导图社区 电机学_part2
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编辑于2021-05-25 16:07:54自己根据网络资源总结的有关《电机学》课程第一章”磁路“的知识点。自己根据网络资源总结的有关《电机学》课程的知识点。本思维导图论述了电机学原理,分别对磁路、安倍环路定律、磁路的欧姆定律、磁路的非线性等进行了详细的分析。逻辑清晰,内容详尽,赶快收藏学起来吧!
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电机学_part2
磁路:磁通所通过的路径称为磁路
铁心的磁导率:
主磁通:载流线圈所产生的绝大部分磁通将在铁心内通过,这部分磁通称为主磁通。
漏磁通:围绕载流线圈和部分铁心周围的空间,还存在少量分散的磁通,这部分磁通称为漏磁通。
主磁通所通过的路径:主磁路;漏磁通所通过的路径:漏磁路。
励磁线圈(励磁绕组):产生磁通的载流线圈。
励磁电流:励磁线圈中的电流。
直流磁路:励磁电流为直流,磁路中的磁通为恒定,不随时间而变化,这种磁路称为直流磁路。
例:直流电机的磁路
交流磁路:励磁电流为交流,(对于交流情况,励磁电流称为激磁电流),磁路中的磁通随时间交变变化,这种磁路称为交流磁路。
例:交流铁心线圈的磁路、变压器的磁路、感应电机的磁路
安培环路定律
沿着任何一条闭合曲线L,磁场强度H的线积分值就等于该闭合曲线所包围的总电流值(代数和),有
若电流正方向与闭合曲线L的环行方向符合右手螺旋关系,i取正号,否则取负号。
磁路的欧姆定律
作用在磁路上的磁动势F等于磁路内的磁通量乘以磁阻。
磁路中的磁动势F比拟为电路中的电动势E;
磁路中的磁通量比拟为电路中的电流I;
磁路中的磁阻比拟为电路中的电阻R。

其中,为作用在铁心磁路上的安匝数,称为磁路的磁动势,单位为A。磁动势的方向与线圈电流方向之间符合右手螺旋关系;
磁通量的单位为Wb;
称为磁阻,,单位为A/Wb;
磁阻的倒数称为磁导,用表示,,单位为Wb/A或H(亨)
磁路的非线性
由可知,与磁路的平均长度成正比,与磁路的截面积A及所用材料的磁导率成反比。
铁磁材料的磁导率不是一个常值,所以由铁磁材料构成的磁路,其磁阻不是常值,而是随着磁路中磁通密度的大小而变化。因此磁路中的磁通量不是随着磁动势F的增大而正比增大,即与F之间不是线性关系。
磁通连续性定律
穿出(或进入)任一闭合曲面的总磁通量恒等于零。即:进入任一闭合曲面的磁通量恒等于穿出该闭合曲面的磁通量。
,其中,的方向规定为闭合曲面的外法线方向
磁路的基尔霍夫第一定律

磁路的基尔霍夫第二定律


作用在任何闭合磁路上的总磁动势,恒等于各段磁路中磁位降的代数和。
铁磁材料的磁化
铁磁材料在外磁场中呈现很强的磁性,此现象称为铁磁材料的磁化。
铁磁材料能被磁化,是因为其内部存在着很多很小的被称为磁畴的天然磁化区,每一个磁畴都可以看作一个微型磁铁。
铁磁材料未放入磁场之前,这些磁畴随机、杂乱地排列着,其磁效应互相抵消,对外部不呈现磁性;将铁磁材料放入磁场内,在外磁场的作用下,磁畴的指向将逐步趋于一致,由此形成一个附加磁场叠加在外磁场上,使合成磁场大为增强。
铁磁材料的磁导率要比非铁磁材料大得多。
非铁磁材料的磁导率接近于真空的磁导率
铁磁材料的磁导率
铁磁材料的特性
磁化
磁滞现象
初始磁化曲线
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,曲线就称为初始磁化曲线。
饱和:外磁场继续增加,大部分磁畴已趋向于外磁场方向,可转向的磁畴越来越少,于是B值增加得越来越慢,这种现象称为饱和。
膝点:磁化曲线开始拐弯的点,称为膝点。
通常把铁心内的工作磁通密度选择在膝点附近。
磁滞回线
呈现磁滞现象的整个闭合回线,称为磁滞回线。
剩磁:这种去掉外磁场之后,铁磁材料内仍然保留的磁通密度,称为剩余磁通密度,简称剩磁。
矫顽力:要使B值从减小到零,必须加上一定的反向外磁场,此反向磁场强度称为矫顽力,用表示。
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的变化的现象,称为磁滞。
基本磁化曲线
对同一铁磁材料,选择不同的最大磁场强度进行反复磁化,可得一系列大小不同的磁滞回线。再将各磁滞回线的顶点连接起来,就得到基本磁化曲线(也称为平均磁化曲线)。
基本磁化曲线不是初始磁化曲线,但差别不大。
按磁滞回线形状不同,铁磁材料分为
软磁材料:磁滞回线窄、剩磁和矫顽力都很小的材料称为软磁材料;
硬磁(永磁)材料:磁滞回线宽、、都大的铁磁材料称为硬磁材料;
由于剩磁大,可用以制成永久磁铁,因而硬磁材料也称为永磁材料。
永磁材料的磁性能指标
这三项指标越高,表示材料的磁性能越好。
永磁材料的种类
铁心损耗
交变磁滞损耗
铁磁材料置于交变磁场中,材料被反复交变磁化,磁畴相互间不停地摩擦造成损耗
旋转磁滞损耗
由旋转磁场所引起。
磁滞损耗


当磁通密度低于某一特定值时,旋转磁滞损耗与交变磁滞损耗的变化规律大体上是相同的;当磁通密度超过该特定值时,两者的变化规律将是完全不同的。
涡流损耗

涡流在铁心中引起的损耗。
涡流:当通过铁心的磁通随时间交变时,根据电磁感应定律,铁心中将产生感应电动势,并引起环流。这些环流在铁心内部围绕磁场作旋涡状流动,称为涡流。
频率越高,磁通密度越大,感应电动势越大,涡流损耗也越大;铁心的电阻率越大,涡流所经过的路径越长,涡流损耗就越小。
铁心损耗
铁心中磁滞损耗和涡流损耗之和,称为铁心损耗,用表示。

直流磁路的计算
正问题
磁路计算时,先给定磁通量,然后计算所需要的励磁磁动势;
逆问题
先给定励磁磁动势,然后计算磁通量;
由于磁路的非线性,需要进行多次迭代才能得到解答。
简单串联磁路
就是不计漏磁影响,仅有一个磁回路的无分支磁路。
整个磁路中为同一磁通,但由于各段磁路的截面积不同,故应分段求出各段中的磁通密度,再根据所用材料的磁化曲线,查出产生所需的磁场强度,最后求出各段和整个磁路所需的磁动势值。
若磁路中含有气隙,由于气隙磁场的边缘效应,使气隙的有效面积要比实际面积大,故实际计算时要采用有效面积
若气隙长度为,铁心的截面积为,当比a和b小很多时,气隙的有效面积将近似等于
气隙虽然很短,但其磁位降占整个磁路的绝大部分。
简单并联磁路
就是考虑漏磁影响,或者磁回路有两个及两个以上分支的磁路。
空载磁路及其计算
直流电机的空载磁场
励磁绕组内通有直流励磁电流、电枢电流为0时,由励磁磁动势单独激励所产生的磁场。
整个电机的磁场分布与主极中心线对称。
主磁通
由励磁电流所激励的磁通,绝大部分经由主极铁心、气隙而到达电枢铁心,这部分磁通称为主磁通,用表示。
主极漏磁通
还有一部分仅与励磁绕组自身交链而不通过气隙的磁通,称为主极漏磁通,用表示。
每个主磁极的总磁通
空载时四极直流电机有四个并联的对称分支磁回路。
根据所用材料和截面积的不同,每个回路由五段组成:
产生主磁通时,整个闭合磁回路(一对极)所需的励磁磁动势为

气隙和电枢齿这两部分磁位降之和,约占整个励磁磁动势的85%以上。工程计算时,对于这两段磁路的面积和长度常常引入一些修正系数,使这两部分的磁位降计算得更加准确。
直流电机的磁化曲线
分别计算出产生不同主磁通时所需的励磁磁动势,即可得到直流电机的磁化曲线,因为励磁绕组的匝数一定,故磁化曲线也可表示为
电机的磁化曲线体现了磁路的饱和程度和非线性。工程分析中,常用线性分析加上适当修正的办法来考虑非线性的影响。
永磁体的特点
永磁磁路及其特点
永磁体特点
一个简单的永磁磁路由三段组成
永磁体M的作用:代替普通磁路中的载流线圈,作为磁动势源。
铁心的磁导率,因而其磁阻为0,铁心内的磁位降也等于0。
磁路上没有外加的磁动势,铁心内的磁位降等于0(因为),根据安培环路定律有:
气隙内的磁位降,是由永磁体内所形成的磁位升或者磁动势所提供,;永磁体内的工作磁场强度和长度越大,永磁体提供的磁动势就越大。
永磁体内的磁场强度总是负值,它总是工作在永磁材料磁滞回线的第二象限这段曲线上,这段曲线称为退磁曲线。退磁曲线上,为负值,为正值。由于为负值,所以永磁体能提供磁动势。不同永磁体的退磁曲线是不同的。
若磁路中没有气隙,此时永磁体内的磁通密度为剩磁;当磁路中开有气隙时,由于磁阻增大,磁路内的磁通量和磁通密度将要减小;磁路的工作点将从R点沿永磁体的退磁曲线下移到A点。
工作点的确定
,用表示时永磁体的退磁曲线,此曲线称为永磁体的外特性。

退磁线与气隙磁阻线的交点A处,永磁体所产生的磁动势,恰好等于气隙两端的磁位降,故A点就是工作点。A点的磁通量为。
永磁体最小体积的确定
永磁材料要比铁磁材料贵得多,在满足性能指标的前提下,希望所用的永磁体体积要尽可能小。

为得到所需的气隙磁密,应尽可能把工作点选择在退磁曲线上磁能积为最大的这一点,以使永磁体的体积最小。
对于不同的永磁体,最大磁能积越大,产生同一气隙磁密时所需的永磁材料就越少。
交流磁路的特点
交流磁路的激磁电流是交流,因此磁路中的磁动势及其所激励的磁通均随时间而交变,但每一瞬间仍和直流磁路一样,遵循磁路的基本定律。
就瞬时值而言,可以使用与直流磁路相同的基本磁化曲线。
磁路计算时,为表明磁路的工作点和饱和情况,磁通量和磁通密度均用交流的幅值来表示,磁动势和磁场强度则用有效值表示。
交变磁通产生的效应
引起铁心损耗;
磁通量随时间交变,会在激磁线圈内产生感应电动势;
激磁电流与铁心中的主磁通之间存在一定的相位差,因此激磁电流中除磁化电流外,还有与铁心损耗相对应的铁耗电流;
磁路的非线性会导致激磁电流、磁通和电动势的波形产生畸变。
电抗与磁导的关系
当磁路上装有载流线圈时,载流线圈将产生磁动势F,此时磁路中将通过一定的磁通量。

交流电机和变压器中,磁通分为两种:
主磁通:通过铁心并与一次和二次绕组(或定子和转子绕组)相交链的磁通。
漏磁通:仅与一个绕组相交链、通过空气而形成闭合磁路的磁通。
电抗分为两种:
激磁电抗
漏磁电抗

磁阻串联、并联和形联接时线圈的等效电抗
磁阻串联时

磁阻串联时等效电抗为并联。
磁阻并联时

磁阻并联时等效电抗为串联
磁阻为形联接时
变压器和交流电机的磁路通常表现为由两个磁动势源和三个磁阻所构成的形连接的磁路。
利用磁路和电路的对偶性,把并联的磁阻变成串联的电抗串联的磁阻变成并联的电抗,可得T形等效电路。