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汽车电机及驱动技术 课件 第3章 磁性材料与磁路.pptx

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磁性材料与磁路;3.1磁性材料基本概念;2.磁通与磁通连续性定理

磁通是通过磁场中某一面积A的磁力线数,用?表示,定义为

;3.磁动势和安培环路定律

磁场强度沿一路径l的线积分定义为该路径上的磁压降,也称为磁压,用符号F表示,单位为A。

安培环路定律:磁场强度沿任一闭合路径的线积分等于该路径所包围的电流的代数和,即

电流的正方向与积分路径的方向之间符合右手螺旋关系。

由于磁场为电流所激发,上式中闭合路径所包围的电流数称为磁动势,用F表示,单位为A。

;4.磁链与电磁感应定律

处于磁场中的一个N匝线圈,若其各匝通过的磁通?都相同,则经过该线圈的磁链?为

当线圈中的磁链发生变化时,线圈中将产生电动势,称为感应电动势。

;5.电磁力与电磁转矩

若将一导体置于磁场中,导体中通以电流i,则其将受到电磁力作用,电磁力的大小可表示为

电磁力的方向可用左手定则确定。将左手伸开,使磁力线指向手心,拇指在手掌平面中与其他四指成90?角,其他四指指向电流的方向,则拇指所指方向就是电磁力的方向。

在旋转电机中,假设载流导体位于转子上,则其所受的电磁力乘以导体与旋转轴中心线之间的距离r(通常为转子半径),就是电磁转矩,即

;3.1.2磁路及其基本定理

1.磁路

所谓磁路,就是磁通流过的路径。

磁路的基本组成部分是磁动势源和磁通流过的物体,磁动势源为永磁体或通电线圈。

由于铁磁材料的导磁性能远优于空气,绝大部分磁通在铁磁材料内部流通。

;将磁通和磁动势的关系与电路中电流和电压的关系类比,定义为该段磁路的磁阻

若磁路中有n个磁阻Rm1、Rm2、…、Rmn串联,则等效磁阻为

若磁路中有n个磁阻Rm1、Rm2、…、Rmn并联,则等效磁阻为

磁阻的倒数称为磁导,用?表示

;;虽然电路和磁路虽然形式上类似,但在物理本质上有本质的区别:

1)电路中的电流是运动电荷产生的,是实际存在的,是有始有终的,而磁路中的磁通仅仅是描述磁现象的一种手段,闭合磁路是没头没尾的;

2)电路中通过电流要产生损耗,但当铁心中的磁通不变时不产生损耗;

3)在温度一定的前提下,导体的电阻率是恒定的,而导磁材料的磁导率随其中磁场的变化而变化;

4)导体和非导体的导电率之比可达1016,电流沿导体流动;而常用铁磁材料的相对磁导率通常为103~105,磁场不只在铁磁材料中存在,在非铁磁材料中也存在。

;2.磁路的基本定理

;(1)磁路的基尔霍夫(克希霍夫)第一定律对于图中的节点a,在其周围取一闭合面,根据磁通连续性定理,流入该闭合面的磁通的代数和恒等于零,即

(2)磁路的基尔霍夫第二定律一带开口铁心的电抗器,磁路中含有通电线圈、铁心和气隙。线圈匝数为N,流过的电流为i,取一条通过电抗器铁心和气隙中心线的闭合路径,根据安培环路定律;任何闭合磁路上的总磁动势等于组成该磁路的各磁阻上的磁压降之和,称为磁路的基尔霍夫第二定律,是安培环路定律在等效磁路中的具体体现。;【例1-1】有一铁心,其尺寸见图3-7,铁心的厚度为0.1m,相对磁导率为2000,上面绕有1000匝的线圈,当线圈内通以0.8A的电流时,能产生多大磁通?

;磁路2的平均长度为l2=0.45m,截面积为A2=0.1?0.1=0.01m2,则磁路2的磁阻为

磁路的总磁阻为

线圈的磁动势为

则产生的磁通为

;3.2常用铁磁材料;铁磁材料的磁化过程可以用磁化特性来描述。铁磁材料的在外磁场H作用下,磁感应强度B将发生变化,二者之间的关系曲线称为磁化曲线,记为B=f(H)。相应地,还可以描绘磁导率与磁场强度的关系曲线,记为μ=f(H),做磁导率曲线。;2.磁滞

电机中的铁磁材料会进行周期性的交变磁化。在外磁场撤除后,磁畴的排列将不可能完全恢复到原始状态,即初始随机排列不复存在,对外也就会显示出磁性。铁磁材料中这种B的变化滞后于H的变化的现象被称为磁滞。

;3.铁心损耗

铁磁材料在交变磁场作用下的反复磁化过程中,磁畴会不停转动,相互之间会不断摩擦,因而就要消耗一定的能量,产生功率损耗。这种损耗称为磁滞损耗。

(1)磁滞损耗磁滞损耗是磁畴之间相互摩擦而产生的损耗。

;在磁场变化的一个周期内,单位体积铁心消耗的能量等于磁滞回线的面积,如图中灰色部分所示,即

磁滞回线的面积通常可用经验公式表示

体积为V的铁心所消耗的功率为

;(2)涡流损耗根据电磁感应定律,铁心内的磁场交变时,在铁心内产生感应电动势,由于铁心为导电体,感应电动势在铁心中产生电流。这些电流在铁心内围绕磁通作旋涡状流动,称为涡流。涡流在铁心中引起的损耗,称为涡流损耗。体积为V的铁心内产生的涡流损耗为;(3)铁耗铁心中产生的涡流损耗???磁滞损耗之和,称为铁耗。;3.2.2常用软磁材料

(1)纯铁和低碳钢含碳量低于0.04%,包括电磁纯铁、电解

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