电机与拖动基础1857.pptx

第1章电机中的电磁学基本知识1.1磁路的基本知识1.2磁场的基本知识1.3电磁学的基本定律1.4铁磁材料1.5简单磁路的计算1.6永磁材料的应用与特点小结

1.1磁路的基本知识

1.1.1电路与磁路

对于电路系统来说，在电动势E的作用下，电流I从E的正极通过导体流向负极。可见，构成一个完整的电路系统需要电动势、电导体，并应可以形成电流。

在磁路系统中，也有一个磁动势F(类似于电路中的电动势)，在F的作用下产生一个磁通Φ(类似于电路中的电流)，Φ从磁动势的N极(北极)通过一个通路(类似于电路中的导体)到S极(南极)，这个通路就是磁路。由于铁磁材料的磁导率比空气的磁导率大几千倍，即空气磁阻比铁磁材料磁阻大几千倍，因此构成磁路的材料均使用导磁率高的铁磁材料。由于非铁磁物质(如空气)也能通过磁通，这就造成铁磁材料构成的磁路周围空气中也必然会有磁通Φδ，而空气磁阻比铁磁材料磁阻大几千倍，因此Φδ比Φ小得多，Φδ常被称为漏磁通，Φ称为主磁通。可见，磁路问题要比电路问题复杂得多。

1.1.2电机电器中的磁路

磁路系统广泛应用在电器设备之中，如变压器、电机、继电器等。另外，在电机和某些电器的磁路中，一般还需要一段空气隙，或者说空气隙也是磁路的组成部分。

图1-1是电机电器的几种常用磁路结构。图(a)是普通变压器的磁路，它全部由铁磁材料组成；图(b)是电磁继电器的磁路，它除了铁磁材料外，还有一段空气隙；图(c)表示电机磁路，也是由铁磁材料和空气隙组成的。另外，图(a)是有分支的并联磁路，图(b)是无分支的串联磁路，由空气隙段和铁磁材料串联组成。图中，实(或虚)线表示磁通的路径。

图1-1几种常用电机电器的典型磁路(a)普通变压器磁路；(b)电磁继电器常用磁路；(c)电机磁路

1.1.3电气设备中磁动势的产生

为了产生较强的磁场，在一般电气设备中都使用电流来产生磁场。电流产生磁场的方法是:把绕制好的N匝线圈套装在铁芯上，并在线圈内通入电流i，这样在铁芯和线圈周围的空间中就会形成磁场。其中，大多数磁通通过铁芯，称为主磁通Φ；小部分磁通围绕线圈，称为漏磁通Φδ，如图1-2所示。套装在铁芯上用于产生磁通的N匝线圈称为励磁线圈，励磁线圈中的电流i称为励磁电流。若励磁电流为直流，则磁路中的磁通是恒定的，不随时间变化，这种磁路称为直流磁路，如直流电机的励磁磁路；若励磁电流为交流，则磁路中的磁通是交变的，随时间而变化，这种磁路称为交流磁路，如交流电机、变压器的磁路。

图1-2磁动势的产生和磁路欧姆定律

1.2磁场的基本知识

1.2.1磁感应强度B

描述磁场强弱及方向的物理量称为磁感应强度(磁通密度)B。为了形象地描绘磁场，往往采用磁感应线，通常称为磁力线，它是无头无尾的闭合曲线。图1-3中画出了直线电流及螺线管电流产生的磁力线。

磁力线的方向与产生它的电流方向满足右手螺旋关系，如图1-3(a)所示。

在国际单位制中，磁感应强度B的单位为特(特斯拉)，单位符号为T，1T=1Wb/m2(韦伯/米2)。

图1-3电流磁场中的磁力线(a)直线电流；(b)螺线管电流

1.2.2磁通Φ

穿过某一截面S的磁感应强度B的通量，即穿过截面S的磁力线根数称为磁感应通量，简称磁通，用Φ表示，即

在均匀磁场中，如果截面S与B垂直，如图1-4所示，则式(1-1)变为

式中：B为磁通密度，简称磁密；S为面积。

在国际单位制中，Φ的单位名称为韦(韦伯)，单位符号为Wb。(1-2)(1-1)

图1-4均匀磁场中的磁通

1.2.3磁场强度H

计算导磁物质中的磁场时，引入辅助物理量磁场强度H，它与磁密B的关系为

B=μH (1-3)

式中，μ为导磁物质的磁导率。真空的磁导率为μ0=4π×10－7H/m。铁磁材料的磁导率远大于真空的磁导率(μ>>μ0)，例如，铸钢的μ约为μ0的1000倍，各种硅钢片的μ约为μ0的6000～7000倍。

在国际单位制中，磁场强度H的单位名称为安(安培)/米，单位符号为A/m。

1.3电磁学的基本定律

1.3.1安培环路定律——描述电流产生磁场的规律

导体中有电流流过时，就会产生与该载流导体相交链的磁通。安培环路定律的定义:在磁场中，沿任意一个闭合磁回路的磁场强度线积分等于该回路所交链的所有电流的代数和，即

式中，∑i就是该磁路所包围的全电流。因此，式(1-4)也称为全电流定律。(1-4)

如图1-5所示，电流i1、i2、i3产生的磁场，沿封闭曲线磁场强度满足∮lHdl=i1+i2－i3。在图中，与磁力线(闭合回线)