电机及电力拖动自动控制系统第一章电机学概论第二讲电机学基础知识

思考：
假设铁心长度 与气隙长度
导率 与气隙磁导率
比为1000/1；铁心磁
比为6000/1,那么线圈电流
产生的磁动势在铁心中与气隙中消耗的磁动势是什 么比值关系？
磁路和电路的比较
1. 电路中有电流i时，就有功率损耗i2R；而在直流磁路中维 持一定的磁通量Φ时，铁心中没有功率损耗。 2. 在电路中可以认为电流全部在导线中流通，导线外没有电 流；在磁路中，则没有绝对的磁绝缘体，除了铁心中的磁通 外，实际上总有一部分漏磁通散布在周围空气中。
1.5.2 铁磁材料具有磁饱和特性
铁磁材料的磁化曲线不 是一条直线， 会随铁磁材料内磁密 的变化而变化，当磁密 达到膝点后，铁磁材料内 磁密 呈现饱和想象， 也就是说，此时磁场强 度继续增加，铁磁材 料的磁导率 会迅速变 小，磁密 增加会越来 越慢。
膝点
1.5.3 铁磁材料具有磁滞特性
铁磁材料进行周期性磁化所反映的：
1）磁滞损耗
铁磁材料的磁滞效应可引起铁磁材料发 热，也就是说磁滞会引起磁滞损耗。
铁磁材料置于交变磁场中时，材料被交变磁场反复 磁化，引起磁畴(chou)的周期性转动，其转动摩擦 引起的损耗就是磁滞损耗 。
磁滞损耗与磁滞回线包围的面积、磁通交变频率 铁磁材料体积 成正比。
、
2）涡流损耗
铁心内的交变磁通将产生感应电势，进而在铁心内 引起环流。这些环流通常作为涡流状流动，称为涡 流。涡流引起的损耗，称为涡流损耗。
一旦转子插入定子，定转子磁 路中的磁场大大增强，且磁通 基本被约束在定子外圆以内的 范围。
结论：铁心具有增磁功能 。 因为铁磁材料的磁导率 Fe 要远远高于非铁磁材料 的磁导率（非铁磁材料的磁导率一般都可近似认 为等于真空的磁导率 ， ）。通常 Fe (2000~ 6000 )0 。 显然，一定的线圈电流在铁心磁路中聚集的磁通相对 空气磁路中磁通大得多。
负。其中大拇指所指为
的方向，四指为 方向。
2)电机分析中常用的简化形式的全电流定律
下图为均匀密绕螺管线圈，有
:作用在磁路上的安匝数称为磁
路磁动势，用 表示，单位 A。
螺管线圈线圈
对于下图的情况，在一般情况下，也可以近似地认 为属于均匀磁路，所以也可得下式。
l1
l2
单线圈铁心磁路
1.4.3 磁路的欧姆定律
铁磁材料包括铁、镍、钴以及它们的合金（其它材料 称之为非铁磁材料）。将铁磁材料放入磁场后，材料 内的磁场会显著增强。铁磁材料在外磁场中呈现很强 的磁性，此现象称为铁磁材料的磁化。
磁畴
未磁化 磁化后
1.5.1. 铁磁材料具有增磁作用（有很高导磁能力）
右图为同步电机转子线圈电 流产生的磁场很弱（磁力线 稀少）且分布在无限广阔的空 间。
第二讲 电机学基础——磁路基础知识
1.4 与磁路相关的基本物理定律
1.5 铁磁材料及其特性
1.4 与电机磁路相关的基本物理定律
1.4.1与磁路相关的几个重要物理量
1）磁通Φ 直观理解——磁路中所包含磁力线条数。单位：韦 伯（Wb） 2）磁通密度B 磁感应强度。磁力线的疏密。单位：特斯拉（T）。
3）磁导率 磁导率 表示物质导磁能力的大小。 真空磁导率为 ， H/m。
磁滞回线
B
磁密变化落后于磁场强度
变化，通常在电机内也可
0
H
理解为磁通落后于激磁电
流的现象，称为磁滞现象。
膝点
B
起始磁化曲线：将一块尚未磁化的 b 铁磁物质进行磁化，随着磁场强度 B = 0H H由零开始逐渐增加，磁场强度B也 a 随着逐渐增加，也称为原始磁化曲 O 线。 起始磁化曲线
B
c
d
H
基本磁化曲线：选择不同的磁场强 度进行反复磁化，可以得到一系列 大小不同的磁滞回线，将这些磁滞 回线的顶点连接起来得到的那条曲 线就是基本磁化曲线。
因为 是 的数千倍，所以铁环中 的磁密与磁通是塑料环中的数千倍。
H与B 的关系与区别 ⑴ H 代表励磁电流本身产生的磁场的强弱，反应了 电流的励磁能力，与介质的性质无关， H ∝I。 ⑵ B 代表电流产生的以及介质被磁化后产生的总 磁场的强弱，其大小不仅与电流的大小有关，还与 介质的性质有关。
B μH
1.4.2 全电流定律（安培环路定律）
能量转换需要磁场 ----磁场由电流产生 磁场强弱与产生该磁场的电流
Leabharlann Baidu
是什么关系?
由全电流定律来描述H-i 之间关系
1）全电流定律一般形式 安培环路定律：沿空间任意一条闭合回路，磁场 强度H的线积分等于该闭合回路所包围的电流的代数 和。
注：若
与
符合右手螺
旋关系，取正号，否则取
H
O
基本磁化曲线
按磁滞回线的不同，铁磁材料可分为
① 硬磁材料 B－H 曲线宽，Br 大、Hc 大。 用于制造永磁铁。 ② 软磁材料 B－H 曲线窄， Br 小、Hc 小。 用于制造变压器、电机等电器的铁心。 ③ 矩磁材料 B－H 曲线形状接近矩形， Br 大、Hc 小。 用于计算机中，作记忆单元。
3. 电路中导体的电阻率在一定温度下是不变的，但是磁路 中铁心的磁导率却不是一个常值，而是磁通密度的函数。
4. 对线性电路，计算时可以应用叠加原理，但对于铁心磁 路，饱和时磁路为非线性，计算时不能应用叠加原理。 所以磁路与电路仅是一种数学形式上的相似，而不是物理 本质的类似。
1.5 铁磁材料及其特性
1.2 ~ 1.6
f=50Hz时候的硅钢 片单位重量损耗， 可以由硅钢片生产 厂家提供也可以由 电机设计手册到； G为钢材总重量。
描述磁动势与磁通之间关系的磁路欧姆定律，即， 作用于磁路上的磁动势等于磁阻乘以磁通。 1）均匀磁路的欧姆定律 由于 B=μ H
得
:磁路的磁阻，A/Wb :磁路的磁导，Wb/A
2）分段均匀磁路的欧姆定律
其中 : 铁心部分对应的磁阻 : 气隙部分对应的磁阻 : 铁心中消耗的磁动势 : 气隙中消耗的磁动势
空气、塑料等非金属以及铜、铝等大部分金属的磁 导率都近似等于 。称为非铁磁物质。 还有一部分材料的磁导率远高于真空的磁导率 (2000～6000倍)，这类材料称为铁磁物质，比如， 铁、镍、钴及其合金等。
4）磁场强度 ，单位为A/m。它与磁感应强度的关系 在一般的情况下可表示为 。需要注意的是， 磁场强度本身并不代表磁场强弱。只有它与磁导率之 积才能反映磁场的强弱。 下图中，以长直导线中心为圆心，在半径为r的圆周上 有一个塑料环和一个铁环，显然其中磁场强度均为 ， 而磁通密度则分别为
思考：如何尽量减小涡流损耗？

为了减少涡流的影响，一般在钢材中加入少 量的硅以增加铁芯材料的电阻率；同时采用 相互绝缘的由许多薄硅钢片叠起来的铁芯， 这样可以使得涡流流经的路径变长，从而大 大减少涡流。所以变压器及电机的铁芯多采 用厚度为0.35mm或者0.5mm的硅钢片来制造。
3）交变磁场中铁心的损耗 当铁心中磁通交变时，同时会产生磁滞损耗与涡 流损耗。这两部分损耗总称为铁心损耗。 铁心损耗通常用下式计算： P1/50为B=1T，