电机及拖动基础

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1、磁路和磁性材料电气工程学院郭冀岭jilingguo@163.com磁路和磁性材料n磁路概述n磁路基本定理n磁链、电感和能量n磁性材料的特性1磁路概述n电机：应用电磁感应原理实现机-电能量转换的装置q运动导体产生的感应电势eBlvdq变化磁场产生感应电势eNdtq载流导体产生电磁力fBlin磁场是机电能量转换、传递的媒介n必须存在磁场！1.1假设条件n忽略位移电流和电磁辐射q电机涉及的电磁变量的频率低，尺寸小n工频交流50Hz，电磁波波长6000kmn普通电机尺寸几毫米到几十米n用一维磁路近

2、似等效三维磁场q三维磁场分布非常复杂，几乎无解析解q电机采用铁磁材料来定形和导向磁场n铁磁材料的高导磁新使磁场分布相对集中q解的精度，能满足工程应用要求1.2磁路的概念n磁路：磁通所通过的路径n磁路是以高导磁性材料构成的使磁通被限制在结构所确定的路径之中的一种结构n和电流在电路中被导体所限制极为相似（1）简单磁路n铁心导磁率远大于空气n磁力线几乎被限定在铁心规定的路径中n铁心外部的磁力线很少（2）带气隙简单磁路（3）简单同步电机磁路n有线圈的铁心中，磁通分成主磁通和漏磁通两部分n主磁通：在铁心中通过

3、的绝大部分磁通n漏磁通：围绕载流线圈、在部分铁心和铁心周围的空间的少量磁通n励磁线圈：用来产生磁场的载流线圈n励磁电流：载流线圈中的电流2磁路基本定理n磁路欧姆定律n磁路基尔霍夫第一定律n磁路基尔霍夫第二定律2.1基本磁路物理量n磁场强度H(A/m)n磁感应密度(磁密)B(T)n磁动势(磁势)F(A)：励磁绕组产生的安匝数FNi,N为绕组匝数n磁通量(磁通)Φ(Wb)：穿过曲面S的磁通是磁感应密度B的法线分量的面积分BdasqB均匀时BSccn磁场强度H与磁感应强度B对比qH和B均可表

4、征磁场性质（即磁场强弱和方向）q均匀磁介质，若包括介质因磁化而产生的磁场在内时，用B表示，其单位为特斯拉T，是一个基本物理量q单独由电流或者运动电荷所引起的磁场（不包括介质磁化而产生的磁场时）则用磁场强度H表示，其单位为A/m，是一个辅助物理量q在各向同性的磁介质中，B与H的比值即介质的绝对磁导率μn从定义看qB只考虑磁场对于电流元的作用，而不考虑这种作用是否受到磁场空间所在的介质的影响，即B同时由磁场的产生源与磁场空间所充满的介质来决定qH只反映磁场来源的属性，与磁介质没有关系磁导率μn磁场强度H

5、与磁感应密度B的关系BHq由材料特性决定qμ称为材料的磁导率7q真空磁导率410(H/m)0n相对磁导率：材料的磁导率与真空磁导率的比值/r0n电机中使用的铁磁材料的典型相对磁导率范围：2000－80000H与B的区别①H∝I，与介质的性质无关。②B与电流的大小和介质的性质均有关。2.2磁路基本定理（1）安培环路定理安培环路定理：HdlJdacs仅考虑导体电流：HdlNiFcH分段相等：HiliNiFi（2）磁路欧姆定理n对于等截面、磁密分布均匀、

6、材料一致的简单磁路n假设磁通为Φ，磁动势为F=Ni，磁路截面积为A，磁路平均长度为lBdaBABsAB1HA1lFNiHlAn令：UHl称为磁路的磁位降m1ln令：R称为磁路的磁阻mA1ln磁路欧姆定理为FNiHlAURmm（3）磁路基尔霍夫第一定律n穿过任意闭曲面的总磁通恒等于零BdS00S分支磁路：Φ+Φ=Φ123（4）磁路基尔霍夫第二定律n沿任意闭合磁路的中磁动势恒等于各段磁路磁位降的代数和H

7、dlJdacsFHiliRmimiUmiiiiFNiHiliRmimiUmiiii回路①：Hl+Hl=Ni113311回路②：-Hl-Hl=-Ni223322回路③：Hl-Hl=Ni-Ni112211222.3磁路与电路比较磁路电路磁路电路物理量基本定律磁动势F电动势EUmRmURi磁通量Φ电流Ii0Ii0ii磁阻Rm电阻RFUmeu磁导Λ电导G3磁链、电感和能量n磁通Φ(Wb)：穿过曲面S的磁通是磁感应密度B的法线分量的

8、面积分n定义：线圈交链的磁链Nn定义：电感Li2NNNiNLiiiRRmm自感LΨNΦN(Fm)N(Nim)N2miiiiN——线圈匝数Λ——自感磁通所经磁路的磁导mn自感的大小与匝数的平方和磁路的磁导成正比；n铁心线圈的自感要比空心线圈的大得多；n铁心线圈的电感不是常数，当磁路饱和程度增加时，自感下降。互感ΨNΦN(F)N(Ni)2122121m211mMNN12miiii1111N----线圈1的匝数1