第1章 磁路

B dS 0
S
3、磁导率µ
：表征各种材料导磁能力的物理量
真空中的磁导率(µ0 )为常数
0 4 10
称为这种材料的相对磁导率µr
7
（亨/米）
一般材料的磁导率µ 和真空中的磁导率之比，
r 0
r 1 ，则称为磁性材料
r 1 ，则称为非磁性材料
4、磁场强度 H
异步电机
电机拖动（电力拖动）
电机拖动系统是用电动机来拖动机械运行的系统。包括： 电动机、传动机构、生产机械、控制设备和电源五个部分。 它们之间的关系如下 电源
控制设备
电动机
传动机构
生产机械
本课程的性质、任务和内容
本课程是电气及其自动化、电气技术和供用电技术等专业的一 门专业基础课。
本课程的任务是让学生掌握电机基本结构和工作原理，以及 拖动系统的运行性能、分析计算及试验方法，培养在电机及电力拖 动方面分析和解决问题的能力和工程计算能力，为今后学习和工作 打下坚实的基础。
b
Br
-Hm
磁场强度，亦即 磁通落后于激磁 电流的现象，称 为磁滞现象
c
o Hc
娇顽力
f
Hm
H
e d
-Bm
图1-8 铁磁材料的磁滞回线
基本磁化曲线或平均磁化曲线:
B
H
书p11
图1-9 基本磁化曲线
三、铁磁材料
1．软磁材料 定义: 磁滞回线窄、剩磁和矫顽力都很小的材料。 常用的软磁材料:铸铁、铸钢和硅钢片等。 软磁材料的磁导率较高,故 用以制造电机和变压器的 铁心。 2．硬磁(永磁)材料 定义:磁滞回线宽、剩磁和 矫顽力都很大的铁磁材料称 为硬磁材料，又称为永磁材料。 磁性能指标 剩磁 矫顽力 最大磁能积

电机常用的分类方式有两种： 一是按功能分，有发电机、电动机、变压器和控制电机四大类； 二是按电机结构或转速分，有变压器和旋转电机。 两种方法归纳如下：
变压器 直流电机
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
电机
交流电机
控制电机
异步电动机 伺服电动机 测速发电机 自整角机 旋转电机
电机及拖动基础
信息与电子工程学院 授课教师：安文
ytanwen@126.com)
目录
绪论 第1章 磁路 第2章 直流电机 第3章 变压器 第4、5章 异步电机 第6章 同步电机 第7章 控制电机 第8章 电力拖动系统的动力学基础 第9章 直流电动机的电力拖动 第10章 三相异步电动机的机械特性及各种运转状态 第11章 三相异步电动机的起动及起动设备的计算 第12章 三相异步电动机的调速
其中 H： 磁场强度，安/米(A/m)
i1
i2
i3
l
根据安培环路定律：

得到：
L
Hdl i
H
dl
注：若i与l符合右手螺旋关系， 取正号，否则取 负号 。其中大拇指所指为i的方向，四指为l方向。
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：
Ni HL
H l 77 10 4 5 10 4 A 385 A
空气隙内磁通密度： B 气隙磁场强度：
气隙磁位降： 励磁磁动势：
F H Fe lFe H l 655 A
2、简单并联磁路
[例1—3] 图1—14所示并联磁路，铁心所用材料为 DR530硅钢片，铁心柱和铁轭的截面积均为A＝ 2×2×10-4 m2，磁路段的平均长度l=5×10-2m，气隙 长度δ1=δ2=2.5×10-3m，励磁线圈匝数N1＝N2＝1000 匝。不计漏磁通，试求在气隙内产生Bδ=1.211T的磁 通密度时，所需的励磁电流i。
磁阻
磁感应 强度
I
Φ
N
NI l F Φ Rm B S Rm S HL
欧姆定律 电阻

0
电流定律
电路
I + _E R
电流 强度
电压定律
E l I R I J S R S
E I U 0
第二节 铁磁材料及其磁化特性
一. 铁磁物质的磁化
(A) 未 磁 化
B S
B 的单位：特斯拉（Tesla）
1 Tesla = 104 高斯
Wb/m2

单位：韦伯
2、磁通Φ
某一面积S的磁感应强度B的通量称为磁通
d B ds
S S
单位：韦伯
如果磁场均匀且磁场方向垂直于S面，则
BS
磁通的连续性原理：
磁场中任何封闭曲面的磁通恒等于零。
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。
则可写为
F Rm 或 F m
欧姆定律
[例1—1] 有一闭合铁心磁路，铁心的截面积A＝9×l04m2， 磁路的平均长度l＝0.3m，铁心的磁导率 Fe 5000 0 ，套装在铁心上的励磁绕组为500匝。试求在铁心中产生 1T的磁通密度时，所需的励磁磁动势和励磁电流。 解: 用安培环路定律来求解。
a 上课认真听讲。不能无故不上课和实验。 b 课下独立完成作业，并按时交作业。 c 成绩考核分三部分：考试、实验、平时（课堂表现、作业情况、 上课出席情况）。
电机的稳态及暂态运行 电磁场（电路、磁路）——等效电路、方程式、向量 图； 方程式中含有：电势平衡、转矩平衡、功率平衡、磁 势平衡方程式； 用到谐波分析法、对称分量法----掌握电机知识的共性，注意到各种电机的个性 共性举例：
2）涡流损耗
因为铁心可以导电，故当通过铁心的磁通随时间变化时， 铁心中也将产生感应电动势，并在其中引起环流。这些环流在 铁心内部围绕磁通作涡流状流动，称为涡流。
涡流在铁心中引起的损耗，称为涡流损耗。 （P12 1-10公式）
p
fe
e

f Bm
f
1.3
2
2
V
3）铁损：磁滞损耗+涡流损耗， （P13 1-12公式）

｛ ｛
原 理 结 构
e=Blv（右手定则）或e=-NdØ/dt f=Bli(左手定则）
电磁部分
｛ 铁心—导磁作用
绕组—导通电路作用
机械部分—支撑作用
1-1磁路的基 本定律
1-2 常用的
铁磁材料及 其特性
第一章
磁 路
1ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ3 直流磁
路的计算
1-4 交流磁
路的特点
※
重点与难点
一、重点: 1、磁路的基本定律; 2、铁磁材料的特性及基本磁化曲线; 3、磁路计算. 二、难点:
1 2 3 0

0
又称磁路的并联定律。
2.4．磁路的基尔霍夫第二定律
定律背景:磁路计算时，总是把整个磁路分成若干段， 每段为同一材料、相同截面积，且段内磁通密度处处 相等，从而磁场强度亦处处相等。 定律内容:沿任何闭合磁路的总磁动势恒等于各段磁路 磁位降的代数和。
公式:
p

Bm
2
G
1.3 直流磁路
一、直流磁路的计算
1.磁路的计算：正问题 知道Φ 求F 逆问题 知道F求Φ 2.正问题的计算步骤： （1）分段 （2）确定A，L （3）求Φ，B （4）由B求H （5） F=Σ HL 3.逆问题：试探法 4.串并联磁路的计算
一、直流磁路的计算 1、简单串联磁路 [例1—2] 铁心材料由铸钢和空气隙构成，铁心截面积AFe＝3× 3×10-4 m2，磁路平均长度lFe=0.3m，气隙长度δ＝5×10-4m。求 该磁路获得磁通量Φ=0.0009Wb时所需的励磁动势。(考虑到气隙 磁场的边缘效应，在计算气隙的有效面积时，通常在长、宽方向 务增加δ值（0.5×10-4m）。)
1、磁滞回线；
2、铁心损耗； 3、磁路的计算。
第一节 磁路的基本定律
一、磁场的几个基本物理量
1、磁感应强度B （磁通密度）
磁感应强度是表示某点磁场性质的基本物理量，它反映了磁 力线分布的疏密程度，其方向与各点的切线方向一致，是单 位面积的磁通量。也称为磁通密度（flux density）。它与产 生它的电流可以用右手螺旋定则来确定。

绪论
电机的定义：电机是以电磁感应理论为原理，来实现能 量转换或信号传递的电气设备或机电元件。 为什么要学习《电机学》？ 1、电机在国民经济中的广泛应用 电力系统、交通运输、国防、文教医疗、农村、石油勘 探等 2、本课程与其它课程的紧密联系 对于电力系统自动化专业的技术人员，必然要从事电力 系统稳定性的研究，则首先要了解各电气设备的特性； 对于从事电气工程自动化专业的技术人员，要搞清楚所 控制的对象及其各类电动机的特性，才能搞好自动控制 的问题。
Ni：称为磁动势。一般
用 F 表示。 F=Ni F: 磁动势
HL: 磁压降。
线圈 匝数N
I
磁路 长度L
2.2、磁路的欧姆定律：
I NI HL L L A L 令： Rm Rm 称为磁阻 A
对于均匀磁路
B
A
N
L
则：
F NI L Rm A
磁路中的 欧姆定律
F H Fe lFe H l
解：铁心内磁通密度为：
0.0009 BFe T 1T 4 AFe 9 10
根据铸钢磁化曲线查得：
H Fe 9 10 2 A / m
铁心段的磁位降：
H Fe lFe 90 10 2 0.3 A 270T
0.0009 T 0.967T 2 4 A 3.05 10 B 0.967 4 H A / m 77 10 A / m 7 4 10
本课程的内容有直流电机、变压器、三相异步电机、同步电 机，控制电机、直流电动机的电力拖动、三相异步电动机的电力 拖动等部分。
本课程的特点及学习方法
电机及拖动是一门理论性很强的技术基础课，同时又具有专 业课的性质，涉及的基础理论和实际知识面广，是电磁学、动力 学、热力学等学科知识的综合。用理论分析电机及拖动的实际问 题时，必须结合电机的具体结构，采用工程观点和分析方法。掌 握基本理论的同时，还要注意培养实验操作技能和计算方法。 为了学好本门课程，必须做到以下几点： 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。
漏磁通
气隙（如空气）
I
主磁通
铁心
线圈
用以激励磁路中磁通的载流线圈称为励磁线圈； 直流磁路 交流磁路 励磁线圈中的电流称为励磁电流。
2、磁路的基本定律
2.1 安培环路定律（全电流定律）
安培环路定律:沿空间任意条闭合回路，磁场强度 H的线积分等于该闭合回路所包围的电流的代数和。

L
Hdl i
外加磁场
H
(B) 磁 化 图1-6 磁畴
二. 铁磁材料的磁化特性（B－H曲线/起始磁化曲线）
B
膝点 （饱和点）
c b
d
B f (H )
随外磁场H的增强， 观察磁通密度B
Fe f ( H )
a
o
B 0 H
图1-7 铁磁材料的起始磁化曲线
H
B
Bm
a
磁滞回线 ：
铁磁材料进行 周期性磁化所反映 出的物理现象 磁密落后于 剩磁
Ni H k lk 1 Rm1 2 Rm 2 Rm
k 1 3
又称磁路的串联定律。
磁路和电路的比较（一）
Φ
磁 路
I N
磁动势
磁通
磁压降
F Ni
Φ
电流
HL
电压降
I
电动势
U
电 路
+
E
_
R
E
I
U
磁路与电路的比较 (二)
磁路
基本定律
磁路的欧姆 定律
P9
安培环路 定律
四. 铁心损耗
当铁心中磁通交变时，要产生铁心损耗，它由磁 滞损耗与涡流损耗两部分组成。
1）磁滞损耗 铁磁材料置于交变磁场中时，材料被反复交变 磁化，其分子运动所消耗的能量 。
磁滞回线所包含的面积表示了单位体积磁性材 料在磁化一周的进程中所消耗的能量。
（P12 1-9公式）
p
h

fBm V
n
1.6-2.3
B 1 A / m 159 A / m 磁场强度 H 7 FFe 5000 4 10
磁动势 励磁电流
F＝HL＝159×0.3＝47.7A
F 47.7 2 i A 9.54 10 A N 500
2.3．磁路的基尔霍夫第一定律
定律内容:穿出(或进入)任一闭和面的总磁通量恒等于 零(或者说,进入任一闭合面的磁通量恒等于穿出该闭 合面的磁通量),这就是磁通连续性定律。
磁场强度是计算磁场所用的物理量，其大小为磁 感应强度和导磁率之比。
H
单位：
B

B ：特斯拉
µ ：亨/米 H ：安/米
二、磁路的概念
磁路是研究局限于一定范围内的磁场问题。磁路与电 路一样，也是电工学课程所研究的基本对象。 磁路：磁通通过的路径。
主磁通：绝大部分磁通将从铁心内通过，这部分 磁通称为主磁通。 漏磁通：在部分铁心和铁心外围的空气间，还存 在少量分散的磁通，这部分磁通成为漏磁通。