2,、硬磁材料,Br,、,Hc,都大，磁滞,回线宽。如铁氧体、,铝镍钴、钕铁硼等,做永久磁铁。,H,B,B,H,B,H,三、铁心损耗,1,、磁滞损耗,铁磁材料在交变磁场中，由于磁畴要来回转动，相互摩擦而消耗能量造成的损耗。,式中，,f,为磁场交变频率；,v,为铁心体积,；,工程计算经验公式,：,式中，为损耗系数，与材料有关；,为最大磁感应强度；,，,取决于材料的性质和 的值,。,内蒙古工业大学,为回线面积。,2,、涡流损耗,内蒙古工业大学,当通过铁心中的磁通随时间变化时，铁心内产生,旋涡状的环流称为涡流，所引起的损耗。,式中,C,e,为损耗系数；,为铁片厚度。,B,B,B,B,内蒙古工业大学,3,、铁心损耗,一般电气参数中的,1,T,B,m,1.8,T,，近似计算式为：,C,Fe,铁损系数；,G,为铁心的重量；,P,为比铁损（查手册）,内蒙古工业大学,1-3,直流磁路的计算,正面问题：已知磁通求磁动势,计,算,步,骤,1.,将磁路按相同材料和相同截面分段；,2.,计算各段磁路的有效截面积,A,和平均长度,L,；,3.,计算各段磁路的平均磁密：；,4.,计算各段磁路的,H,K,（铁磁材料从磁化曲线上,查，气隙由 ）；,5.,由磁路的基尔霍夫第二定律计算磁动势。,类型,无分支磁路,有分支磁路,对称,不对称,计算,反面问题：已知磁动势求磁通（,试探法,）,内蒙古工业大学,一、简单串联磁路,各段磁路的磁通,均相同。,例：,磁路由铸钢和气隙构成,A,Fe,=3,3,10,-4,m,2,L,Fe,=0.3 m,，。求该磁路获得磁通,量,=0.0009,Wb,时所需的磁动势。,解：,铁心为一段，气隙为一段；,气隙的截面具有边沿效应，使,得有效截面增大。矩形截面在,长、宽方向中增加一个 ，圆,形截面在直径上增加一个 。,i,N,内蒙古工业大学,查曲线：,例：,如图，铁心所用材料为,DR530,硅钢片，铁心柱,和铁轭的截面积均为 ，磁路段的,平均长度 ，气隙长度,励磁线圈匝数 。不计漏磁通，试求在,气隙内产生 磁密时,所需的励磁电流 。,二、简单并联磁路,L,L,L,A,i,内蒙古工业大学,解：,由于磁路并联对称,只需计算其中一个磁回,路即可。磁路可分为三,段：,内蒙古工业大学,中柱,铁心,气隙,气隙中的磁通,一半中柱的磁密,铁心,L,L,L,A,i,内蒙古工业大学,查磁化曲线：,内蒙古工业大学,1-4,交流磁路的特点,交变磁通在铁心中引起损耗；,交变磁通,(,包括主磁通和漏磁通,),在励磁线圈中产生,感应电动势：；,磁饱和现象会导致励磁电流、磁通和电动势波形的,畸变。,t,i,i,t,尖顶,正弦,t,i,i,t,平顶,正弦,内蒙古工业大学,小 结,一、磁场的基本物理量和基本规律,连续性原理：,全电流定律：,二、磁路的基本定律,磁路的欧姆定律：,磁路基尔霍夫第一定律：,磁路基尔霍夫第二定律：,内蒙古工业大学,三、,铁磁材料的特性,软磁性材料；,硬磁性材料,磁化曲线,起始磁化曲线,基本磁化曲线,磁滞回线,(,Br,、,Hc,参数,),磁化、饱和、磁滞,四、直流磁路的计算,无分支磁路,正面问题：,反面问题：,试探法,有分支磁路：,对称时只计算一个磁回路,内蒙古工业大学,五、交流磁路,1.,铁损（涡流损耗、磁滞损耗，与,f,、,Bm,有关）；,2.,产生,e,；,3.,i,、,、,e,波形畸变。,作业：,P17 1-1 1-2 1-5 1-7 1-8,图,1-1,安培环路定律,H,L,返回,图,1-2,N,i,返回,主磁通,漏磁通,图,1-3,变压器的磁路,返回,漏磁通,漏磁通,漏磁通,i,1,i,2,主磁通,漏,磁,通,图,1-4,两极直流电机,返回,返回,图,1-5,仪表磁路,主磁通,漏磁通,图,1-6,等截面无分支铁心磁路,A,N,i,返回,图,1-7,磁路的基尔霍夫第一定律,A,N,i,返回,f,e,d,c,b,a,图,1-8,磁路的基尔霍夫第二定律,i,返回,B,H,图,1-11,铁磁材料的起始磁化曲线,a,b,c,d,返回,图,1-5,磁路的基尔霍夫第二定律,i,返回,图,1-910,磁畴,(a),未磁化,(b),磁化,返回,外加磁场,H,图,1-12,铁磁材料的磁滞回线,H,B,a,b,c,d,e,f,返回,图,1-12,基本磁化曲线,基本磁化曲线,H,B,返回,图,1-14,软磁材料的磁滞曲线,B,返回,H,图,15,硬磁材料的磁滞曲线,返回,B,H,