电机与电器1磁路课件

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,2020/9/14,#,1,教材：,电机控制与供电基础,张继和等 编,2,目 录,第一章 磁路,第二章 变压器,第三章 三相异步电动机,第四章 直流电机,第五章 同步电机及控制电机,第六章 继电接触器控制系统,第七章 可编程序控制（后续课介绍）,第八章 供电与配电（选学内容）,3,第一章磁 路,磁路定义,：磁通所经过的,闭合路径,。是局限于一定路径内的磁场。,磁场物理量也适用于磁路。,磁路“类似”于电路，可以参照电路理解它。,4,1.1,磁场的基本物理量,一、磁感应强度,B,：磁场内某点的磁场强弱和方向的物理量。单位：特斯拉,T,、高斯,G,，,1,特斯拉,=10,4,高斯,均匀磁场,：磁场内各点的磁感应强度大小相等，方向相同。,二、磁通,：穿过某一截面积,S,的感应强度,B,通量，也可理解为磁力线的总和。单位：韦伯,Wb,、麦克斯韦,Mx,，,1,韦伯,=10,8,麦克斯韦。,表达式：,=BS,5,磁通密度,：单位面积上的磁通多少，数值上等于磁感应强度的大小。,磁链,：匝数为,N,的线圈，每匝线圈通过的磁通之和。,=N,6,三、磁场强度,：,是计算磁场所引用的物理量，通过它可以进一步确定电流和磁场之间的关系（安培环路定理）,:,磁动势,F,：是产生磁通的“源”，等于穿过闭合积分回路的电流代数和，即：,7,磁场强度是表示线圈安匝数的一个表征量，反映磁场的,源,强弱。磁感应强度则表示磁场源在特定环境下的效果。,打个不恰当的比方,你用一个固定的力去移动一个物体，但实际对物体产生的效果并不一样。比如你是借助于工具、还是徒手的，对物体的影响就不同。你作用的力好比磁场强度，而对物体的影响就好比磁感应强度,.,8,四、磁导率,表示磁场媒质磁性的物理量，即用来衡量物质的导磁能力。,=B/H,（单位亨,/,米）,真空磁导率为,空气、铜、铝等非磁性物质，磁导率约等于真空磁导率。,磁性材料的磁导率远大于空气的磁导率。因此，电机铁心采用磁性材料。,9,1.2,磁性材料（铁、钴、镍及其合金）,为什么磁性材料有高的磁导率呢？,磁化特性。,一、磁性材料的磁化,：如果有外界磁场，磁性材料就会显示很强的磁性，即被磁化了。,B,磁场中有铁磁物质,A,磁场中无,铁磁物质,铁磁物质的磁化,i,i,B,1,i,i,B,2,10,B,有外磁场,A,无,外磁场,磁畴被外磁场磁化的模拟,磁性材料被磁化的原因,磁畴理论,铁磁材料内多个原子组成的自发磁化了的小区域，称为磁畴。在外磁场的作用下，磁畴的极性排列取向一致，和原磁场相互叠加，共同作用，使磁场增强，使铁磁材料显示出高磁导率。,11,单质存在的铁矿，一般具有整体磁性，就是因为被地磁场磁化的原因。,磁性材料（铁磁材料）的这一特性被广泛应用于各种电机电器中。例如，电机变压器的线圈中都装有铁芯，就是为了以较小的激磁电流获取较大的磁通。,非磁性材料因为没有磁畴，,磁场对单个物质原子不起作用，,不具有磁化的特性，磁导率也不会很大。,12,二、磁化曲线：磁性材料在磁化过程中，磁感应强度随磁场强度（外加磁场）变化的曲线，称为,磁化曲线,。,该曲线分为四段：,oa,起始段,，,B,增长缓慢，磁畴,尚未,大量取向一致,ab,上升段,，,B,与,H,基本成正比迅速增大；磁畴,开始,大量取向一致。,bc,饱和段,，,B,的增长放缓，磁,畴基本全部取向一致。,铁磁材料的磁化曲线,13,关于磁饱和的解释,c,点以后，,H,再增大时，,B,几乎不再增长，,磁化曲线呈非线性，,达到“饱和”。原因是磁畴取向全部一致，再也没有磁畴加入进来。,在磁化整个过程中，磁导率,（斜率）不是常数，开始很大，后来很小，跟空气差不多了。,在电机、变压器的主磁路中，,为了获得较大的磁通量，,而又不过分增大磁动势，,通常选,B,点作为磁感应强,度额定工作点。,铁磁材料的磁化曲线,14,剩磁：当,H,减小至零时，对应的,Br,。,磁滞：,B-H,的变化关系为一闭合曲线，,B,的变化总是滞后于,H,的变化。,矫顽力：要使剩磁消失，必须进行反向磁化，对应点的,Hc,称为矫顽力。,15,软磁材料：磁滞回线窄，,Br,小，,Hc,较小。如：铸钢、硅钢片，用来制作电机、变压器、电磁铁的铁心。,硬磁材料：磁滞回线宽，,Br,大，,Hc,较大。如：铁氧体、钕铁硼等稀有金属合金等，一般用来制造永久磁铁。,矩磁材料：磁滞回线矩形，,高，,Br,大，,Hc,小。如：镁锰铁氧体和铁镍合金，一般用来制造磁粉等记忆材料。,软磁材料,硬磁材料,矩磁材料,16,磁场的损耗,1,、磁滞损耗,：,铁磁材料在交变磁场作用下,反复,磁化时，内部的磁畴不停的,往返倒转,，,摩擦,生热,而消耗能量，称为磁滞损耗。磁滞损耗和磁场频率、磁滞回线面积（跟材料有关）、磁通密度幅值（最大值）有关。用硅钢片可减少磁滞损耗。,17,2,、涡流损耗,:,铁磁滞材料中的磁通交变时，会感应电动势和电流，因为这种电流呈,漩涡状,，故称为涡流。涡流在材料的电阻上产生的损耗，称为涡流损耗。涡流损耗和磁场频率、磁通密幅值、及材料的电阻和厚度都有关系。因此，电工钢片一般都很薄，并且加入,4%,左右的硅，形成半导体类合金，显著增加电阻。,磁滞损耗和涡流损耗共称为,铁耗,，表示式：,18,1.3,磁路的基本定律和磁路计算,一、电磁感应定律（法拉第,楞次电磁感应定律）,线圈匝数为,N,，密集缠绕，则,=N,；,假设,e,与,的正方向符合右手螺旋关系,，则有,右方的负号，表示感应电流的方向遵从楞次定律：感应电动势所产生的感应电流的方向，总是（力图）使得它所产生的磁场阻止磁通量的改变。,19,20,问题：,如果感应电动势正方向与磁通的正方向之间不符合右手螺旋关系，则电磁感应定律应写成：,21,电势的产生有两种，本质一样。,（,1,）变压器电势,（,2,）发电机电势,切割右,22,二、电磁力定律,载流导体在磁场中会受到电磁力的作用。如果导体与磁场方向垂直，则电磁力,电磁力的方向由左手定则确定。,通电左,23,三、磁路柯西荷夫定律,1,、磁路的柯西荷夫第一定律：流入任意闭合曲面的磁通为零。,24,2,、磁路的柯西荷夫第二定律：磁路的,磁动势等于各段磁路的磁压降之和,。,25,四、磁路欧姆定律,如图所示为一均匀磁路。根据安培环路定律可得,磁阻表达式：,磁路的磁阻与,长度,成,正比、与,横截面积,成反,比，与,磁导率,成正比。,26,电路和磁路的对照比较表,27,五、磁路计算,例,1,如图所示为一闭合电磁铁磁路，,铁心为硅钢，要产生磁通,=,0.0012Wb,时，需要线圈产,生多大的磁动势？,解：求铁心的磁场强度,查硅钢片磁化曲线,求磁势,问题：为何不能用公式,H,=B/,直接,求,H,？,28,例,2,如图所示为一有气隙的电磁铁磁路，,铁心为硅钢，要产生磁通,=0.0012Wb,时，要求线圈提供多大的磁动势？,解,：（,1,）求铁心的磁场强度,查硅钢片磁化曲线得,（,2,）求空气隙的磁磁场强度,29,（,3,）求总的磁动势为：,由此可见，气隙的存在，虽然很小，但对磁势增加很大。大部分的磁势降落在小小的气隙上。,有些磁路没有气隙，如变压器的磁路；有的磁路必须有磁路，如电动机。有些磁路有气隙，但工作后就没有，如电磁铁。,30,问题：,1,、刚才两个例子都是已知磁通求磁势问题。若已知磁势求磁通，如何求？,答：试探法。先假定一个磁通，根据磁通求磁感应强度、再求磁场强度、最后得出相应的磁势，跟已知的磁势比较，再调整。,2,、把一个没有空气隙的铁心线圈和有空气隙的相同铁心线圈，接到同一直流电压源上，产生的磁通有何不同？为什么？,31,1.4,交流铁心线圈电路,铁心分直流和交流两种。直流铁心线圈外加直流来励磁，产生的磁通是,恒定,的，在线圈和铁心中不会产生感应电势。线圈电流与线圈电阻有关,I=U/r,，线圈的功率损耗,P=I,2,r,。,直流磁路直观简单，容易理解。交流铁心线圈的电磁关系、电压关系、功率损耗方面都与直流铁心线圈不同。,不论直流磁路还是交流磁路，都遵守磁路欧姆定律：,32,线圈通入交流电,i,，,产生的磁通分为两部分，大部分以铁心为磁路（主磁路），是传递能量的主要媒介，属于工作磁通，称为主磁通,。铰链线圈自身的称漏磁通,，只占,很少一部分。,电压方程式：,33,若电,压为正弦电压时，由于,u,-,e,，则,磁通也为正弦磁通，,设：,电势的有效值：,著名的,4.44,公式,34,例 要绕制一个铁心线圈，磁路长为,60cm,，电源交流,U=220 V,，,f=50Hz,，铁心硅钢片，面积,S=30.2cm,2,，叠片系数,k=0.91,。问（,1,）如果要求铁心的磁感应强度,B,m,=1.2T,，问线圈匝数,N=,？（,2,）励磁电流应为多大？,解,：（,1,）铁心有效面积,（,2,）查磁化曲线，当,B,m,=1.2T,，查出,H,m,=700A/m,35,思考,有两个线圈匝数相同，一个绕在闭合铁芯上，另一个绕在木材上，两个线圈通入相同电压的交变电流。试问两者的主磁通大小怎样？哪个线圈的电流大,?,有人做过实验，交流电磁铁通电后，在刚刚开始吸和的过程中电流大，一旦吸和后电流就会变小，为什么？类似的，解释为什么电磁铁衔铁之间有杂质时，就会发热严重，甚至烧毁线圈。,36,例：铁心线圈交流磁路功率损耗例题,有一交流铁心线圈，电源电压,U=220V,，电路中电流,I=4A,，功率表读数为,P=100W,，频率,f=50Hz,，漏磁通和线圈电阻压降忽略不计，求铁心线圈的功率因数；铁心线圈的等效电阻和等效感抗。,解：,铁心线圈的功率因数：,铁心线圈的等效阻抗值：,等效电阻：,等效感抗：,37,练习：有一交流铁心线圈，先将它接在直流电源上，从而测得线圈的电阻为,r=1.75,；然后接在交流电源上，测得电压,U=120V,，功率,P=70W,，电流,I=2A,，试求线圈的功率因数、铁耗电阻,r,Fe,。,38,对于电磁铁各物理量的总结：,幅值相量,幅值相量,有效值相量,39,1.5,电磁铁,电磁铁是利用通电的铁心线圈吸引衔铁工作的一种电器。电磁铁的吸力公式：,交流电磁铁吸力的瞬时值：,交流电磁铁吸力平均值：,40,交流电磁铁噪音产生的原理：磁力有零点，反力弹簧的作用下，吸合处产生缝隙。,消除噪音方法：磁极的部分端面上套上一个（分磁）短路环。,原理是：短路环使得磁通滞后，跟其它磁通不同步为零，磁力没有零点。,41,例,1.5.2,有一拍合式,铁心线圈交流磁路，磁路尺寸为,c=4cm,，,l=7cm,。铁心由硅钢片叠成，横截面正方形，边长,a=1cm,。励磁线圈电压,U=220V,。今要求衔铁在最大空气隙,=1cm,时产生吸力,50N,，试计算线圈匝数,N,和此时的电流值,I,（忽略漏磁通，铁心和衔铁的磁压降不计）。,解：,计算线圈匝数,此时的电流,42,本章小结,1,、磁路的基本物理量；,2,、磁性材料的磁性能；,3,、磁路及基本定律，电路与磁路的比较；,4,、,磁路分析，交流磁路的分析,(,重点,),5,、电磁铁的应用。,经常,不断地学习,你就什么都知道。你知道得越多,你就越有,力量,Study Constantly,And You Will Know Everything.The More You Know,The More Powerful You Will,Be,写,在最后,感谢聆听,不足之处请大家批评指导,Please Criticize And Guide The,Shortcomings,结束语,讲师,：,XXXXXX,XX,年,XX,月,XX,日,