电力拖动系统动力学 (2)

3. 磁滞性
磁滞性：磁性材料中磁感应强度B的变化总是滞后于
外磁场变化的性质。
磁性材料在交变磁场中反复磁化，其B-H关系曲
线是一条回形闭合曲线，称为磁滞回线。 B
剩磁感应强度Br (剩磁) ：
当线圈中电流减小到零
Br •
(H=0)时，铁心中的磁感应强度。
矫顽磁力Hc： 使 B = 0 所需的 H 值。
线(常取磁通作为闭合回线)的线积分；
I 是穿过闭合回线所围面积的电流的代数和。
安培环路定律电流正负的规定：
任意选定一个闭合回线的围绕方向，凡是 电流方向与闭合回线围绕方向之间符合右螺 旋定则的电流作为正、反之为负。
安培环路定律将电流与磁场强度联系起来。
在均匀磁场中 Hl = IN
N匝 x
或 H IN l
却随铁心的饱
和程度有关。
4）对电路，当为线性电路时可以应用叠加原理。但对铁心磁路（非线性）不 可应用叠加原理。
3. 磁路与电路的比
较
磁路
磁通势F
磁通
磁感应强度B
磁阻 R m l
S
I
N
F NI
Rm
l
S
电路
电动势 E
电流 I 电流密度 J 电阻 R l
S
I
+
E
R
_
I E R
E l
S
4. 磁路分析的特点 (1)在处理电路时不涉及电场问题，在处理磁路时离 不开磁场的概念；
葛洲坝水利枢纽工程
三峡电站
三峡水力发电机组
• 三峡电站的水轮发电机－全球最大的水轮发电机
火力发电厂
火力发电机组
丹麦Vesta公司生产的风力发电机组
电能的传输、变换
• 电能的传输和变化离不开电机。要传 输一定的电能，为了减小传输线上的 损耗，希望电压越高越好，而用户用 电则为低压电。因此在电能的传输中 必须使用变压器。
(3) 计算各段磁路的磁压降 （Hi li ）
(4) 根据下式求出磁通势（ NI ）
n
NI Hili i 1
注意
①磁化曲线与温度有关，磁导率 一
般随温度的升高而下降，高于某一 温度时（居里点）可能完全失去磁 性材料的磁性。
②磁导率 随H
变化，B与H为
非线性关系。
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按磁性物质的磁性能，磁性材料分为三种类型：
B=0H
即 B与 H 成正比，呈线性关系。
Φ
由于 B ,
H NI
O
H( I )
S
l
所以磁通 与产生此磁通的电流 I
成正比，呈线性关系。
（2） 磁性物质 磁性物质内部形成许多小区域，其分子间存在 的一种特殊的作用力使每一区域内的分子磁场排列 整齐，显示磁性，称这些小区域为磁畴。
在没有外磁场作用的普通磁性物质中，各个磁畴排 列杂乱无章，磁场互相抵消，整体对外不显磁性。
的总磁通恒等于零，即磁通连续性
定律。 0
（2）磁路的基尔霍夫第二定律沿任 何闭合磁路的总磁动势恒等于各段磁位 降的代数和。
物质的磁性
（1）非磁性物质
非磁性物质分子电流的磁场方向杂乱无章，几乎
不受外磁场的影响而互相抵消，不具有磁化特性。
非磁性材料的磁导率都是常数，有：
0 ， r 当1磁场媒质是非磁性材料时，有： B( )
• 4、交流电力拖动系统逐步取代 直流电力拖动系统
• 5、自动化电力拖动迈向计算机 控制的生产过程自动化。
• 6、自动化电力拖动系统成为低 成本自动化系统的重要组成部分。
二、本课程的性质
电子信息类学科自动化专业 和非电机学专业、电气工程等电 气类专业及以电为主的机电一体 化类专业的一门重要技术基础课
是电气控制与PLC、 自动控 制原理、伺服系统、数控机床等 课程的基础。
三、本课程的任务与内容
• 1、本课程的任务：使学生掌握常用交直流电机、控制电机及变压器等 的基本结构与工作原理以及电力拖动系统的运行性能、分析计算、电机 选择与实验方法。为后续课程准备必要的基础知识。
• 2、本课程的内容：主要研究电机与电力拖动系统的基本理论问题，具 有“电机学”和“电力拖动基础”的基本内容。
磁
外
畴
磁
场
磁化：在外磁场作用下，磁畴方向发生变化，使之 与外磁场方向趋于一致，物质整体显示出磁性来， 称为。即磁性物质能被磁化。
磁性材料的磁性能
磁性材料主要指铁、镍、钴及其合金等。
1. 高导磁性
磁性材料的磁导率通常都很高，即 r 1 (如坡莫合金，其 r 可达 2105 ) 。
磁性材料能被强烈的磁化，有很高的导磁性 能。
5. 磁路的分析计算
主要任务: 预先选定磁性材料中的磁通 (或磁感 应强度)，按照所定的磁通、磁路各段的尺寸和材
料,求产生预定的磁通所需要的磁通势F=NI ， 确
定线圈匝数和励磁电流。 基本公式:
设磁路由不同材料或不同长度和截面积的 n
段组成，则基本公式为：
NI H 1l 1 H 2 l 2 H n l n
10kV/380V
连接发电机与电网的升压变压器
连接发电机的封 闭母线
与电网相连的 高压出线端
大型电力变压器（保定天威生产）
配电变压器
电路板上所使用的低压高频变压器
电能的利用
• 电能的利用主要是指将电能转换为所需的能量形式，其中最为主要的就是将电能转 换为机械能。要求在转换过程中（1）、转换效率高；（2）、可靠性高。
磁性物质的高导磁性被广泛地应用于电工设 备中，如电机、变压器及各种铁磁元件的线圈中 都放有铁心。在这种具有铁心的线圈中通入不太 大的励磁电流，便可以产生较大的磁通和磁感应 强度。
2. 磁饱和性
磁性物质因磁化所产生的磁化磁场不会随着外
磁场的增强而无限的增强。当外磁场增大到一定程
度时，磁性物质的全部磁畴的磁场方向都转向与外
电气与信息工程学院电气工程系
绪言
• 一、电机及电力拖动技术的发展概况 • （一）电机的发展概况
1、电能的应用非常广泛，其优点有： 生产和变换经济 传输和分配比较容易 使用和控制方便
• 2、电机在电能的应用与生产上起着关 键作用：
电力工业中：发电机与变压器
工业企业：电动机作为原动机大量 使用
自动控制技术：控制电动机被广泛 使用
(1)软磁材料 具有较小的矫顽磁力，磁滞回线较窄。一般用
来制造电机、电器及变压器等的铁心。常用的有铸 铁、硅钢、坡莫合金即铁氧体等。 (2)硬磁材料
具有较大的矫顽磁力，磁滞回线较宽。一般用 来制造永久磁铁。常用的有碳钢及铁镍铝钴合金等。
(3)矩磁材料 具有较小的矫顽磁力和较大的剩磁，磁滞回线
接近矩形，稳定性良好。在计算机和控制系统中用 作记忆元件、开关元件和逻辑元件。常用的有镁锰 铁氧体等。
磁感应强度B的方向:
与电流的方向之间符合右手螺 旋定则。
磁感应强度B的大小:
B F Il
磁感应强度B的单位: 特斯拉(T)，
1T = 1Wb/m2
均匀磁场: 各点磁感应强度大小相 等，方向相同的磁场，也称匀强磁 场。
2. 磁通
穿过垂直于B方向的面积S中的磁力线总数。
在均匀磁场中 = B S 或 B= /S
表示磁场媒质磁性的物理量，衡量物质的导磁能力。
单位：亨/米（H/m）
真空的磁导率为常数，用 0表示，有：
相对磁导率 r： 0 4π 107 H/m
任一种物质的磁导率 和真空的磁导率0的比值。
r
0
H 0 H
B B0
安培环路定律（全电流定律）
I
H
Hdl I
式中： H d l 是磁场强度矢量沿任意闭合
n
即
NI Hili
i 1
基本步骤: （由磁通 求磁通势F=NI ）
(1) 求各段磁感应强度 Bi
各段磁路截面积不同，通过同一磁通 ，故
有：
B1 S1 , B2 S2 , ... , Bn Sn
(2) 求各段磁场强度 Hi
根据各段磁路材料的磁化曲线 Bi=f ( Hi) ,求B1，
B2 ，……相对应的 H1， H2 ，……。
磁性物质不同，其磁滞回
• O •Hc H •
线和磁化曲线也不同。
磁滞回线
磁路与电路的性质：
I R 1）电路中有电流I时，就有功率损耗
；而在直流磁路中，维2持一定量
的磁通量
时，铁心中没用功率损耗。
2）电路中可以认为导线外无电流，但磁路中铁心外却有漏磁通。即没有绝对
的磁绝缘体。
3）电路中的电阻率 在一定温度下时不变的，磁导率
I
Hx S
线圈匝数与电流的乘积NI ，称为磁通势，
用字母 F 表示，则有 F = NI
磁通由磁通势产生，磁通势的单位是安
[培]。
2、磁路的欧姆定律
F Rm /
F－磁路的磁通势，F＝Ni，即为作用在
铁心上的安匝数，单位为A
Rm
l
S
为磁路的磁阻，单位为A/Wb
3、磁路的基尔霍夫定律 （1）磁路的基尔霍夫第一定律 穿出或进入任何一闭合面
• 往往在能量转换的同时也能对运动进行控制，这就引入了一个新的研究分支－电力 传动。
• 相对而言，电机这一概念往往是指电动机。
哈尔滨电机厂生产的1MW电机
手机震动电机
电动自行车所用的无刷直流电机
电机图
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第一章磁路 §1－1 磁路的基本物理量
1. 磁感应强度B
表示磁场内某点磁场强弱和
方向的物理量。
当励磁电流为交流时，磁路为交流 磁路，其磁通随时间变化而变化。如： 变压器、感应电动机、交流接触器、交 流继电器等。
• 3、铁心损耗：