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1、1-1磁路的基本定律,一、磁路的概念 磁路：磁通所通过的路径.见图 主磁通：由于铁心的导磁性能比空气要好得多，所以绝大部分磁通将在铁心内通过,这部分磁通称为主磁通。漏磁通：围绕载流线圈、部分铁心和铁心周围的空间，还存在少量分散的磁通，这部分磁通称为漏磁通。,主磁路：主磁通所通过的路径。漏磁路：漏磁通所通过的路径。励磁线圈：用以激励磁路中磁通的载流线 圈。励磁电流：励磁线圈中的电流 直流:直流磁路 例如:直流电机 交流:交流磁路 例如:变压器,二、磁路的基本定律,1安培环路定律 公式:式中，若电流的正方向与闭合回 线L的环 行方向符合右手螺旋关系时，i取正号，否则取负号。附图1-2,有:,2磁路
2、的欧姆定律 公式:定理说明附图1-3a.与电路中的欧姆定律的相似性,附相应的 模拟电路图1-3b.铁磁材料的磁导率不是一个常数，所以由铁磁材料构成的磁路，其磁阻不是常数，而是随着磁路中磁通密度的大小而变化，这种情况称为非线性。,定律内容:穿出(或进入)任一闭和面的总磁通量恒等于零(或者说,进入任一闭合面的磁通量恒等于穿出该闭合面的磁通量),这就是磁通连续性定律.,公式:,定律说明附图1-4.,3 磁路的基尔霍夫第一定律,4磁路的基尔霍夫第二定律 定律背景:磁路计算时，总是把整个磁路分成若干段，每段为同一材料、相同截面积，且段内磁通密度处处相等，从而磁场强度亦处处相等。定律内容:沿任何闭合磁路的
3、总磁动势恒等于各段磁路磁位降的代数和。,公式:定律说明附图1-5.磁路和电路的比拟仅是种数学形式上的类似、而不是物理本质的相似。,点击书本进入例题1-1,例题,例11 有一闭合铁心磁路，铁心的截面积A，磁路的平均长度L=0.3m，铁心的磁导率，套装在铁心上的励磁绕组为500匝。试求在铁心中产生1T的磁通密度时，所需的励磁磁动势和励磁电流。,解 用安培环路定律来求解。磁场强度 磁动势 FHI159X03A477A 励磁电流,返回,1-2 常用的铁磁材料及其特性,一、铁磁物质的磁化 铁磁物质的磁化 铁磁材料在外磁场中 呈现很强的磁性，此 现象称为铁磁物质的磁化。磁畴示意图1-6.,二、磁化曲线和磁
4、滞回线 1起始磁化曲线 定义:将一块尚未磁化的铁磁材料进行磁化，当磁场强度H由零逐渐增大时，磁通密度B将随之增大，曲线B=f(H)就称为起始磁化曲线.曲线附图1-7.分析:起始磁化曲线基本上可分为四段,如下,铁磁材料 磁化曲线示意图1-7.应用:设计电机和变压器时，为使主磁路内得到较大的磁通量而又不过分增大励磁磁动势通常把铁心内的工作磁通密度选择在膝点附近,2磁滞回线 示意图:图1-8.相关重要概念 剩磁:去掉外磁场之后，铁磁材料内仍然保留的磁通密度.矫顽力:要使B值从减小到零，必须加上相应的反向外磁场，此反向磁场强度称为矫顽力.,磁滞:铁磁材料所具有的这种磁通密度B的变化滞后于磁场强度H变化
5、的现象.磁滞回线:呈现磁滞现象的B-H闭合回线.磁滞现象是铁磁材料的另一个特性。,3基本磁化曲线 定义:对同一铁磁材料，选择不同的磁场强度进行反复磁化，可得一系列大小不同的磁滞回线,再将各磁滞回线的顶点联接起来，所得的曲线.示意图1-9.附:电机中常用的硅钢片、铸铁和铸钢的 基本磁化曲线。,三、铁磁材料 1软磁材料 定义:磁滞回线窄、剩磁和矫顽力Hc都小的材料.附图1-11a.常用软磁材料:铸铁、铸钢和硅钢片等。,2硬磁(永磁)材料 定义:磁滞回线宽、和Hc都大的铁磁材料称为硬磁材料.附图1-11b.磁性能指标 剩磁 矫顽力 最大磁能积,种类示意图,四、铁心损耗 1磁滞损耗 定义:铁磁材料置于
6、交变磁场中时，磁畴相互间不停地摩擦、消耗能量、造成损耗，这种损耗称为磁滞损耗。公式:应用:由于硅钢片磁滞回线的面积较小，故电机和变压器的铁心常用硅钢片叠成。,2涡流损耗 相关概念涡流:环流在铁心内部围绕磁通作旋涡状流动.涡流示意图1-12.定义:涡流在铁心中引起的损耗.公式:应用:为减小涡流损耗，电机和变压器的铁心都用含硅量较高的薄硅钢片叠成。,3铁心损耗 定义:铁心中磁滞损耗和涡流损耗之和 表达式:,一、直流磁路的计算 导言:磁路计算时，通常是先给定磁通量，然后计算所需要的励磁磁动势。对于少数给定励磁磁动势求磁通量的逆问题，由于磁路的非线性。需要进行试探和多次迭代，才能得到解答。,1-3 磁
7、路的计算,1简单串联磁路 定义:不计漏磁影响，仅有一个磁回路的无分支磁路.附图1-13.点击书本进入例题1-2,例题,例12 若在例ll的磁路中，开一个长度 的气隙，问铁心中激励1T的磁通密度时，所需的励磁磁动势为多少?已知铁心截面积，。考虑到气隙磁场的边缘效应，在计算气隙的有效面积时，通常在长、宽方向务增加值。,解 用磁路的基尔霍夫第二定律来求解。铁心内的磁场强度:气隙磁场强度:铁心磁位降:气隙磁位降:励磁磁动势:,返回,2简单并联磁路 定义:指考虑漏磁影响，或磁回路有两个以上分支的磁路。点击书本进入例题1-3,例题,例13 图114a所示并联磁路，铁心所用材料为DR530硅钢片，铁心柱和铁
8、轭的截面积均为，磁路段的平均长度，气隙长度 励磁线圈匝数 匝。不计漏磁通，试求在气隙内产生=1211T的磁通密度时，所需的励磁电流i。,解：画出图l14b所示模拟电路图。由于两条并联磁路是对称的，故只需计算其中一个磁回路即可。根据磁路基尔霍夫第一定律，得 根据磁路基尔霍夫第二定律，由图114a可知、中间铁心段的磁路长度,左、右两边铁心段的磁路长度均为.(2)中间铁心段的磁位降 磁通密度B3为,(1)气隙磁位降,中间铁心段的磁位降H3l3为 左、右两边铁心段的磁位降为,（3）左、右两边铁心的磁位降,磁通密度B1、B2为,(4)总磁动势和励磁电流,返回,二、直流电机的空载磁路和磁化曲线 空载磁路及
9、其计算 定义:直流电机的空载磁场是指励磁绕组内通有直流励磁电流时，由励磁磁动势单独激励的磁场。附空载磁场分布图1-15a.空载磁路计算各部分的磁路长度图1-15b.,直流电机的磁化曲线 曲线示意图1-16.电机的磁化曲线体现了电机磁路的非线性，这种非线性使电机运行特性的数学表达复杂化。工程分析中，常用线性分析加上适当修正的办法来考虑非线性的影响。,三、交流磁路的特点 1.交流磁路中，激磁电流是交流，因此磁路中的磁动势及其所激励的磁通均随时间而交变，但每一瞬时仍和直流磁路一样，遵循磁路的基本定律 2.就瞬时值而言，通常情况下，可以使用相同的基本磁化曲线。3.磁通量和磁通密度均用交流的幅值表示，磁
10、动势和磁场强度则用有效值表示。,交变磁通的两个效应:(1)磁通量随时间交变，必然会在激磁线圈内产生感应电动势；(2)磁饱和现象会导致电流、磁通和电动势波形的畸变。,小提示:,本章内容已结束,及时复习可以巩固学习效果.,主磁通,漏磁通,图1-1 两种常见的磁路 A)变压器的磁路,开始动画,返回,图1-2 安培环路定律,H,L,开始动画,返回,图1-3 无分支铁心磁路A)无分支铁心磁路,A,N,i,返回,开始动画,B)模拟电路图,F,返回,图1-4 磁路的基尔霍夫第一定律,A,N,i,返回,开始动画,图1-5 磁路的基尔霍夫第二定律,i,返回,开始动画,图1-6 磁畴,A)未磁化,B)磁化,返回,
11、B,H,图1-7 铁磁材料的起始磁化曲线,a,b,c,d,返回,开始动画,图1-8 铁磁材料的磁滞回线,H,B,a,b,c,d,e,f,返回,开始动画,图1-9 基本磁化曲线,基本磁化曲线,H,B,返回,开始动画,图1-11）软磁材料的磁滞曲线,A)软磁材料,H,B,返回,开始动画,B,H,B)硬磁材料,图）硬磁材料的磁滞曲线,返回,开始动画,图1-12 硅钢片中的涡流,B,返回,开始动画,1,6,5,4,3,2,图1-13 简单串联磁路 A)串联磁路,i,返回,开始动画,B)模拟电路图,返回,开始动画,L,L,L,A,图1-14 简单并联磁路 A)并联磁路,返回,开始动画,B)模拟电路图,返回,开始动画,图1-16 直流电机的磁化曲线,O,返回,开始动画,
