第1章国家规划课程-电机与拖动-磁路课件.ppt

1、1电机及拖动基础电机及拖动基础2主讲：金杰主讲：金杰E-mail:课程要求课程要求：、课前必须做好预习！课前必须做好预习！、课后作业必须独立完成！、课后作业必须独立完成！、课间积极思考问题，积极参与学习交流！、课间积极思考问题，积极参与学习交流！纪律要求：纪律要求：、课间手机必须改成振动。、课间手机必须改成振动。、严格遵守请假制度，不允许无正当理由的请假。、严格遵守请假制度，不允许无正当理由的请假。、课间不允许聊天，发短信等与学习无关的活动。、课间不允许聊天，发短信等与学习无关的活动。3参考文献：参考文献：1 刘锦波，张承慧等刘锦波，张承慧等.电机与拖动电机与拖动.北京：清北京：清 华大学出版

2、社，华大学出版社，20062 刘新正，苏少平，高琳等译刘新正，苏少平，高琳等译.电机学电机学.北京：电子北京：电子 工业出版社，工业出版社，20043 唐介唐介.电机与拖动电机与拖动.北京：高等教育出版社，北京：高等教育出版社，20034 冈田隆夫，大西和夫，仁田旦三等著冈田隆夫，大西和夫，仁田旦三等著.电机学电机学.北北 京：科学出版社，京：科学出版社，20034前言前言、电机与电机学的发展概况、电机与电机学的发展概况1820 Faraday 发现了电磁感应并提出了电磁发现了电磁感应并提出了电磁感应定律，组装了第台直流电机样机。感应定律，组装了第台直流电机样机。1829 Henry 制造了第

3、台实用的直流电机。制造了第台实用的直流电机。1837 直流电机变为商品化产品。直流电机变为商品化产品。1887 Tesla 发明了三相异步电机。发明了三相异步电机。、电机制造业发展的趋势、电机制造业发展的趋势大型化；单机容量越来越大。大型化；单机容量越来越大。微型化：单机体积越来越小，重量越来越轻。微型化：单机体积越来越小，重量越来越轻。新原理、新工艺、新材料的电机不断涌现。新原理、新工艺、新材料的电机不断涌现。5、电力拖动系统的发展概况、电力拖动系统的发展概况结构上：成组拖动结构上：成组拖动单电机拖动单电机拖动多电机拖动多电机拖动系统上：继电器接触器组成的断续控制系统系统上：继电器接触器组成

4、的断续控制系统由电力电子交流器供电的连续控制系统（由相控由电力电子交流器供电的连续控制系统（由相控交流器斩波器供电的直流电力拖动系统；由变交流器斩波器供电的直流电力拖动系统；由变频器伺服驱动器供电的交流调速系统）频器伺服驱动器供电的交流调速系统）目前，电力拖动系统正朝着网络化、信息化方向目前，电力拖动系统正朝着网络化、信息化方向发展。包括，智能控制策略以及发展。包括，智能控制策略以及Web技术等均在电力拖动领域得到了应用。技术等均在电力拖动领域得到了应用。6第一章第一章 磁路磁路第一节 磁路的基本定律 机电能量转换的媒介是磁场，磁场的路径称机电能量转换的媒介是磁场，磁场的路径称为磁路。为磁路。

5、电机是进行机电能量转换的装置电机是进行机电能量转换的装置（电动机）电能（电动机）电能机械能（发电机）机械能（发电机）磁场磁场磁场磁场7一.磁场的几个常用量 磁感应强度（又称磁通密度）磁感应强度（又称磁通密度）B 表征磁场强弱及方向表征磁场强弱及方向的物理量。单位：特斯拉（的物理量。单位：特斯拉（T T）磁通量磁通量 垂直穿过某截面积的磁力线总和。垂直穿过某截面积的磁力线总和。，单位：韦伯（，单位：韦伯（Wb=TWb=Tm2m2）磁场强度磁场强度H H 计算磁场时引用的辅助物理量。计算磁场时引用的辅助物理量。B=HB=H ，单位：，单位：A/mA/m为磁导率，真空中磁导率为磁导率，真空中磁导率7

6、0410/H m8、磁通所通过的路径称为磁路、磁通所通过的路径称为磁路 二二.磁路的概念磁路的概念9三、磁路的基本定律三、磁路的基本定律1 1、安培环路定律、安培环路定律 沿任何一条闭合回线沿任何一条闭合回线L，磁场强度，磁场强度H的线积分等于该闭合回线的线积分等于该闭合回线所包围的电流的代数和所包围的电流的代数和 如果在均匀磁场中，沿着回线如果在均匀磁场中，沿着回线 L 磁场强度磁场强度H 处处相等，则处处相等，则HLNiF2 2、磁路的欧姆定律、磁路的欧姆定律作用在磁路上的磁动势作用在磁路上的磁动势 F 等于磁路内的磁通量等于磁路内的磁通量 乘以磁阻乘以磁阻RmdLH li 10磁通量磁通

7、量等于磁通密度乘以面积：等于磁通密度乘以面积：dB ABA 磁场强度等于磁场强度等于磁通密度除以磁导率磁通密度除以磁导率 /HB于是有于是有BlFNilA，再定义，再定义mlRAmFR 所以有：所以有：11例例1-11-1 有一闭合铁心磁路，铁心的截面积有一闭合铁心磁路，铁心的截面积A=910-4m2,磁路的平均长度磁路的平均长度 l=0.3m，铁心的磁导率，铁心的磁导率Fe=50000 0，套装在铁心，套装在铁心上的励磁绕组为上的励磁绕组为500匝。试求在铁心中产生匝。试求在铁心中产生1T的磁通密度时，需要的磁通密度时，需要多少励磁磁动势和励磁电流？多少励磁磁动势和励磁电流？解解 用安培环路

8、定律求解如下用安培环路定律求解如下Fe71A/m159A/m50000 4/10HB1590.3A47.7AFH l 247.7A9.54 10 A500/iF N123 3、磁路的基尔霍夫定律、磁路的基尔霍夫定律（1）磁路的基尔霍夫第一（电流）定律）磁路的基尔霍夫第一（电流）定律1230 0 或或13（2 2）磁路的基尔霍夫第二（电压）定律）磁路的基尔霍夫第二（电压）定律3k k1 12 21m12m2mk 1NiH lH lH lHRRR 14磁路和电路有相似之处，却要注意有以下几点差别：1）电路中有电流）电路中有电流I 时，就有功率损耗；而在直流磁路时，就有功率损耗；而在直流磁路 中，维

9、持一定磁通量，铁心中没有功率损耗。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）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。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）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。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）对于线性电路，计算时可以用叠加原理；而在磁路 中，中，B和和H之间的关系为非线性，因此计算时不可以之间的关系为非线性，因此计算时不可以 用叠加原理。用叠加原理。15第二

10、节 常用铁磁材料及其特性 一、铁磁物质的磁化在外磁场的作用下，磁畴顺着外磁场方向转向，排在外磁场的作用下，磁畴顺着外磁场方向转向，排列整齐，显示出磁性。列整齐，显示出磁性。16二、磁化曲线和磁滞回线1、起始磁化曲线、起始磁化曲线 将一块未磁化的铁将一块未磁化的铁磁材料进行磁化，当磁磁材料进行磁化，当磁场强度场强度H由零逐渐增加时，由零逐渐增加时，磁通密度磁通密度B将随之增加。将随之增加。用用B=f(H)描述的曲线就描述的曲线就称为起始磁化曲线。称为起始磁化曲线。172、磁滞回线、磁滞回线剩磁剩磁当当H从零增加到从零增加到Hm时，时，B相应地从零增加到相应地从零增加到Bm；然后再逐渐减小然后再逐

11、渐减小H，B值将沿值将沿曲线曲线ab下降。当下降。当H=0 时，时，B值并不等于零，而是值并不等于零，而是Br。这。这就是剩磁。就是剩磁。Hc为矫顽力为矫顽力磁滞回线磁滞回线当当H在在Hm和和 Hm之间反复变化之间反复变化时，呈现时，呈现磁滞现象的磁滞现象的BH闭合曲线，闭合曲线，称为磁滞回线。称为磁滞回线。183、基本磁化曲线 对同一铁磁材料，选择不同的对同一铁磁材料，选择不同的Hm反复磁化，得到不同反复磁化，得到不同的磁滞回线。将各条回线的顶点连接起来，所得曲线称为的磁滞回线。将各条回线的顶点连接起来，所得曲线称为基本磁化曲线。基本磁化曲线。19三、铁磁材料1、软磁材料、软磁材料2、硬磁材

12、料、硬磁材料四、铁心损耗1、磁滞损耗、磁滞损耗材料被交流磁场反复磁化，磁畴相互摩材料被交流磁场反复磁化，磁畴相互摩 擦而消耗的能量。擦而消耗的能量。2、涡流损耗、涡流损耗铁心内部由于涡流在铁心电阻上产生的铁心内部由于涡流在铁心电阻上产生的 热能损耗。热能损耗。3、铁心损耗、铁心损耗磁滞损耗和涡流损耗之和。磁滞损耗和涡流损耗之和。20第三节 直流磁路的计算 磁路计算正问题磁路计算正问题给定磁通量，计算所需的励磁磁动势给定磁通量，计算所需的励磁磁动势磁路计算逆问题磁路计算逆问题给定励磁磁势，计算磁路内的磁通量给定励磁磁势，计算磁路内的磁通量磁路计算正问题的步骤：磁路计算正问题的步骤：1）将磁路按材

13、料性质和不同截面尺寸分段；）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）计算各段磁路的有效截面积Ak和平均长度和平均长度lk；3）计算各段磁路的平均磁通密度）计算各段磁路的平均磁通密度Ak，Bk=k/Ak；4）根据）根据Bk求出对应的求出对应的Hk；5）计算各段磁位降）计算各段磁位降Hklk，最后求出，最后求出 F=Hklk。磁路计算逆问题磁路计算逆问题因为磁路为非线性的，用试探法。因为磁路为非线性的，用试探法。21一、简单串联磁路例例1-21-2 铁心由铸钢和空气隙构成，截面积铁心由铸钢和空气隙构成，截面积AFe=0.0009m2，磁路平磁路平均长度均长度lFe=0.3

14、m，气隙长度，气隙长度=510-4m，求该磁路获得磁通量求该磁路获得磁通量=0.0009Wb时所需的励磁磁动势。时所需的励磁磁动势。22解：解：铁心内磁通密度为铁心内磁通密度为FeFe0.0009T1T0.0009BA从铸钢磁化曲线查得：与从铸钢磁化曲线查得：与BFe对应的对应的HFe=9102A/m空气隙中：空气隙中：2447040.0009T0.967T3.05100.967A/m77 10 A/m41077 105 10A385ABABHH l 铁心段的磁位降：铁心段的磁位降：2Fe Fe9 100.3A270AH l所以，励磁磁势为所以，励磁磁势为 F=HFelFe+Hl=655A23

15、二、简单并联磁路 例例1-31-3 铁心由铁心由DR530构成，铁心柱和铁轭截面积构成，铁心柱和铁轭截面积AFe=0.0004m2，磁路平均长度磁路平均长度lFe=0.05m，气隙长度，气隙长度1=2=2.510-3m，励磁线圈匝励磁线圈匝数数N1=N2=1000匝。不计漏磁通，试求在气隙中产生磁通密度匝。不计漏磁通，试求在气隙中产生磁通密度B=1.211T时，所需的励磁电流。时，所需的励磁电流。24解解：212122221122112iNiNHlHlHlHkkm105.4223ll中间磁路长度：中间磁路长度：m10153221lll两边磁路长度：两边磁路长度：气隙磁位降：气隙磁位降：A481

16、8A105.2104211.1222370BH中间铁心磁位降：中间铁心磁位降：T533.1T104)25.02(211.1423ABA75.87A105.4105.192233lH查磁化曲线：查磁化曲线：A/m105.1923H25总磁动势和励磁电流为：总磁动势和励磁电流为：两边铁心磁通密度和磁位降：两边铁心磁通密度和磁位降：T766.0T1042/10613.02/4321ABB查磁化曲线：查磁化曲线：A/m21521 HHA25.32A101521522211lHlHA4938A)25.3275.874818(21133lHlHHNi26第四节 交流磁路的特点 交流磁路除了会在铁心中产生损耗外，还有以下两个交流磁路除了会在铁心中产生损耗外，还有以下两个效应：效应：1 1）磁通量随时间变化，在励磁线圈中产生感应电动势。磁通量随时间变化，在励磁线圈中产生感应电动势。2 2）磁饱和现象会导致电流、磁通和电动势波形畸变。磁饱和现象会导致电流、磁通和电动势波形畸变。27第一章第一章 结束结束