第0章 绪论(Qchsh_第3.0版)

Φ1
S
∑Φ = 0
∑Φ
k
= −Φ 1 + Φ 2 + Φ 3 = 0
Φ2
Φ3
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(3) 全电流定律:磁场中沿任一闭合回路的磁场强度H ( the
magnetic field intensity)的线积分等于该闭合回路所包围的所有 导体电流的代数和，即有
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(2)磁路节点定律（磁路基尔霍夫第一定律）
在磁路(magnetic circuit)中根据磁通的连续性可得：穿 入任一闭合面的磁通必等于穿出该闭合面的磁通，即磁路 中通过任何闭合面上的磁通的代数和等于零，则有 上式中一般将穿出闭合面的磁通取正号，穿入 闭合面的磁通取负号。
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4. 常用磁路定律复习
磁路概述
气隙 铁心 主磁通
漏磁通 线圈
(1)磁路欧姆定律 在无分支的磁路中，磁通Φ与磁动势F大小成正 比，与磁路中的总磁阻Rm (total reluctance)的大小成 反比，即有
F Φ= Rm
上式中， F为磁动势，单位为安匝 ； Rm 为磁路的总磁阻，单位为1/H即1/亨。
四、铁磁材料特性及电磁定律相关知识回顾
1.常用铁磁物质(铁磁性材料)及其特性
(1)铁磁物质：铁、镍、钴及其合金 。 铁磁物质： (2)铁磁物质的磁化：是指铁磁材料在外磁场中呈现很强 磁性的现象。 (3)磁畴(Magnetic Domain) ：是指磁性材料内部的一个个小区
域，每个区域内部包含大量原子，这些原子的磁矩都象一个个 小磁铁那样整齐排列，但相邻的不同区域之间原子磁矩排列的 方向不同。在未经磁化的铁磁物质中，虽然每一磁畴内部都有 确定的自发磁化方向，有很大的磁性，但大量磁畴的磁化方向 各不相同因而整个铁磁质不显磁性。当有外磁场作用时，磁畴 内一些磁矩转向外磁场方向，使得与外磁场方向接近一致的总 磁矩得到增加，从而使总磁场加强。
H
图0-5 基本磁化曲线
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(3)涡流:当通过铁心的磁通随时间变化时,根据电磁感应定律,
铁心中将产生感应电动势,并引起环流,环流在铁心内部围绕磁 通作旋涡状流动，称为涡流。 见图0-
(4)涡流损耗
pω
:涡流在铁心中引起的损耗。
涡流损耗功率可用下式表示：
pω = kω ⋅ f ⋅ B
2
2 m
式中kω ——与材料有关的比例系数； Bm ——磁通密度的最大值。
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3．铁心损耗 pFe : 指铁心中磁滞损耗和涡流损耗之和。 磁滞损耗 ph ：铁磁材料置于交变磁场中时，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。 磁滞损耗功率可用下式表示：
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d B b c
磁通密度B = f (H )
导磁率 μ Fe = f ( H )
a
B = μ0 H
H 图0-3 铁磁材料的起始磁化曲线
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2. 交变磁场中的磁滞、涡流现象
（1） 磁滞回线
当外磁场H增大到使铁心达饱和 状态的值以后，磁感应强度也相应 地沿起始磁化曲线变化到Bm值。若 逐渐减小外磁场，则B也随之减 小，但此时逐渐减小的B值并不按 起始磁化曲线的规律下降，而是沿 一 条 高 于 起 始 磁 化 曲 线 ab 曲 线 减 小，如图所示。当H 减小到零时， B等于Br 而不等于零。这是因为经 过磁化后的磁畴，在外磁场取消 后，不能立即恢复原状而仍取一定 的排列方向。同样道理，在下降过 程中，对应于同一个H值的B值也 比起始磁化曲线的B值要大。
二、电机的主要类型
电机常用的分类方式有两种： ① 按功能分：有发电机、电动机、变压器和控制电机四大 ② 按电机结构或转速分：有变压器和旋转电机。
归纳如下： 变压器 直流电机 电机 交流电机 异步电机 控制电机 直流发电机 直流电动机 同步电机 同步发电机 同步电动机 异步发电机 异步电动机
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铁心损耗表达式为:
⎛ f ⎞ 2 pFe = P 50 ⎜ ⎟ BmG 1/ ⎝ 50 ⎠
β
式中，Bm为磁通密度幅值，单位T（特斯拉）； f为磁通交变频率，单位Hz； G为铁心重量，单位kg； β为系数，通常为β＝1.2～1.6； 为 单 位 铁 耗 ， 是 指 当 f=50Hz 、 Bm=1T 时，每千克硅钢片铁心的损耗。
2. 电机的主要作用：
电能生产——由同步发电机生产； 高压输电——由升压变压器将发电机发出的电压升高到输电 电压再输送； 降压用电——由降压变压器将输来的高压电降为所需低电 压，供给用电设备； 生产机械的拖动——由各种电动机或电力拖动系统实现； 控制系统中的信号转换——由各种控制电机完成。
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其上的b点是曲 线开始拐弯的 点，称为膝点， 表示磁路开始饱 和。
bc段：外磁场的H已很强，但由于大多数的磁畴已排列整齐，H的增加 只能促使少数尚零乱的磁畴继续排列整齐，同方向磁畴的体积几乎都合并 在一起，这时B的上升减慢。 c点以后：绝大多数的磁畴方向均转到与外磁场方向一致，磁性达到了 饱和状态，再增大外磁场，其B的增量也是很小的，所以c点以后，进入饱 和段。
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三、本课程特点及学习方法
1.电机学性质：专业基础课 电机学性质： 2.基本要求：
① ② ③ ④ ⑤ 了解电机、变压器的基本结构； 掌握正常稳态运行时的分析方法； 了解空载运行和负载运行时电机内部的物理情况； 掌握电机的运行特性； 掌握电机的基本实验方法和操作技能。
3.本门课学习方法：

H——磁场强度，A/m； l——各段磁路的长度，m； N——线积分线路所包围的导体数； I——每根导体所流过的电流，A。
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本章结束，谢谢大家！
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B
Bm
b a
Br
−Hm
c
Hc
e
f Hm
H
d
−Bm
图0-4 铁磁材料的磁滞回线
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（2）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 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。
B
基 本 磁 化 曲 线
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见图0-2
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(4)磁化曲线(magnetization curve) ：
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. 起始磁化曲线基本上可分为四段 ,如下: oa段：是开始阶段,铁磁材料的部分磁畴开 始按照外磁场H转向； ab段：此时H已较大，在外磁场作用下有 较多磁畴转向排列整齐，同方向的磁畴在不断 扩大体积，B的上升很快。
n ph = k h ⋅ f ⋅ Bm ⋅ V
式中，kh——磁滞损耗系数，它的大小取决于材料性质；对 一般电工钢片n=1.6～2.3；f——磁通交变频率；Bm——磁通密 度的最大值。 磁滞损耗大小与磁场交变频率f、铁心体积V、磁滞回线包 围的面积大小有关； 涡流损耗大小与磁场交变频率f、铁心电阻率大小以及涡 流路径长短有关。
① 抓主要矛盾，有条件地略去一些次要因素； ② 抓住重点，牢固掌握基本概念、基本原理和主要特性； ③ 要有良好的学习方法，运用对比或比较的方法，分析电机的共性和特 点，加深对原理和性能的理解； ④ 理论联系实际，重视科学实验和工程实践； ⑤ 充分预习和复习。
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教 师：钱承山 职 称：副教授
Email: qianchengshan@
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1. 电机的定义 2. 电机的主要类型 3. 本课程的特点及学习方法 4. 相关知识回顾
一、电机的定义及作用
1.电机：是指依据电磁感应定律实现电能的转换或传递 的一种电磁装置，也就是说电机是利用电磁感应原理工作的 机械。
B
Bm
b a
Br
−Hm
c
Hc
e
f Hm
H
d
−Bm
图0-4 铁磁材料的磁滞回线
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磁滞回线示意图:图0－4所示。 剩磁：去掉外磁场之后，铁磁 材料内仍然保留的磁通密度Br。 矫顽力：要使B值从Br减小到 零，必须加上相应的反 向外磁 场，此反向磁场强度Hc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变化的现象。 磁滞现象是铁磁材料的特性。