01 电路与磁路.ppt

《01 电路与磁路.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《01 电路与磁路.ppt（23页珍藏版）》请在得力文库 - 分享文档赚钱的网站上搜索。

1、河北工业大学电气与自动化学院第一篇 电路与磁路第一章 电 路1.1 电路的基尔霍夫定律电路的基尔霍夫定律1.2 正弦交流电的基本概念正弦交流电的基本概念1.3 正弦量的相量表示法正弦量的相量表示法1.4 电路定律的相量形式电路定律的相量形式 内容：内容：1.1 电路的基尔霍夫定律电路的基尔霍夫定律注意：以上两个定律中电压、电流的正方向的规定注意：以上两个定律中电压、电流的正方向的规定KCL规规定定了了电电路路中中任任一一节节点点处处电电流流必必须须服服从从的的约约束束关关系系，KVL则则规规定定了了电电路路中中任任一一回回路路内内电电压压必必须须服服从从的的约约束束关关系系。这这两个定律仅与元

2、件的相互连接有关，与元件本身的性质无关。两个定律仅与元件的相互连接有关，与元件本身的性质无关。KCL：在集中参数电路中，任何时刻，对任一节点，所有支路：在集中参数电路中，任何时刻，对任一节点，所有支路 电流的代数和恒等于零。即电流的代数和恒等于零。即 KVL：在集中参数电路中，任何时刻，沿任一回路，所有支路：在集中参数电路中，任何时刻，沿任一回路，所有支路 电压的代数和恒等于零。即电压的代数和恒等于零。即 或或 或或1.2 正弦交流电的基本概念正弦交流电的基本概念 正弦量间的相位关系：正弦量间的相位关系：同同频频率率正正弦弦量量的的相相位位差差等等于于它它们们的的初初相相角角之之差差，是是一一

3、个个与与时时间间无关的常数无关的常数；当当两两个个同同频频率率正正弦弦量量的的即即时时起起点点改改变变时时，它它们们的的初初相相角角也也跟跟着着改变，但两者的相位差仍保持不变，即相位差与计时起点无关。改变，但两者的相位差仍保持不变，即相位差与计时起点无关。正弦电流正弦电流 的的三要素三要素为幅值为幅值 Im，角频率，角频率 和初相角和初相角 i 。1.2 正弦交流电的基本概念正弦交流电的基本概念 有效值有效值I，频率，频率，初相位，初相位i也可用来表示正弦量的三要素。工也可用来表示正弦量的三要素。工程中使用的交流电气设备铭牌上标出的额定电流、电压的数值均指程中使用的交流电气设备铭牌上标出的额定

4、电流、电压的数值均指有效值。常用的交流电压表、电流表是有效值表，其上标出的数值有效值。常用的交流电压表、电流表是有效值表，其上标出的数值也为有效值。也为有效值。有效值（均方根值有效值（均方根值）正弦量的有效值为其振幅的正弦量的有效值为其振幅的 倍，与正弦量的频率和初相倍，与正弦量的频率和初相位无关。根据这一关系常将正弦量位无关。根据这一关系常将正弦量i的表达式改写成如下形式的表达式改写成如下形式 1.3 正弦量的相量表示法正弦量的相量表示法 正弦量的相量表示：正弦量的相量表示：若若 ，则，则 ，其对应的相量为其对应的相量为 。同样有。同样有 。相量和复数一样，可以在复平面上用相量来表示。如图所

5、示为电相量和复数一样，可以在复平面上用相量来表示。如图所示为电流相量，这种表示相量的图称为流相量，这种表示相量的图称为相量图相量图。正弦量的相量图正弦量的相量图 1.3 正弦量的相量表示法正弦量的相量表示法 正弦量的相量运算规则：正弦量的相量运算规则：*同频率正弦量的代数和的相量等于与之对应的各正弦量的相量的同频率正弦量的代数和的相量等于与之对应的各正弦量的相量的代数和。代数和。*正弦量对时间的导数仍是一个同频率的正弦量，其相量等于原正正弦量对时间的导数仍是一个同频率的正弦量，其相量等于原正弦量的相量乘以弦量的相量乘以j。的相量为的相量为 。*正弦量对时间的积分也是一个同频率的正弦量，其相量等

6、于原正正弦量对时间的积分也是一个同频率的正弦量，其相量等于原正弦量的相量除以弦量的相量除以j。的相量为的相量为 。1.4 电路定律的相量形式电路定律的相量形式 电路基本定律的相量形式（电路基本定律的相量形式（元件的电压电流均取关联参考方向元件的电压电流均取关联参考方向）KCL：KVL：第二章 磁 路2.1 描述磁场的基本物理量和磁路的概念描述磁场的基本物理量和磁路的概念2.2 磁路的基本定律磁路的基本定律 2.3 磁路和电路的类比和区别磁路和电路的类比和区别 2.4 电机中常用的基本电磁定律电机中常用的基本电磁定律 2.5 常用的铁磁材料及其特性常用的铁磁材料及其特性 内容：内容：2.1 描述

7、磁场的基本物理量和磁路的概念描述磁场的基本物理量和磁路的概念描述电机中的磁场问题时，常用描述电机中的磁场问题时，常用磁感应强度磁感应强度B、磁通磁通、磁导磁导率率及及磁场强度磁场强度 H 等物理量。等物理量。磁通所走过的路径称为磁通所走过的路径称为磁路磁路 2.2 磁路的基本定律磁路的基本定律 1.全电流定律（安培环路定律）全电流定律（安培环路定律）沿着任何一条闭合回线沿着任何一条闭合回线L，磁场强度，磁场强度H的线积分值恰好等于该闭的线积分值恰好等于该闭合回路所包围的总电流合回路所包围的总电流(电流代数和电流代数和)，这就是，这就是安培环路定律安培环路定律。电流的正方向与闭合回线电流的正方向

8、与闭合回线L的环行的环行方向符合右手螺旋关系，方向符合右手螺旋关系，i 取正号，取正号，否则否则 i 取负号。取负号。2.2 磁路的基本定律磁路的基本定律 2.磁路的欧姆定律磁路的欧姆定律 作用在磁路上的磁势作用在磁路上的磁势F等于磁路内的磁通量等于磁路内的磁通量乘以磁阻乘以磁阻Rm，称，称为磁路的为磁路的欧姆定律欧姆定律。2.2 磁路的基本定律磁路的基本定律 3.磁路的基尔霍夫第一定律磁路的基尔霍夫第一定律 进入任一闭合曲面的磁通量恒等于穿出该闭合面的磁通量，这进入任一闭合曲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。称该定律为磁路的就是磁通连续性定律。称该定律为磁路的基尔霍

9、夫第一定律基尔霍夫第一定律。注意式中磁通正方向的规定注意式中磁通正方向的规定 2.2 磁路的基本定律磁路的基本定律 4.磁路的基尔霍夫第二定律磁路的基尔霍夫第二定律定律背景定律背景:磁路计算时，总是把整个磁路分成若干段，每段为磁路计算时，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，从而磁场强磁场强度度亦处处亦处处相等相等。定律内容定律内容:沿任何闭合磁路的总磁势恒等于各段磁路磁位降的沿任何闭合磁路的总磁势恒等于各段磁路磁位降的代数和。代数和。例题例题 例：例：有一闭合铁心磁路，铁心的截面积有一闭合铁心磁路，铁心

10、的截面积A=3310-4m2，磁路的平，磁路的平均长均长l=0.3m，铁心的磁导率，铁心的磁导率Fe=50000，套装在铁心上的励磁绕组，套装在铁心上的励磁绕组为为500匝。现在开一个长度匝。现在开一个长度l510-4m的气隙，试求在铁心中产生的气隙，试求在铁心中产生1T的磁通密度时，所需的励磁磁势？考虑到气隙磁场的边缘效应，的磁通密度时，所需的励磁磁势？考虑到气隙磁场的边缘效应，计算气隙的有效面积时，通常在长、宽方向各增加一个计算气隙的有效面积时，通常在长、宽方向各增加一个l值。值。用磁路的基尔霍夫第二定律求解用磁路的基尔霍夫第二定律求解 注意：气隙虽然很短，但其磁位注意：气隙虽然很短，但其

11、磁位降却占整个磁路磁位降的降却占整个磁路磁位降的89%。2.3 磁路和电路的类比磁路和电路的类比 基基本本物物理理量量 电路电路 磁路磁路电势电势E(V)磁势磁势F(A)电流电流I(A)磁通量磁通量 (Wb)电阻电阻R()磁阻磁阻Rm(A/Wb)电导电导G(1/)磁导磁导 (Wb/A)基基本本定定律律 电路电路 磁路磁路欧姆定律欧姆定律I=E/R =F/Rm 基尔霍夫第一定律基尔霍夫第一定律 i=0 =0 基尔霍夫第二定律基尔霍夫第二定律 e=u Ni=Hl=iR 2.3 磁路和电路的类比磁路和电路的类比 电路与磁路的区别：电路与磁路的区别：(1)电路中有电流流过时，就有功率损耗电路中有电流流

12、过时，就有功率损耗I2R；而在直流磁路中，；而在直流磁路中，维持一定的磁通量维持一定的磁通量 时，铁心中没有功率损耗；时，铁心中没有功率损耗；(2)在电路中可以认为电流全部在导线中流通，导线外几乎没有电在电路中可以认为电流全部在导线中流通，导线外几乎没有电流；在磁路中，则没有绝对的磁绝缘体，除了铁心中的磁通之外，流；在磁路中，则没有绝对的磁绝缘体，除了铁心中的磁通之外，实际上总有相当一部分漏磁通散布在周围空气中；实际上总有相当一部分漏磁通散布在周围空气中；(3)电路中导体的电阻率电路中导体的电阻率在一定温度下变化不大；磁路中铁心的在一定温度下变化不大；磁路中铁心的磁导率磁导率不是一个常数，是磁

13、通密度的函数；不是一个常数，是磁通密度的函数；(4)对线性电路，计算时可以应用叠加原理；但铁心磁路在饱和时对线性电路，计算时可以应用叠加原理；但铁心磁路在饱和时为非线性，叠加原理不适用。为非线性，叠加原理不适用。2.4 电机中常用的基本电磁定律电机中常用的基本电磁定律 1.电磁感应定律电磁感应定律 设有一个匝数为设有一个匝数为N的线圈放在磁场中，不论什么原因，只要造成的线圈放在磁场中，不论什么原因，只要造成线圈交链的磁通随时间发生变化时，线圈内部就会感应出电势。如线圈交链的磁通随时间发生变化时，线圈内部就会感应出电势。如果把感应电势的正方向与磁通的正方向规定得符合右手螺旋关系，果把感应电势的正

14、方向与磁通的正方向规定得符合右手螺旋关系，则感应电势可表示为：则感应电势可表示为：相量图表示相量图表示 波形图表示波形图表示电势与磁通的电势与磁通的相位关系：设相位关系：设2.4 电机中常用的基本电磁定律电机中常用的基本电磁定律 2.电磁力定律电磁力定律 磁场对电流有力的作用是磁场的基本特征之一（实际是磁场间的磁场对电流有力的作用是磁场的基本特征之一（实际是磁场间的作用力）。实验表明，将长度为作用力）。实验表明，将长度为l的导体置于磁场的导体置于磁场B中，通入电流中，通入电流i后，导体会受到力的作用，称为电磁力。若磁场与导体互相垂直，后，导体会受到力的作用，称为电磁力。若磁场与导体互相垂直，则

15、作用在导体上的电磁力为则作用在导体上的电磁力为 F=Bli 在旋转电机里，作用在转子载流导体上的电磁力将使转子受到一在旋转电机里，作用在转子载流导体上的电磁力将使转子受到一个力矩（等于电磁力乘以转子半径），这个力矩称为电磁转矩。电个力矩（等于电磁力乘以转子半径），这个力矩称为电磁转矩。电磁转矩在电机进行机电能量转换的过程中起着重要的作用。磁转矩在电机进行机电能量转换的过程中起着重要的作用。式中电磁力式中电磁力F、磁场、磁场B和载流导体和载流导体l的方向关系由左手定则确定。的方向关系由左手定则确定。2.5 常用的铁磁材料及其特性常用的铁磁材料及其特性 1.铁磁材料的磁化铁磁材料的磁化 铁磁材料包

16、括铁、镍、钻等以及它们的合金。将这些材料放入铁磁材料包括铁、镍、钻等以及它们的合金。将这些材料放入磁场后，材料内的磁场会显著增强。磁场后，材料内的磁场会显著增强。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现象磁化现象。铁磁材料能被磁化，可用磁畴理论来解释铁磁材料能被磁化，可用磁畴理论来解释。未磁化的铁磁材料未磁化的铁磁材料 磁化后的铁磁材料磁化后的铁磁材料 2.5 常用的铁磁材料及其特性常用的铁磁材料及其特性 2.磁化曲线和磁滞回线磁化曲线和磁滞回线 起始磁化曲线：起始磁化曲线：将一块尚未磁化的铁磁材料进行磁化，当磁场强度将

17、一块尚未磁化的铁磁材料进行磁化，当磁场强度H由零逐渐增大由零逐渐增大时，磁通密度时，磁通密度B将随之增大，曲线将随之增大，曲线B=f(H)就称为起始磁化曲线。就称为起始磁化曲线。应用：应用：设计电机和变压器时，为使主磁路内得到较大的磁通量而又不过分增设计电机和变压器时，为使主磁路内得到较大的磁通量而又不过分增大励磁磁势，达到节省铁磁材料、导电材料和减小体积的目的，通常把构成大励磁磁势，达到节省铁磁材料、导电材料和减小体积的目的，通常把构成铁心的铁磁物质内的工作磁通密度选择在膝点附近。铁心的铁磁物质内的工作磁通密度选择在膝点附近。起始磁化曲线基本上可起始磁化曲线基本上可分为四段分为四段 铁磁材料

18、的磁化曲线不铁磁材料的磁化曲线不是一条直线是一条直线Fe=B/H也随也随H值的变化值的变化而变化而变化 2.5 常用的铁磁材料及其特性常用的铁磁材料及其特性 磁滞回线：磁滞回线：剩磁剩磁:去掉外磁场之后，铁磁材料内仍然保留的磁通密度去掉外磁场之后，铁磁材料内仍然保留的磁通密度Br。矫顽力矫顽力:要使要使B值从减小到零，必须加上相应的反值从减小到零，必须加上相应的反 向外磁场，此向外磁场，此反向磁场强度反向磁场强度Hc称为矫顽力。称为矫顽力。磁滞磁滞:铁磁材料所具有的这种磁通密度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的变化滞后于磁场强度H变化的现象。变化的现象。磁滞现象是铁磁材料的另

19、一个特性。磁滞现象是铁磁材料的另一个特性。软磁材料：磁滞回线软磁材料：磁滞回线窄、剩磁和矫顽力小、窄、剩磁和矫顽力小、磁导率高，用以制造磁导率高，用以制造变压器及电机的铁心。变压器及电机的铁心。硬磁材料：磁滞回线硬磁材料：磁滞回线宽、剩磁及矫顽力大，宽、剩磁及矫顽力大，常用来制造永久磁铁。常用来制造永久磁铁。2.5 常用的铁磁材料及其特性常用的铁磁材料及其特性 3.铁心损耗铁心损耗 磁滞损耗：磁滞损耗：铁磁材料置于交变磁场中时，磁畴相互间不停地摩铁磁材料置于交变磁场中时，磁畴相互间不停地摩擦、消耗能量、造成损耗，这种损耗称为磁滞损耗。擦、消耗能量、造成损耗，这种损耗称为磁滞损耗。涡流损耗：因为

20、铁心是导电的，故当通过铁心的磁通交变时，根涡流损耗：因为铁心是导电的，故当通过铁心的磁通交变时，根据电磁感应定律，铁心内将产生感应电势，引起环流，这些环流据电磁感应定律，铁心内将产生感应电势，引起环流，这些环流在铁心内部围绕磁通呈旋涡状流动，故称为涡流。涡流在铁芯中在铁心内部围绕磁通呈旋涡状流动，故称为涡流。涡流在铁芯中流动时造成能量损耗，称为涡流损耗。流动时造成能量损耗，称为涡流损耗。为减小涡流损耗，电机和变压器的铁心都用含硅量较高的薄硅钢片叠成。为减小涡流损耗，电机和变压器的铁心都用含硅量较高的薄硅钢片叠成。铁心损耗：铁心中磁滞损耗和涡流损耗合在一起，简称铁耗铁心损耗：铁心中磁滞损耗和涡流损耗合在一起，简称铁耗。表达式：表达式：