1电机学中的基本电磁定律.pptx

第二节第二节 电机学中的基本电磁定律电机学中的基本电磁定律变变压压器器、电机电机磁磁场场 耦合耦合电流电流 全电流定律全电流定律铁心铁心小电流小电流大磁通大磁通铁心增磁功能铁心增磁功能铁心铁心饱和饱和铁心中铁心中的气隙的气隙制约制约制约制约电磁转矩电磁转矩电磁力电磁力定律定律电磁感电磁感应定律应定律感应感应电势电势能量转换能量转换变压器、发电机、电动机知知 识识 结结 构构单相变压器单相变压器1 1、电机中的典型磁路、电机中的典型磁路N1N2电能电能i1输入电能输入电能电能电能i2输出电能输出电能磁磁 场场一、磁路的基本定律一、磁路的基本定律旋转电机旋转电机机械端口机械端口转子转子定子绕组定子绕组定子铁心定子铁心电端口电端口ABC磁磁 场场电能电能机械能机械能磁路磁路:磁通所走的路径。磁通所走的路径。旋转电机横截示意图面旋转电机横截示意图面2、安培环路定律安培环路定律2.1 安培环路定律安培环路定律 安培环路定律安培环路定律:沿空间任意条闭合回路，磁场强沿空间任意条闭合回路，磁场强度度H的线积分等于该闭合回路所包围的电流的代数和。的线积分等于该闭合回路所包围的电流的代数和。i3l H dl i2 i1 注：若注：若i与与l符合右手螺旋关系，符合右手螺旋关系，取正号，否则取取正号，否则取负号负号。其中大拇指所指为。其中大拇指所指为i的的方向，四指为方向，四指为l方向。方向。其中其中 H：磁场强度，安磁场强度，安/米米(A/m)其中其中 F=Ni：磁路的磁动势磁路的磁动势 H HFeFel lFeFe：铁心上的磁压降：铁心上的磁压降 H H：气隙上的磁压降气隙上的磁压降注：注：i 与与 l 符合右手螺旋关系符合右手螺旋关系,电机学中习惯电机学中习惯大拇指所大拇指所指为指为 l 的的方向，四指为方向，四指为多匝线圈中多匝线圈中 i 方向。方向。当气隙长度当气隙长度远远小于两侧远远小于两侧的铁心截面的边长时，的铁心截面的边长时，铁心和铁心和气隙中为均匀磁场，则气隙中为均匀磁场，则 带气隙的铁心磁路带气隙的铁心磁路 螺管线圈螺管线圈 设有向回路设有向回路 l 与圆与圆环的中心圆重合，则沿环的中心圆重合，则沿着回线着回线 l 磁场强度磁场强度 H 处处处相等且其方向处处与处相等且其方向处处与回线切线方向相同（称回线切线方向相同（称为均匀磁场），同时闭为均匀磁场），同时闭合回线所包围的总电流合回线所包围的总电流由通有电流由通有电流 i 的的 N 匝线匝线圈提供，则：圈提供，则：HlNiNi：作用在磁路上的安匝数（磁路磁动势），单位作用在磁路上的安匝数（磁路磁动势），单位A A。2.2 磁路的欧姆定律磁路的欧姆定律 1.1.均匀磁路的欧姆定律均匀磁路的欧姆定律其中其中其中其中 B B:磁通密度，特斯拉（磁通密度，特斯拉（磁通密度，特斯拉（磁通密度，特斯拉（T T）：磁通，韦伯（磁通，韦伯（磁通，韦伯（磁通，韦伯（WWb b）A A：铁心的截面积铁心的截面积铁心的截面积铁心的截面积 ，平方米（，平方米（，平方米（，平方米（mm2 2 ）在线性或可以近似地认为是线性的介质中在线性或可以近似地认为是线性的介质中有有 B=HH 其中其中是磁导率，是磁导率，H/mH/m将将=BA和和B=H H 代入代入Ni Hl，得得欧姆定律欧姆定律或或或或 则可写为则可写为则可写为则可写为欧姆定律：作用于磁路上的磁动势等于磁阻乘以磁通。欧姆定律：作用于磁路上的磁动势等于磁阻乘以磁通。欧姆定律：作用于磁路上的磁动势等于磁阻乘以磁通。欧姆定律：作用于磁路上的磁动势等于磁阻乘以磁通。定义：定义：:磁路的磁阻，磁路的磁阻，A/Wb 定义：定义：:磁路的磁导，磁路的磁导，Wb/A2.2.分段均匀磁路的欧姆定律分段均匀磁路的欧姆定律其中其中 RmFe :铁心部分对应的磁阻铁心部分对应的磁阻 Rm :气隙部分对应的磁阻气隙部分对应的磁阻 假设铁心长度假设铁心长度l远远大气隙远远大气隙长度长度 ，认为铁心柱中的磁通认为铁心柱中的磁通等于气隙中的磁通等于气隙中的磁通，则，则二二.磁路中的铁心作用磁路中的铁心作用1.1.铁心的增磁功能铁心的增磁功能结论：铁心具有增磁功能结论：铁心具有增磁功能。思考题：铁心环与塑料环中的磁场强度和磁通密度有何区别？思考题：铁心环与塑料环中的磁场强度和磁通密度有何区别？2.2.串联磁路中的气隙降低铁心的增磁功能串联磁路中的气隙降低铁心的增磁功能结论：结论：在激磁磁势相同的情况下，带气隙铁心磁路只在激磁磁势相同的情况下，带气隙铁心磁路只能得到较少的磁通。能得到较少的磁通。3.3.铁心磁路使磁通在空间按一定的形状分布铁心磁路使磁通在空间按一定的形状分布变压器：变压器：两个线圈交链的磁通过铁心以增强两个线圈交链的磁通过铁心以增强 电机：铁心使定、转子之间的耦合场得以增电机：铁心使定、转子之间的耦合场得以增强，并可以使定子内圆表面的磁感应强度按强，并可以使定子内圆表面的磁感应强度按一定规律在圆周上分布一定规律在圆周上分布 三、三、铁磁材料及其磁化特性铁磁材料及其磁化特性 1.铁磁材料的磁化特性（铁磁材料的磁化特性（B BH H曲线曲线/磁化曲线）磁化曲线）0BHB=0H非铁磁材料的磁化非铁磁材料的磁化特性：特性：B=0H起始磁化曲线起始磁化曲线:B=f(H)oa为起始段为起始段 ab为为线性段线性段 bc为为饱和段饱和段 B=f(H)abcd膝点Fe=f(H):随随 H 的变化而的变化而变化变化 磁密落后于磁场强度，亦即磁通落后于激磁电流磁密落后于磁场强度，亦即磁通落后于激磁电流的现象，称为磁滞现象的现象，称为磁滞现象 铁磁材料进行周期性磁化所反映的物理现象铁磁材料进行周期性磁化所反映的物理现象 矫顽力 剩磁磁滞回线磁滞回线：基本磁化曲线或平均磁化曲线基本磁化曲线或平均磁化曲线:2.铁磁材料的磁化特性与铁心磁路磁化曲线的关系铁磁材料的磁化特性与铁心磁路磁化曲线的关系 均匀磁路均匀磁路 B-H曲线曲线-i曲线曲线 BA及及Ni=HL 1）铁磁材料的磁化曲线）铁磁材料的磁化曲线2）空气的磁化曲线）空气的磁化曲线思考题：画带气隙的铁心磁思考题：画带气隙的铁心磁路的磁化曲线路的磁化曲线。气隙长度不。气隙长度不同，曲线之间有何不同？同，曲线之间有何不同？3、4）带气隙的铁心磁路）带气隙的铁心磁路的磁化曲线的磁化曲线(3 4)四、四、电磁感应定律电磁感应定律 1.1.电磁感应定律电磁感应定律 e注意：只有线圈的磁通与电势符号右手螺旋关系，上注意：只有线圈的磁通与电势符号右手螺旋关系，上式才能取负号式才能取负号 2.2.变压器电势与运动电势变压器电势与运动电势 若线圈和磁场相对静止，感应电势纯粹是由于和线圈若线圈和磁场相对静止，感应电势纯粹是由于和线圈交链的磁通随时间的变化而产生交链的磁通随时间的变化而产生,仅有变压器电势，即仅有变压器电势，即 运动电势的方向习惯用右手定则确定，如图所示。运动电势的方向习惯用右手定则确定，如图所示。若导线切割磁力线的速度为若导线切割磁力线的速度为 ，导导线处的磁感应强度为线处的磁感应强度为 ，且且 不随时间不随时间变化时，假设磁力线、导线与导线运动变化时，假设磁力线、导线与导线运动方向三者垂直，则导线中感应电势为运方向三者垂直，则导线中感应电势为运动电势，其大小为动电势，其大小为 五五.电磁力定律电磁力定律 载流导体在磁场中要受到电磁力，在导体与磁场载流导体在磁场中要受到电磁力，在导体与磁场垂直的情况下，若导体中电流为垂直的情况下，若导体中电流为i，导体长度为导体长度为l，导导体所在处的磁通密度为体所在处的磁通密度为b，则电磁力为：则电磁力为：注：电磁力方向由左注：电磁力方向由左手定则决定手定则决定六六.交流线圈的电抗和铁耗交流线圈的电抗和铁耗因因得得 当线圈中流过电流当线圈中流过电流i时，将产生磁场，则穿过线时，将产生磁场，则穿过线圈的磁链圈的磁链与电流与电流i之间的关系如下之间的关系如下：1.线圈的电感线圈的电感从上式可以看出电感从上式可以看出电感 随随 ()变化而变化变化而变化2.交流线圈的电抗交流线圈的电抗 随着铁心磁路饱和的增加，铁心磁导率随着铁心磁路饱和的增加，铁心磁导率Fe减小，减小，相应的磁导、电抗也要减小。相应的磁导、电抗也要减小。电抗电抗 随着频率随着频率 、匝数匝数 、磁阻磁阻 的变化而变化。的变化而变化。3.交流铁心的损耗交流铁心的损耗 当铁心中磁通交变时，要产生铁心损耗，它由磁当铁心中磁通交变时，要产生铁心损耗，它由磁滞损耗与涡流损耗两部分组成。滞损耗与涡流损耗两部分组成。1）磁滞损耗）磁滞损耗 铁磁材料置于交变磁场中时，材料被反复交变铁磁材料置于交变磁场中时，材料被反复交变磁化，其分子运动所消耗的能量磁化，其分子运动所消耗的能量。磁滞回线所包含的面积表示了单位体积磁性材磁滞回线所包含的面积表示了单位体积磁性材料在磁化一周的进程中所消耗的能量。料在磁化一周的进程中所消耗的能量。涡流在铁心中引起的损耗，称为涡流损耗。涡流在铁心中引起的损耗，称为涡流损耗。2 2）涡流损耗涡流损耗 因为铁心可以导电，故当通过铁心的磁通随时因为铁心可以导电，故当通过铁心的磁通随时间变化时，也将铁心中也将产生感应电势，并因而间变化时，也将铁心中也将产生感应电势，并因而在其中引起环流。这些环流在铁心内部围绕磁通作在其中引起环流。这些环流在铁心内部围绕磁通作涡流状流动，称为涡流。涡流状流动，称为涡流。思考题：图中哪个涡流损耗大？思考题：图中哪个涡流损耗大？人有了知识，就会具备各种分析能力，明辨是非的能力。所以我们要勤恳读书，广泛阅读，古人说“书中自有黄金屋。”通过阅读科技书籍，我们能丰富知识，培养逻辑思维能力；通过阅读文学作品，我们能提高文学鉴赏水平，培养文学情趣；通过阅读报刊，我们能增长见识，扩大自己的知识面。有许多书籍还能培养我们的道德情操，给我们巨大的精神力量，鼓舞我们前进。