第1章电机与拖动

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）。
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；
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
（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
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
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。
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。
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
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
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
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
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。
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
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
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。
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
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
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
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。
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 .
（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
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
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，