第11章变压器与电动机

r
0
r 1 ，则称为磁性材料 r 1 ，则称为非磁性材4 料
(4) 磁场强度 H：磁场强度是计算磁场所用的物理量，其大 小为磁感应强度B和磁导率μ之比。
HB
B ：特斯拉
单位： ：亨/米
H：安/米
(5) 磁路：在电机、变压器及各种铁磁元件中常用磁性材料做
成一定形状的铁心。铁心的磁导率比周围空气或其它物质的
（2）电压电流关系
根据KVL: u Rieσ e
Ri
Lσ
di dt
(e)
i
+
– e
u –
e+– +
N
式中：R是线圈导线的电阻，L 是漏磁电感。
NI HL
I：励磁电流，在磁路中用来产生磁通的电流。
NI：称为磁通势， 一般用 F 表示。 F=NI
HL：称为磁压降。
线圈 匝数N
I
磁路 长度L
11
在非均匀磁路（磁路的材料或截面积不同，或磁场强度不 等）中，总磁通势等于各段磁压降之和。
总磁通势
NI HL
例： NI Hl H0l0
I
N
l0
1
第11章 变压器与电动机
§11.1 磁路 §11.2 变压器（重点） §11.3 三相异步电动机（重点） §11.4 单相异步电动机 §11.5 直流电动机 §11.6 控制电动机
2
11.1 磁路
一、磁性材料的磁性能
1、磁场的基本物理量
磁场的特性可用磁感应强度、磁通、磁导率、磁场强度 等几个物理量表示。
S
L
Rm
磁路中的 欧姆定律
注：由于磁性材料 是非线性的，磁路欧姆定律多用作定性
分析，不做定量计算。 13
3、交流铁心线圈电路
铁心线圈：一个绕有线圈的闭合铁心。 励磁电流：在磁路中用来产生磁通的电流。
励磁电流
直流 ------- 直流磁路 交流 ------- 交流磁路
磁路分析
直流磁路 交流磁路
B
剩磁感应强度Br (剩磁) ： 当外磁场强度H=0时，磁性材料
中的磁感应强度。
矫顽磁力Hc： 使B= 0所需的 H 值。
Br •
•O
• Hc
H
•
磁性物质不同，其磁滞回线和磁化 曲线也不同。
磁滞回线
8
按磁性物质的磁性能，磁性材料分为三种类型：
（1）软磁材料
具有较小的矫顽磁力，磁滞回线较窄。一般用来制造电机、 电器及变压器等的铁心。常用的有铸铁、硅钢、铁氧体等。
磁场中任何闭合回路磁场强度的线积分，等于通过这个闭 合路径内电流的代数和。即
Hdl I
I2 I1
任意选定一个闭合回线的围绕方向， 凡是电流方向与闭合回线围绕方向之间符 合右手定则的电流作为正、反之为负。
I3
H
10
Hdl I
在无分支的均匀磁路（磁路的材料和截面积相同， 各处的磁场强度相等）中，安培环路定律可写成：
第11章 变压器与电动机
在很多电工设备（像变压器、电机、电磁铁、电工测量 仪器等）中，不仅有电路的问题，同时还有磁路的问题。只 有同时掌握了电路和磁路的基本理论，才能对以上电工设备 进行全面分析。
磁路和电路往往是相关的，因此在这里要研究磁路和电 路的关系以及磁和电的关系。
本章结合磁路和铁心线圈电路的分析，讨论变压器和电 动机的工作原理。
磁导率高的多，磁通的绝大部分经过铁心形成闭合通路，磁
通的闭合路径称为磁路。
N
If + –
S
S
N
直流电机的磁路
交流接触器的磁路
5
2、磁性材料的磁性能 (1) 高导磁性
磁性材料的磁导率通常都很高，即 r 1（如坡莫合 金，其 r 可达 2105 ）
磁性材料能被强烈的磁化，具有很高的导磁性能。
磁性物质的高导磁性被广泛地应用于电工设备中，如 电机、变压器及各种铁磁元件的线圈中都放有铁心。在这 种具有铁心的线圈中通入不太大的励磁电流，便可以产生 较大的磁通和磁感应强度。
O
磁化曲线
H
BJ 磁场内磁性物质的磁化磁场的磁感应强度曲线； B0 磁场内不存在磁性物质时的磁感应强度直线； B BJ和B0的纵坐标相加即磁场的磁化曲线。
7
(3) 磁滞性
HB
磁滞性：磁性材料中磁感应强度B的变化总是滞后于外磁场
强度H变化的性质。
磁性材料在交变磁场中反复磁化，其B-H关系曲线是一条
回形闭合曲线，称为磁滞回线。
14
交流磁路分析
NI
L S
Φ
（1）电磁关系
i
主磁通 ：通过铁心闭合的磁通。 +
– e
与i不是线性关系。
u –+
–
e +
漏磁通：经过空气或其它非导
N
磁媒质闭合的磁通。
u i (Ni)
eN
dΦ dt
线圈
铁心
（磁通势） σ
eσ
N
d Φσ dt
Lσ
di dt
i，
铁心线圈的漏磁电感
Lσ
NΦσ i
常数
15
（2）永磁材料
具有较大的矫顽磁力，磁滞回线较宽。一般用来制造永久磁 铁。常用的有碳钢及铁镍铝钴合金等。
（3）矩磁材料
具有较小的矫顽磁力和较大的剩磁，磁滞回线接近矩形， 稳定性良好。在计算机和控制系统中用作记忆元件、开关元件 和逻辑元件。常用的有镁锰铁氧体等。
9
三、磁路分析方法
1、安培环路定律（全电流定律）：
B 单位：特斯拉（T）
单位：韦伯（Wb）
说明: 如果不是均匀磁场，则取B的平均值。
B / S B在数值上可以看成为与磁场方向垂直的单位面
积所通过的磁通，故又称磁通密度。
(3) 磁导率 ：表征各种材料导磁能力的物理量。
真空中的磁导率( 0)为常数 0 4 10 7 （亨/米）
相对磁导率 r:
l
注意： （1）当磁场媒质是非磁性材料时，
H
NI L
B 0
Φ Biblioteka BaiduS
因为
B
Φ S
,
H
B
与产生此磁通的电流I成正比。
（2）当磁场媒质是磁性材料时，磁性物质的磁导率不是常数，
12
与I不成正比。
2
2、磁路的欧姆定律：
对于均匀磁路
NI
HL
B
L
S
L
令： R m
L S
Rm 称为磁阻
I
S
N L
则：
F
NI
HL
6
1
(2) 磁饱和性
HB
磁性物质由于磁化所产生的磁化磁场不会随着外磁场的增
强而无限的增强。当外磁场增大到一定
程度时，磁性物质的磁场方向都转向与 B 外部磁场方向一致，磁化磁场的磁感应
b •
B
强度B将趋向某一定值。如图。
a •
BJ
有磁性物质存在时，B与H不成正
B0
比，磁性物质的磁导率不是常数，随
H而变。
(1) 磁感应强度：表示磁场内某点磁场强弱和方向的物理量。
磁感应强度的方向：与电流的方向之间符合右手定则。
磁感应强度的大小:
B
F lI
单位：特斯拉（T）
均匀磁场：各点磁感应强度大小相等，方向相同的磁场。
3
(2) 磁通：磁感应强度B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。
在均匀磁场中： BS