,电机学,磁路Magnetic Circuit,*,Electric Machinery,电机学教案，2009 by 重庆大学电气工程学院韩力，,磁路,Magnetic Circuit,电气工程学院韩力,电机学第一章,2021,1,第一章磁路,1.1 磁路的根本定律,1.2常用的铁磁材料及其特性,1.3 磁路的计算,重点与难点：饱和问题非线性问题,2,1.1 磁路的根本定律Basic Laws of Magnetic Circuit,磁路的概念,电磁根本定律,安培环路定律,电磁感应定律,电磁力定律,磁路根本定律,磁路的欧姆定律,磁路的基尔霍夫第一定律,磁路的基尔霍夫第二定律,3,磁路的概念,Concepts of Magnetic Circuit,磁路：磁通所通过的路径。,电路：电流所通过的路径。,对偶,电阻,电动势,电流,磁阻,磁动势,磁通,直流磁路,交流磁路,4,磁路的概念,Concepts of Magnetic Circuit,5,磁路的概念,Concepts of Magnetic Circuit,变压器的磁路,2极直流电机的磁路,6,主磁通与漏磁通,Main Flux&Leakage Flux,分类,作用,大小,磁路,符号,主磁通,能量转换,或传递,大,主磁路,漏磁通,漏抗压降,小,漏磁路,7,安培环路定律(Amperes Law),或：全电流定律,电磁根本定律Basic Laws of Electromagnetism,=-,i,1,+,i,2,-,i,3,8,电磁感应定律,(Law of Electromagnetic Induction),电磁根本定律Basic Laws of Electromagnetism,e,9,电磁力定律,(Law of Electromagnetic Force),电磁根本定律Basic Laws of Electromagnetism,10,磁路欧姆定律(Ohms Law),磁路根本定律Basic Laws of Magnetic Circuit,磁路欧姆定律：,电动势：Electromotive Force，e.m.f.,磁动势：Magnetomotive Force，m.m.f.,磁阻：Reluctivity,F,R,m,11,磁路的基尔霍夫第一定律Kirchhoff First Law,3,R,m,3,2,1,R,m,1,R,m,2,F,12,F,1,R,m,1,R,m,2,2,R,m,磁路的基尔霍夫第二定律Kirchhoff Second Law,举例：,13,磁路的基尔霍夫第二定律Kirchhoff Second Law,定律背景：磁路计算时，总是把整个磁路分成假设干段，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：沿任何闭合磁路的总磁动势恒等于各段磁路磁位降的代数和。,14,磁路与电路的比照,电路,磁路,基本物理量及表达式,单位,基本物理量及表达式,单位,电流：,I,A,磁通：,Wb,电动势：,E,V,磁动势：,F,=,NI,A,电压降：,U,V,磁压降：,R,m,=,Hl,A,电阻：,R,=,l,/,A,磁阻：,R,m,=,l,/,A,H,-1,电导：,G,=1,/R,S,磁导：,m,=1/,R,m,H,欧姆定律：,E,=,IR,欧姆定律：,F,=,R,m,基尔霍夫第一定律：,I,=0,基尔霍夫第一定律：,=,0,基尔霍夫第二定律：,E,=,U,基尔霍夫第二定律：,F,=,R,m,=,Hl,15,1.2常用的铁磁材料及其特性,电机的常用材料,铁磁物质的磁化,磁化曲线与磁滞回线,铁磁材料,铁心损耗,16,导电材料,(Electric Materials),引导电流的电路，要求电导率大,导磁材料,(Magnetic Materials),引导磁通的磁路，要求磁导率大,绝缘材料,(Insulating Materials),阻止电流流通，要求介电强度高、耐热性能好,结构材料,(Mechanical Materials),支撑和连接，要求机械强度高,电机常用的四大类材料,17,铁磁物质的磁化,(Magnetization),磁畴(Domain),磁化过程,铁磁物质的导磁性,磁导率：反映铁磁物质导磁能力的参数。,=B/H,(H/m,T,A/m),0,=410,-7,H/m,Fe,=(2000 6000),0,铁、镍、钴及其合金,18,B,H,图1-7 铁磁材料的起始磁化曲线,a,b,c,d,O,膝点,饱和,19,磁化曲线,Magnetization Curve,随着电流增加：,H,会增加，,饱和程度增加，,Fe,减小；,R,m,增大；,导磁性能降低。,20,图1-8 铁磁材料的磁滞回线,H,B,a,b,c,d,e,f,演示：,磁滋回线,根本磁化曲线,21,相关重要概念,磁化：铁磁材料在外磁场的作用下，呈现出很强的磁性。,剩磁：去掉外磁场之后，铁磁材料内仍保存的磁通密度。,矫顽力：为使B值减小到零，必须加上的反向磁场强度。,磁滞：铁磁材料中磁通密度B的变化滞后于磁场强度H变化的现象。它是铁磁材料的另一个特性。,磁滞回线：呈现磁滞现象的B-H闭合回线。,根本磁化曲线：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。,1种材料：铁磁材料,2种现象：磁化、磁滞,2个参数：剩磁、矫顽力,3根曲线：磁滞回线、起始磁化曲线、,根本磁化曲线,22,软磁材料的磁滞回线,硬磁材料的磁滞回线,铁磁材料Ferromagnetic Materials,铸铁、铸钢,硅钢片,永磁材料,23,常见的硬磁永磁材料,铁,氧,体,铝,镍,钴,稀,土,钴,钕,铁,硼,24,常见的硬磁永磁材料,三种常用永磁材料的性能比较,Ferrite：铁氧体,Alnico：铝镍钴,NdFeB：钕铁硼,25,常见的硬磁永磁材料,我国钕铁硼永磁产量的2/3用于出口，在国内销售的1/3中，目前用于电机的比例很低，而高性能稀土永磁电机却随着计算机、飞机、数控机床等产品大量返销进口。,26,铁心损耗,铁心损耗磁滞损耗涡流损耗,磁滞损耗：铁磁材料置于交变磁场中，磁畴之间不停地相互摩擦，消耗能量，造成的损耗。,涡流损耗：涡流在铁心中引起的损耗。,问题：何时会产生铁心损耗？,27,铁心损耗Iron Losses,磁滞损耗：,涡流损耗：,铁心损耗：,28,1.3 磁路的计算,磁通(磁密),材料特性,磁动势F,磁路计算,磁动势F,材料特性,磁通,磁密B,逆问题,29,1.3 磁路的计算,简单串联磁路：,参见p.13,简单并联磁路：,参见p.12,30,习题,教材26页：,1-1、1-2、1-3,1-4、1-7,31,