1、第1章 磁路,电能,机械能,磁场,本章要求：,上一张,下一张,1.1.1 磁场的基本物理量,1. 磁感应强度 B,电流,用磁力线描述,磁场,描述磁场中某点强弱和方向的物理量，是一个矢量。,定义式：,上一张,下一张,磁力线是闭合的，且围绕着产生它的电流，并满足右手螺旋定则。,单位：T,磁场内各点的磁感应强度大小相等，方向也相同，称为均匀磁场。,1.1 磁路的基本物理量及基本定律,2. 磁通,单位：Wb,穿过某一截面S的磁力线总数或磁感应强度B的通量，即,均匀磁场，若B与S相互垂直，则：,上一张,下一张,或：,磁通密度，单位:Wb/m2,若S的法线与B的方向之间夹角为,3. 磁场强度 H,表征磁场
2、性质的另一基本物理量，是矢量。单位：A/m,反映磁性材料的导磁能力,上一张,下一张,0 = 4107 H / m,真空中的磁导率:,铁磁材料的磁导率:,即,各种矽钢片材料，,对于铸钢，,H 与 B 的区别, H I，与介质的性质无关。 B 与电流的大小和介质的性质均有关。,上一张,下一张,1.1.2 磁路的概念,上一张,下一张,磁力线经过的路径称为磁路。,电机空载磁路,主磁通：绝大多数在铁心中闭合的磁通。,漏磁通：在部分铁心和铁心周围的空间存在的少量分散的磁通。,励磁线圈：用以激励磁路中磁通的载流线圈。,励磁电流：励磁线圈中的电流，有直流和交流之分。,电生磁的基本定律安培环路定律 磁生电的基本
3、定律法拉第电磁感应定律 电磁力定律磁路的欧姆定律磁路的基尔霍夫第一定律磁路的基尔霍夫第二定律,上一张,下一张,1.1.3磁路的基本定律,磁场中沿任一闭合回路的磁场强度H的线积分等于该闭合回路所包围的所有导体电流的代数和，即有,1.电生磁的基本定律安培环路定律,F称为磁势，是磁场源，即磁场是由磁势（安匝数）产生的。,上一张,下一张,2. 磁生电的基本定律电磁感应定律,1）运动电势：,导体在磁场中运动时，导体中会感应出电势e 。,电势大小：e=Blv。,B: 磁密；l：导体长度；v：导体与磁场的相对速度。,正方向：用右手定则判断。,上一张,下一张,2）变压器电势：,线圈中的磁通变化时，线圈中会感应
4、电势e：,电势e正方向：e 的正方向与正方向符合右手螺旋关系,上一张,下一张,楞次定律,3、毕-萨电磁力定律,一个通电流的导体，在磁场中要受到力的作用，这个力叫电磁力。,电磁力f=Bli,电磁力方向：左手定则判断,上一张,下一张,在旋转电机里，作用在转子载流导体上的电磁力将使转子受到一个力矩，即为电磁力矩。在电机进行机电能量转换过程中起着重要作用。,4. 磁路欧姆定律,安培环路定律:,H dl = I =F,铁心中：,气隙中：,左边= H dl,=H dl,= Hc lcH 0 l0,上一张,下一张,磁阻:,= (RmcRm0) = Rm,Rm = Rmc+ Rm0,右边 = I = NI,=
5、 F,因此 Rm = F,磁路欧姆定律,磁动势,N I 一定时， 因 Rm0 的存在，使 大大减小； 若要保持 一定，则需增大磁动势 F。,上一张,下一张,例1-1 有一闭合铁心磁路，铁心的截面积A=910-4m2,磁路的平均长度 l =0.3m，铁心的磁导率Fe=50000，套装在铁心上的励磁绕组为500匝。试求在铁心中产生1T的磁通密度时，需要多少励磁磁动势和励磁电流？,解 用安培环路定律求解如下,上一张,下一张,5、磁路的基尔霍夫定律,（1）磁路的基尔霍夫第一定律,或,上一张,下一张,（2）磁路的基尔霍夫第二定律,上一张,下一张,磁路和电路有相似之处，却要注意有以下几点差别：,1）电路中
6、有电流I 时，就有功率损耗；而在直流磁路 中，维持一定磁通量，铁心中没有功率损耗。,2）电路中的电流全部在导线中流动；而在磁路中，总 有一部分漏磁通。,3）电路中导体的电阻率在一定的温度下是恒定的；而磁 路中铁心的导磁率随着饱和程度而有所变化。,4）对于线性电路，计算时可以用叠加原理；而在磁路 中，B和H之间的关系为非线性，因此计算时不可以 用叠加原理。,上一张,下一张,1.2 常用的铁磁材料及其特性,按磁导率分类：非磁性物质、磁性物质。非磁性物质 0,上一张,下一张,磁性物质,1.2.1 铁磁物质的磁化,铁磁材料在外磁场中呈现很强的磁性，称为铁磁物质的磁化。,磁性物质内部存在着很多很小的“磁
7、畴”。,磁畴（磁化前）,磁畴（磁化后）,磁性物质的高导磁性被广泛应用于变压器 和电机中。,上一张,下一张, 铸钢： 1 000 0 硅钢片： ( 6 000 7 000) 0 玻莫合金： 比 0 大几万倍。,起始磁化曲线,1.2.2 磁化曲线和磁滞回线,B = H （ 常数） 磁化曲线,a点称为跗点；拐弯点b称为膝点；c点为饱和点。,上一张,下一张,剩磁,矫顽磁力,磁滞回线,基本磁化曲线,上一张,下一张,磁滞回线和基本磁化曲线,(1) 硬磁材料 BH 曲线宽，Br 大、Hc 大。如钨钢、钴钢等用于制造永磁铁。(2) 软磁材料 BH 曲线窄， Br 小、Hc 小。如硅钢片、铸钢等用于制造变压器、
8、电机等电器的铁心。(3) 矩磁物质 BH 曲线形状接近矩形， Br 大、Hc 小。 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,上一张,下一张,由于电机铁芯采用软磁材料制成，其磁滞回线瘦窄，在进行磁路计算时，为了简化计算，不考虑磁滞现象，而用基本磁化曲线来表示B与H之间的关系，故通常所讲的铁磁材料的磁化曲线是指基本磁化曲线。,上一张,下一张,(1)磁滞损耗,铁磁材料在交变的磁场中反复磁化，磁畴间相互摩擦，产生损耗，这种损耗称为磁滞损耗。磁滞损耗与交变磁场的频率f、铁芯的体积V、磁滞回线的面积成正比。磁滞损耗功率可用下式表示：,式中Ch磁滞损耗系数，它的大小取决于材料性质；对一
9、般电工钢片n=1.62.3；f磁通交变频率；Bm磁通密度的最大值。,1.2.3铁芯损耗,交流磁路中存在铁芯损耗，铁芯损耗又分为磁滞损耗和涡流损耗。,上一张,下一张,涡流损耗功率可用下式表示：,式中钢片厚度,为减小损耗,电机和变压器的铁心都用(厚度为0.35-0.5mm)硅钢片叠成。,(2)涡流损耗,铁芯是有阻值的，当磁通交变时，铁芯中就会感应交变的电势，在导电的铁芯中就会产生环流，这种电流在铁芯构成的回路与磁通相环链，故称涡流，涡流产生的损耗称为涡流损耗。,上一张,下一张,(3)铁芯损耗,铁芯中的磁滞损耗和涡流损耗之合称为铁芯损耗，即有：,对于一般的电工硅钢片，可以近似写成：,铁心损耗与频率的
10、1.3次方、磁通密度的平方和铁心重量成正比。,上一张,下一张,铜损耗使线圈发热， 铁损耗使铁心发热。 减小铁损耗的方法： 使用软磁材料减小Ph 。 增大铁心的电阻率， 减小涡流及其损耗 。用很薄的硅钢片叠成铁心， 减小涡流及其损耗 。,涡流损耗,(a),(b),0.35mm0.30mm0.27mm0.22mm,上一张,下一张,1.3 直流磁路的计算,磁路计算正问题给定磁通量，计算所需的励磁磁动势,磁路计算逆问题给定励磁磁势，计算磁路内的磁通量,磁路计算正问题的步骤：1）将磁路按材料性质和不同截面尺寸分段；2）计算各段磁路的有效截面积Ak和平均长度lk；3）计算各段磁路的平均磁通密度Bk ，Bk
11、=k/Ak；4）根据Bk求出对应的Hk；5）计算各段磁位降Hklk，最后求出 F= Hklk。,磁路计算逆问题因为磁路为非线性的，用试探法。,上一张,下一张,一、简单串联磁路,例1-2 铁心由铸钢和空气隙构成，截面积AFe=0.0009m2，磁路平均长度lFe=0.3m，气隙长度=510-4m，求该磁路获得磁通量=0.0009Wb时所需的励磁磁动势。,上一张,下一张,考虑气隙磁场的边缘效应，在计算气隙有效面积时，在长、款各增加一个值。,解：铁心内磁通密度为,从铸钢磁化曲线查得：与BFe对应的HFe=9102A/m,空气隙中：,铁心段的磁位降：,所以，励磁磁势为 F=HFelFe+Hl=655A,上一张,下一张,作业： 例1-2 1-8,上一张,下一张,本章小结,磁场的几个基本物理量；电磁学的几个基本定律：电磁感应定律，电磁力定律，安培环路定律，磁路的欧姆定律以及磁路的基尔霍夫定律；铁磁物质的磁性能：磁化曲线与铁损耗问题。,
