电机中的能量转换与磁路

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1、0.4电机中的能量转换与磁路0.5与磁路相关的基本物理定律0.6铁磁材料及其特性第二讲电机中的能量转换与磁路0.7磁路分析§0.4电机中的能量转换与磁路0.4.1电机中能量转换的两个实例心式变压器壳式变压器☆变压器心式变压器平面示意图壳式变压器平面示意图同步发电机工作原理☆发电机同步电机机械能到电能转换过程机械端口转子定子绕组定子铁心电端口ABCSN定子铁心定子绕组转子铁心转子绕组0.4.2能量转换装置中的磁场与磁路一个重要物理量是磁场的磁通（flux）。而磁通所通过的路径就是磁路(magnet

2、iccircuit)。从图可以看出，变压器和旋转电机中的磁路主要由铁磁材料构成，相应的磁路称为铁心磁路。单相变压器i1输入电能电能磁场输出电能i2电能变压器实现能量传递条件：两个线圈被磁场耦合起来。磁场机械能电能在发电机中，机械能之所以会转换为电能，一个重要条件也是因为其中存在一个耦合磁场。旋转电机电机变压器磁场最重要的一个物理量是磁通。磁通所通过的路径就是磁路。磁路主要由铁磁材料构成，称为铁心磁路。0.4.3变压器与发电机磁路的形成（动画）发电机磁极单独存在时磁路发电机磁极与定子铁心构成的磁路

3、有线圈有铁心时磁路有线圈没有铁心时磁路2）磁通密度也叫磁感应强度。单位特斯拉（T）。1）磁通可以直观地理解为磁路中所包含地磁力线条数。单位韦伯（Wb）§0.5与电机磁路相关的基本物理定律0.5.1与磁路相关的几个重要物理量3）磁导率磁导率表示物质导磁能力的大小。真空磁导率为，H/m。空气、塑料等非金属以及铜、铝等大部分金属的磁导率都近似等于。称为非铁磁物质。还有一部分材料的磁导率远高于真空的磁导率，这类材料称为铁磁物质，比如，铁、镍、钴及其合金等。而磁通密度则分别为因为是的数千倍，所以铁环中的磁

4、密与磁通是塑料环中的数千倍。下图中，以长直导线中心为圆心，在半径为r的圆周上有一个塑料环和一个铁环，显然其中磁场强度均为，4）磁场强度，单位为A/m。它与磁感应强度的关系在一般的情况下可表示为。需要注意的是，磁场强度本身并不代表磁场强弱。只有它与磁导率之积才能反映磁场的强弱。能量转换需要磁场----磁场由电流产生磁场强弱与产生该磁场的电流是什么关系?由全电流定律来描述H-i之间关系0.5.2全电流定律（安培环路定律）安培环路定律：沿空间任意一条闭合回路，磁场强度的线积分等于该闭合回路所包围的电流

5、的代数和。注：若与符合右手螺旋关系，取正号，否则取负。其中大拇指所指为的方向，四指为方向。1）全电流定律一般形式螺管线圈线圈:作用在磁路上的安匝数称为磁路磁动势，用表示，单位A。2)电机分析中常用的简化形式的全电流定律下图为均匀密绕螺管线圈，有对于下图的情况，在一般情况下，也可以近似地认为属于均匀磁路，所以也可得下式。单线圈铁心磁路带气隙的铁心磁路若磁回路中存在气隙（分段均匀磁路）。当气隙长度远远小于两侧的铁心截面的边长时，认为铁心和气隙中为均匀磁场，则式中，和分别为铁心和气隙上的磁压降，可见，

6、作用在磁路上的总磁势等于该磁路各段磁压降之和。讨论1磁路包含气隙时的全电流定律对于下图所示铁心上绕有匝数分别为与两个绕组，分别通入电流与的情况，作用于磁路上的总磁动势则为两个线圈安匝数的代数和，于是多线圈铁心磁路讨论2磁路包含两个线圈时的全电流定律描述磁动势与磁通之间关系的磁路欧姆定律，即，作用于磁路上的磁动势等于磁阻乘以磁通。由于B=μH1）均匀磁路的欧姆定律0.5.3磁路的欧姆定律与电感得:磁路的磁阻，A/Wb:磁路的磁导，Wb/A思考：从磁路欧姆定律出发，磁路中磁通的大小受哪些因数的影响？

7、其中:铁心部分对应的磁阻:气隙部分对应的磁阻2）分段均匀磁路的欧姆定律:铁心中消耗的磁动势:气隙中消耗的磁动势思考：假设铁心长度与气隙长度比为1000/1；铁心磁导率与气隙磁导率比为6000/1,那么线圈电流产生的磁动势在铁心中与气隙中消耗的磁动势是什么比值关系？两边同乘以线圈的匝数，则等式左边得到的是线圈的磁链：3)线圈的电感由于：所以得到电感与线圈匝数和磁路磁导的关系可见，电感与线圈匝数的平方成正比，与磁场介质的磁导成正比。对于：随着铁心磁路饱和的增加，铁心磁导率减小，相应的磁导、电抗也要减

8、小。电抗随着频率、匝数、磁阻的变化而变化。4)交流线圈的电抗0.5.4电磁感应定律1)电磁感应定律线圈感应电动势与磁通的正方向之间符合右手螺旋关系。电磁感应定律可表示为：电感为常数，对于只有一个线圈的情况，得到我们所熟悉的公式感应电势的正方向2)关于公式如上图所示，利用右手定则，可得到注意点：a.该式要求导体及其运动方向均与磁密方向垂直，而且在导体长度上各点处的磁密相等。b.该公式经常用于旋转电机绕组感应电动势的求解，但在运用时，也要注意（a）中的适用条件。0.5.5电机分析中常用其它物理定律1