第1章电机与拖动
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（a）未磁化 （b）磁化后 图1-7 磁畴
1．2常用铁磁材料及其特性
1.2.2 磁化曲线
磁化曲线：是指磁场的磁通密度B与磁通强度H 之间的关系 。
非磁性材料中，因为磁导率基本不变，所以B 和H成线性关系 。
铁磁材料的磁化曲线是非线性的 。
1．2常用铁磁材料及其特性 1.2.2 磁化曲线
图1-8 非铁磁材料的磁化曲线和 铁磁材料的初始磁化曲线
第1章电机分析中常用的电磁定律及材料
学习目标 1．掌握电机与变压器分析中常用的电磁 定律 2．掌握常用铁磁材料及其磁化性能 3．掌握磁滞损耗和涡流损耗的产生原理 4．了解电机常用的绝缘材料及耐热等级
第1章电机分析中常用的电磁定律及材料
1.1
磁场的物理量和基本定律
1.2 常用铁磁材料及其特性
1.3 常用绝缘材料及耐热等级
图1-9 铁磁材料的磁滞回线和基本 磁化曲线
1．2常用铁磁材料及其特性 1.2.3 磁滞与磁滞损耗
磁滞损耗 ：铁磁材料周期性的正反向磁化过程 中磁畴来回翻转产生摩擦而引起的损耗 。 磁滞损耗Ph与磁通的交变频率f成正比，与磁通 密度幅值Bm的α次方成正比。即 ：
Ph∞fBm
α=1.6~2.3
1．2常用铁磁材料及其特性
1.2.4 涡流与涡流损耗
涡流：铁芯是导电材料，当通过铁芯的磁通随时间发生变化
时，根据电磁感应定律，铁芯中将产生感应电动势，并引起 环流。因为这些环流在铁芯内部围绕磁通成涡流状流动，所 以称之为涡流。
（a）厚铁芯
（b）薄钢板叠成的铁芯
图1-10 涡流
1．2常用铁磁材料及其特性
1.2.4 涡流与涡流损耗
f=BlI
（1-7）
式中：B——导体所在处的磁感应强
度；
l——导体的有效长度；
I——载流导体中流过的电流。
图1-4 左手定则判断电磁力的方向
1．1 磁场的物理量及基本定律 1.1. 5 磁路的欧姆定律 磁路的欧姆定律
H dl Hl I Ni
由于H=B/μ，B=Φ/S，可得
Φ=
NI
l/S
＝
F Rm
＝Fm
l——磁路的平均长度；
图1-5 磁路的欧姆定律
N——线圈的匝数；
S——磁路的面积；
F=NI——磁动势。 Rm=l/μS是磁阻 Λm=1/Rm称为磁导
1．1 磁场的物理量及基本定律 1.1. 6 磁路的基尔霍夫定律 1．基尔霍夫第一定律
U V W 0
0
1.4 三相异步电动机的调速
【案例】
电磁炉是我们日常生活中常用的加热电器，它的工作利用的是电 磁感应原理，其能量转换过程为电→磁→电→热。其中电→磁的过 程为电流通过线圈产生变化的磁场；磁→电是指铁磁性材料的锅体 作为导体切割磁场，产生旋涡状的电流（涡流）；电→热是指锅体 流过涡流发热。
电机和变压器的工作也是利用电磁感应原理。在变压器中主要利 用一次侧交变的电流产生铁芯中的交变磁场（电→磁），变化的磁 场通过二次侧绕组在其中感应出电动势（磁→电）。在电动机中主 要利用定子绕组交变的电流产生电机内部变化的磁场（电→磁）， 变化的磁场交链定转子绕组，在转子绕组中感应出电动势（磁→ 电），通电导体处于磁场中受到电磁力的作用（电、磁→力），这 是电动机旋转的原因。
3．磁导率μ
通电线圈所产生的磁场强弱与磁力线穿过的介质有关。 同样的通电线圈在铁磁性物质中产生的磁场远大于在非 磁性物质中产生的磁场，表示介质的这种导磁性质的物 理量叫做磁导率，用符号μ表示。 根据磁性质的不同，可以将物质分为3类：第一类为顺磁 性物质，如空气、铝等，它们的磁导率比真空磁导率略 大；第二类为逆磁性物质，如氢、铜等，它们的磁导率 略小于真空磁导率；第三类为铁磁物质，如铁、钴、镍 等，它们的磁导率是真空磁导率的几百倍甚至几千倍， 其磁导率与磁场强弱有关，不是一个常数。第一类和第 二类一般统称为非磁性物质。
1．1 磁场的物理量及基本定律
1.1.1 描述磁场的基本物理量
1．磁感应强度B
磁感应强度也被称为磁通量密度或磁通密度，是用来描 述磁场强弱和方向的基本物理量。常用符号B表示。磁感 应强度的大小为通过该点与B垂直的单位面积上磁感应线 的数目，磁场强的地方，磁感应线密，相反则疏。如果 磁场内各点的磁感应强度大小相等，方向相同，则该磁 场被称为均匀磁场。电流可以产生磁场，即电生磁，这 是电机或变压器的工作原理之一。磁感应强度的单位是 特（T）。
PFe= Ph +Pe≈kFef1.3Bm2G （1-15）
式中：kFe——铁损耗系数； G ——铁芯的重量
1．3常用绝缘材料及耐热等级
1.3.1 绝缘材料在电机中的应用
绝缘材料类型：
（1）匝间绝缘 （2）层间绝缘 （3）对地绝缘 （4）外包绝缘 （5）填充绝缘 （6）衬垫绝缘 （7）换向器绝缘
1．3常用绝缘材料及耐热等级
1.楞次定律：线圈处于磁场中，当通过该线圈的磁通总量发 生变化时，线圈中将有感应电动势产生:
e N d d
dt dt
（1-4）
式中称为磁链，它表示N匝线圈所交链的总磁通，即
Ψ =NΦ
（1-5）
1．1 磁场的物理量及基本定律 1.1. 3 电磁感应定律—磁变生电 楞次定律的定义：闭合回路中感应电流的方向， 总是使得它所激发的磁场来阻止引起感应电流的 磁通量的变化。 楞次定律的方向：e 总与dΦ/dt的方向相反
穿出或进入任一闭合面的总磁通量恒等于零，类似于电路的 电流定律 。
1．1 磁场的物理量及基本定律 1.1. 6 磁路的基尔霍夫定律 2．基尔霍夫第二定律
NI Hl H1l1 H2l2
Hnln 1Rm1 2Rm2 mRmm
式（1-12）
l为各段磁路的长度，H为各段磁路的磁场强度；Φ为各 段磁路的磁通，Rm为各段磁路的磁阻。
1．1 磁场的物理量及基本定律
1.1.1 描述磁场的基本物理量
2．磁通Φ 磁感应强度与垂直于磁场方向的面积S的乘积， 称为通过该面积的磁通Φ，即
Φ=BS或B=Φ/S （1-1） 如果不是均匀磁场，则B取平均值。 磁通的国际单位是韦伯（Wb）。
1．1 磁场的物理量及基本定律
1.1.1 描述磁场的基本物理量
式（1-12）表明，沿任何闭合磁路的总磁动势恒等于各段磁 路磁压降的代数和。类似于电路的基尔霍夫第二定律，称为 磁路的基尔霍夫第二定律。
1．2常用铁磁材料及其特性 1.2. 1 铁磁性物质的磁化 磁化：将铁磁性物质放入磁场后，铁磁物质 呈现很强的磁性的现像称为磁化 。常用的 铁磁性物质有铁、镍、钴等。
1．1 磁场的物理量及基本定律
1.1.1 描述磁场的基本物理量
5．磁势F
电流流过导体所产生磁通量的势力，是用来度量磁场或 电磁场的一种量，类似于电场中的电动势或电压。此外， 永磁材料也以某种方式表现出磁动势。磁势用F表示，单 位为A。对于电流流过导体所产生的磁势用如下公式表示
F=NI （1-3） 式中：N—线圈的匝数；
F 维和石棉制品，云母制品和硅有机制品，耐热优良的醇酸、环氧、
热固性聚酯树脂，有机硅绝缘胶及环氧树脂无溶剂漆等
180
H
无机物填料塑料、硅有机橡胶、聚芳纤维纸薄膜复合箔及有机硅环 氧层压玻璃布板等
1．3常用绝缘材料及耐热等级 1.3.2 绝缘材料的耐热等级
表1-1 绝缘材料的耐热等级
耐热等 级 200
220
原标 志
绝缘材料
QY型漆包线绝缘、聚酰亚胺薄膜、聚四氟乙烯薄膜、聚酰 亚胺层压玻璃布板、石英、陶瓷及玻璃等 NHM绝缘纸
250
玻璃丝带
I—电流。
1．1 磁场的物理量及基本定律 1.1. 2 电流的磁效应—电生磁
右手螺旋定则 （安培定则 ）
（a）长导线 （b）环形导线 （c）螺线管 图1-1 不同形状的载流体产生的磁力线
1．1 磁场的物理量及基本定律 1.1. 3 电磁感应定律—磁变生电
电磁感应定律即法拉第定律，是指因磁通量变化 产生感应电动势的现象 .
涡流损耗的计算：
Pe ke f 2Bm2V
ke——涡流损耗系数，与铁磁材料的电阻率成正比；
——铁芯的厚度；
f——磁场交变的频率； Bm——铁芯中的磁通密度； V——铁芯的体积。
1．2常用铁磁材料及其特性 1.2.5 铁芯损耗 铁芯损耗：涡流损耗和磁滞损耗之和。用PFe表 示，它正比于磁通密度Bm的平方及磁通交变频 率f的1.2~1.3次方。
图1-2 变化的磁通产生的感应电动势方向
1．1 磁场的物理量及基本定律 1.1. 3 电磁感应定律—磁变生电
2.闭合电路的一部分导体在磁场里做切割磁感线的 运动时，导体中会感应电动势，产生电流。
如果直导线位于均匀磁场中运动，且导体与磁力 线、运动方向之间三者垂直，则感应电动势的公 式为：
e=Blv
纸层压制品及棉纤维层压制品等
130
QZ、QZN型漆包线绝缘，玻璃纤维，石棉层压制品，聚酯薄膜玻
B
璃漆布复合箔，聚酯无纺布-聚酯薄膜-聚酯无纺布复合箔（DMD）， 环氧酚醛层压玻璃布板，热固性合成树脂胶，氨基醇酸绝缘漆，环
氧树脂绝缘漆及油改性合成树脂漆等
155
QZY型漆包线绝缘，聚芳纤维纸薄膜复合箔，绝缘漆处理的玻璃纤
1．1 磁场的物理量及基本定律
1.1.1 描述磁场的基本物理量
4．磁场强度H
磁场中某点的磁感应强度B与该点的磁导率μ的比 值，称为该点的磁场强度，用H 表示，即
H=B/μ （1-2） 磁场内某一点的磁场强度只与电流大小、线圈匝 数及该点的几何位置有关，而与磁场介质的磁性 无关。磁场强度的国际单位是A/m。
1.3.2 绝缘材料的耐热等级
表1-1 绝缘材料的耐热等级
耐热等 级
原标志
绝缘材料
90
Y 棉纱丝绸、天然丝、纸及其制品、木材、再生纤维素纤维等
105
A
浸渍过的Y级绝缘材料、Q型漆包线绝缘、黄漆绸、丁腈橡胶、有 机玻璃及油性沥青漆等
120
QQ、QA、QAN型漆包线绝缘，聚酯薄膜，聚酯薄膜玻璃漆布复
E 合箔，热固性聚酯树脂、三聚氰胺甲醛树脂，热固性合成树脂胶，
（1-6）
式中：B—导体所在处的磁感应强度； l—导体的有效长度； v—导体切割磁力线的线速度。
1．1 磁场的物理量及基本定律 1.1. 4 电磁力定律—电磁生力
wenku.baidu.com
载流导体处于磁场中会受到力的作用，称之为电 磁力，也叫安培力。
图1-4 左手定则判断电磁力的方向
当磁力线与导体的方向相互垂直时，
载流导体所受到的电磁力公式为
1．2常用铁磁材料及其特性
1.2.2 磁化曲线
磁化曲线：是指磁场的磁通密度B与磁通强度H 之间的关系 。
非磁性材料中，因为磁导率基本不变，所以B 和H成线性关系 。
铁磁材料的磁化曲线是非线性的 。
1．2常用铁磁材料及其特性 1.2.2 磁化曲线
图1-8 非铁磁材料的磁化曲线和 铁磁材料的初始磁化曲线
第1章电机分析中常用的电磁定律及材料
学习目标 1．掌握电机与变压器分析中常用的电磁 定律 2．掌握常用铁磁材料及其磁化性能 3．掌握磁滞损耗和涡流损耗的产生原理 4．了解电机常用的绝缘材料及耐热等级
第1章电机分析中常用的电磁定律及材料
1.1
磁场的物理量和基本定律
1.2 常用铁磁材料及其特性
1.3 常用绝缘材料及耐热等级
图1-9 铁磁材料的磁滞回线和基本 磁化曲线
1．2常用铁磁材料及其特性 1.2.3 磁滞与磁滞损耗
磁滞损耗 ：铁磁材料周期性的正反向磁化过程 中磁畴来回翻转产生摩擦而引起的损耗 。 磁滞损耗Ph与磁通的交变频率f成正比，与磁通 密度幅值Bm的α次方成正比。即 ：
Ph∞fBm
α=1.6~2.3
1．2常用铁磁材料及其特性
1.2.4 涡流与涡流损耗
涡流：铁芯是导电材料，当通过铁芯的磁通随时间发生变化
时，根据电磁感应定律，铁芯中将产生感应电动势，并引起 环流。因为这些环流在铁芯内部围绕磁通成涡流状流动，所 以称之为涡流。
（a）厚铁芯
（b）薄钢板叠成的铁芯
图1-10 涡流
1．2常用铁磁材料及其特性
1.2.4 涡流与涡流损耗
f=BlI
（1-7）
式中：B——导体所在处的磁感应强
度；
l——导体的有效长度；
I——载流导体中流过的电流。
图1-4 左手定则判断电磁力的方向
1．1 磁场的物理量及基本定律 1.1. 5 磁路的欧姆定律 磁路的欧姆定律
H dl Hl I Ni
由于H=B/μ，B=Φ/S，可得
Φ=
NI
l/S
＝
F Rm
＝Fm
l——磁路的平均长度；
图1-5 磁路的欧姆定律
N——线圈的匝数；
S——磁路的面积；
F=NI——磁动势。 Rm=l/μS是磁阻 Λm=1/Rm称为磁导
1．1 磁场的物理量及基本定律 1.1. 6 磁路的基尔霍夫定律 1．基尔霍夫第一定律
U V W 0
0
1.4 三相异步电动机的调速
【案例】
电磁炉是我们日常生活中常用的加热电器，它的工作利用的是电 磁感应原理，其能量转换过程为电→磁→电→热。其中电→磁的过 程为电流通过线圈产生变化的磁场；磁→电是指铁磁性材料的锅体 作为导体切割磁场，产生旋涡状的电流（涡流）；电→热是指锅体 流过涡流发热。
电机和变压器的工作也是利用电磁感应原理。在变压器中主要利 用一次侧交变的电流产生铁芯中的交变磁场（电→磁），变化的磁 场通过二次侧绕组在其中感应出电动势（磁→电）。在电动机中主 要利用定子绕组交变的电流产生电机内部变化的磁场（电→磁）， 变化的磁场交链定转子绕组，在转子绕组中感应出电动势（磁→ 电），通电导体处于磁场中受到电磁力的作用（电、磁→力），这 是电动机旋转的原因。
3．磁导率μ
通电线圈所产生的磁场强弱与磁力线穿过的介质有关。 同样的通电线圈在铁磁性物质中产生的磁场远大于在非 磁性物质中产生的磁场，表示介质的这种导磁性质的物 理量叫做磁导率，用符号μ表示。 根据磁性质的不同，可以将物质分为3类：第一类为顺磁 性物质，如空气、铝等，它们的磁导率比真空磁导率略 大；第二类为逆磁性物质，如氢、铜等，它们的磁导率 略小于真空磁导率；第三类为铁磁物质，如铁、钴、镍 等，它们的磁导率是真空磁导率的几百倍甚至几千倍， 其磁导率与磁场强弱有关，不是一个常数。第一类和第 二类一般统称为非磁性物质。
1．1 磁场的物理量及基本定律
1.1.1 描述磁场的基本物理量
1．磁感应强度B
磁感应强度也被称为磁通量密度或磁通密度，是用来描 述磁场强弱和方向的基本物理量。常用符号B表示。磁感 应强度的大小为通过该点与B垂直的单位面积上磁感应线 的数目，磁场强的地方，磁感应线密，相反则疏。如果 磁场内各点的磁感应强度大小相等，方向相同，则该磁 场被称为均匀磁场。电流可以产生磁场，即电生磁，这 是电机或变压器的工作原理之一。磁感应强度的单位是 特（T）。
PFe= Ph +Pe≈kFef1.3Bm2G （1-15）
式中：kFe——铁损耗系数； G ——铁芯的重量
1．3常用绝缘材料及耐热等级
1.3.1 绝缘材料在电机中的应用
绝缘材料类型：
（1）匝间绝缘 （2）层间绝缘 （3）对地绝缘 （4）外包绝缘 （5）填充绝缘 （6）衬垫绝缘 （7）换向器绝缘
1．3常用绝缘材料及耐热等级
1.楞次定律：线圈处于磁场中，当通过该线圈的磁通总量发 生变化时，线圈中将有感应电动势产生:
e N d d
dt dt
（1-4）
式中称为磁链，它表示N匝线圈所交链的总磁通，即
Ψ =NΦ
（1-5）
1．1 磁场的物理量及基本定律 1.1. 3 电磁感应定律—磁变生电 楞次定律的定义：闭合回路中感应电流的方向， 总是使得它所激发的磁场来阻止引起感应电流的 磁通量的变化。 楞次定律的方向：e 总与dΦ/dt的方向相反
穿出或进入任一闭合面的总磁通量恒等于零，类似于电路的 电流定律 。
1．1 磁场的物理量及基本定律 1.1. 6 磁路的基尔霍夫定律 2．基尔霍夫第二定律
NI Hl H1l1 H2l2
Hnln 1Rm1 2Rm2 mRmm
式（1-12）
l为各段磁路的长度，H为各段磁路的磁场强度；Φ为各 段磁路的磁通，Rm为各段磁路的磁阻。
1．1 磁场的物理量及基本定律
1.1.1 描述磁场的基本物理量
2．磁通Φ 磁感应强度与垂直于磁场方向的面积S的乘积， 称为通过该面积的磁通Φ，即
Φ=BS或B=Φ/S （1-1） 如果不是均匀磁场，则B取平均值。 磁通的国际单位是韦伯（Wb）。
1．1 磁场的物理量及基本定律
1.1.1 描述磁场的基本物理量
式（1-12）表明，沿任何闭合磁路的总磁动势恒等于各段磁 路磁压降的代数和。类似于电路的基尔霍夫第二定律，称为 磁路的基尔霍夫第二定律。
1．2常用铁磁材料及其特性 1.2. 1 铁磁性物质的磁化 磁化：将铁磁性物质放入磁场后，铁磁物质 呈现很强的磁性的现像称为磁化 。常用的 铁磁性物质有铁、镍、钴等。
1．1 磁场的物理量及基本定律
1.1.1 描述磁场的基本物理量
5．磁势F
电流流过导体所产生磁通量的势力，是用来度量磁场或 电磁场的一种量，类似于电场中的电动势或电压。此外， 永磁材料也以某种方式表现出磁动势。磁势用F表示，单 位为A。对于电流流过导体所产生的磁势用如下公式表示
F=NI （1-3） 式中：N—线圈的匝数；
F 维和石棉制品，云母制品和硅有机制品，耐热优良的醇酸、环氧、
热固性聚酯树脂，有机硅绝缘胶及环氧树脂无溶剂漆等
180
H
无机物填料塑料、硅有机橡胶、聚芳纤维纸薄膜复合箔及有机硅环 氧层压玻璃布板等
1．3常用绝缘材料及耐热等级 1.3.2 绝缘材料的耐热等级
表1-1 绝缘材料的耐热等级
耐热等 级 200
220
原标 志
绝缘材料
QY型漆包线绝缘、聚酰亚胺薄膜、聚四氟乙烯薄膜、聚酰 亚胺层压玻璃布板、石英、陶瓷及玻璃等 NHM绝缘纸
250
玻璃丝带
I—电流。
1．1 磁场的物理量及基本定律 1.1. 2 电流的磁效应—电生磁
右手螺旋定则 （安培定则 ）
（a）长导线 （b）环形导线 （c）螺线管 图1-1 不同形状的载流体产生的磁力线
1．1 磁场的物理量及基本定律 1.1. 3 电磁感应定律—磁变生电
电磁感应定律即法拉第定律，是指因磁通量变化 产生感应电动势的现象 .
涡流损耗的计算：
Pe ke f 2Bm2V
ke——涡流损耗系数，与铁磁材料的电阻率成正比；
——铁芯的厚度；
f——磁场交变的频率； Bm——铁芯中的磁通密度； V——铁芯的体积。
1．2常用铁磁材料及其特性 1.2.5 铁芯损耗 铁芯损耗：涡流损耗和磁滞损耗之和。用PFe表 示，它正比于磁通密度Bm的平方及磁通交变频 率f的1.2~1.3次方。
图1-2 变化的磁通产生的感应电动势方向
1．1 磁场的物理量及基本定律 1.1. 3 电磁感应定律—磁变生电
2.闭合电路的一部分导体在磁场里做切割磁感线的 运动时，导体中会感应电动势，产生电流。
如果直导线位于均匀磁场中运动，且导体与磁力 线、运动方向之间三者垂直，则感应电动势的公 式为：
e=Blv
纸层压制品及棉纤维层压制品等
130
QZ、QZN型漆包线绝缘，玻璃纤维，石棉层压制品，聚酯薄膜玻
B
璃漆布复合箔，聚酯无纺布-聚酯薄膜-聚酯无纺布复合箔（DMD）， 环氧酚醛层压玻璃布板，热固性合成树脂胶，氨基醇酸绝缘漆，环
氧树脂绝缘漆及油改性合成树脂漆等
155
QZY型漆包线绝缘，聚芳纤维纸薄膜复合箔，绝缘漆处理的玻璃纤
1．1 磁场的物理量及基本定律
1.1.1 描述磁场的基本物理量
4．磁场强度H
磁场中某点的磁感应强度B与该点的磁导率μ的比 值，称为该点的磁场强度，用H 表示，即
H=B/μ （1-2） 磁场内某一点的磁场强度只与电流大小、线圈匝 数及该点的几何位置有关，而与磁场介质的磁性 无关。磁场强度的国际单位是A/m。
1.3.2 绝缘材料的耐热等级
表1-1 绝缘材料的耐热等级
耐热等 级
原标志
绝缘材料
90
Y 棉纱丝绸、天然丝、纸及其制品、木材、再生纤维素纤维等
105
A
浸渍过的Y级绝缘材料、Q型漆包线绝缘、黄漆绸、丁腈橡胶、有 机玻璃及油性沥青漆等
120
QQ、QA、QAN型漆包线绝缘，聚酯薄膜，聚酯薄膜玻璃漆布复
E 合箔，热固性聚酯树脂、三聚氰胺甲醛树脂，热固性合成树脂胶，
（1-6）
式中：B—导体所在处的磁感应强度； l—导体的有效长度； v—导体切割磁力线的线速度。
1．1 磁场的物理量及基本定律 1.1. 4 电磁力定律—电磁生力
wenku.baidu.com
载流导体处于磁场中会受到力的作用，称之为电 磁力，也叫安培力。
图1-4 左手定则判断电磁力的方向
当磁力线与导体的方向相互垂直时，
载流导体所受到的电磁力公式为