华中科技大学版【电机学】(第三版)电子讲稿【第一章】.docVIP

第一章：磁路 主要内容：磁路基本定理，铁磁材料的特性及交。直流磁路。 1-1磁路的基本定理 本节介绍磁路的基本定律及磁路计算。 磁路的概念 在工程上为了得到较强的磁场，广泛的利用了铁磁物质，在电机，变压器等设备中应用铁磁物质制成一定的形状人为的构成磁路的路径，使磁路主要在这部分空间内分布，这种磁路所通过的路径称为磁路。下面分别为变压器和直流电机的磁路。 这样就把分布在整个空间的磁路问题，简化为局限在一定范围内的磁路问题，即转化为磁路问题。 如同电流流过的路径称为电路一样。磁通通过的路径为磁路。 由于铁心的导磁性质比空气好的多，所以绝大部分磁通在铁心中通过，这部分磁通称为主磁通。经过空气隙闭和的磁路为漏磁通。 用以产生磁路中磁通的载流线圈称为励磁线圈，其电流称为励磁电流（或激磁电流） 二、磁路的基本定律 下面分别介绍在进行磁路分析和计算时常用的几条定理 1、安培环路定理（或称全电流定理） 在磁路中沿任一闭合路径L，磁场强度H的线积分等于该闭和回路所包围的总电流即： (1-1) 电流的参数方向与闭合路径方向符合右手螺旋关系取正号，反之为负. 若沿长度L。磁路强度H处处相等，且闭和回路所包围的总电流是由通过I的N匝线圈提供，则上式可写成： HL=Ni （1-2） 2、磁路的欧姆定律 若铁心上绕有通有电流I的N匝线圈，铁心的截面积为A，磁路的平均长度为L，材料的导磁率为μ，不计漏磁通，且各截面上的磁通密度为平均并垂直于各截面则： (1-3) （1-4） （1-5） 上式称为磁路的欧姆定律，与电路欧姆定律形式上相似。 注：Rm与电阻R对应，两者的计算公式相似，但铁磁材料的磁导率μ不是常数，所以Rm不是常数。 3、磁路的基尔霍夫第一定律 对于有分支磁路，任意取一闭合面A，由磁通连续性的原则，穿过闭合面的磁通的代数和应为零，即： (1-6) 该定律称为基尔霍夫第一定律 4、磁路的基尔霍夫第二定律 沿任何闭和磁路的总磁动势恒等于各段磁压降的代数和，即： 该定律称为基尔霍夫第二定律 电机和变压器的磁路总是由数段不同截面，不同材料的铁心组成，而且还可能含有气隙，在进行磁路计算时总是将磁路分成若干段，每段为同一材料。且截面积和磁密处处相等，见教材P7图1-5所示，磁路由三段组成，两段为截面积不同的铁磁材料，一段为空气隙，铁心上的励磁磁动势NI则： (1-7) 三、磁路和电路的类比和区别： 磁路和电路的类比关系： 磁路 电路 物理量 磁动势 磁通量 磁阻 磁导 磁导率 电动势E=IR 电流I 电阻R 电导G 电导率 基本定律 欧姆定律 基尔霍夫第一定律 基尔霍夫第二定律 欧姆定律I= 基尔霍夫第一定律 基尔霍夫第二定律 电路与磁路的区别： 电路中有电流就有功率损耗。磁路中恒定磁通下没有功率损耗； 电流全部在导体中流动，而在磁路中没有绝对的磁绝缘体，除在铁心的磁通外，空气中也有漏磁通； 电阻为常数，磁阻为变量； 对于线性电路可应用叠加原理，而当磁路饱和时为非线形不能应用叠加原理。 总上所述磁路与电路仅是数学形式上的类似，而本质是不同的。 1-2常用铁磁材料及其特性 为了在一定的励磁磁动势作用下能激励较强的磁场（因为:B=Hμ）从而使电机及变压器等装置的尺寸缩小，重量减轻，性能改善，必须增加磁路的磁导率μ,由于铁磁物质具有高磁导性能，工程上往往利用它来使尽可能多的磁通约束在有限的范围内。所以电机和变压器的铁心用导磁率较高的铁磁材料组成。本节介绍铁磁材料特性。 铁磁物质的磁化 铁磁物质的磁化 1、铁磁物质 物质按磁性分：顺磁物质、反磁物质和铁磁物质 有几种物质，如铁、钴、镍以及它们的合金，以及锰和铬的某些合金，即使在较小的外磁场的作用下，其磁化也特别显著。这类物质称为铁磁物质，它们的磁导率都很大，超过几千。而抗磁物质的磁导率为负值，顺磁物质的磁导率大约在10-3~10-6之间。 金属 铁、钴、镍， B高，居里温度高，缺点电阻率低，涡流耗严重。 铁磁物质 非金属 铁氧体 电阻率高，涡流损耗小，抗锈防腐 缺点，B低，温度稳定性差 2、铁磁物质的磁化 将铁磁材料放入磁场后，磁场会显著增强，铁磁材料在磁场中呈现很强的磁性这一现象，称为铁磁物质的磁化。 原因：铁磁物质中有许多称为磁畴的天然磁化区，当未投入磁场时，