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第一章 磁路
《电机及拖动基础》 2
主要内容
绪论
第一节 磁路的基本规律
第二节 常用的铁磁材料及其特性
第三节 直流磁路的计算
第四节 交流磁路的特点
绪论
《电机及拖动基础》 3
一、电机的定义及特点
1.定义
电机就是一种将机电能量进行转换的电磁装置。包括机械能→电能；电能→机械能；电能→电能。
2.特点
①它依赖于电磁感应定律和电磁力定律。②导磁材料构成磁路；导电材料构成电路。
绪论
《电机及拖动基础》 4
二、电机的分类
① 发电机——机械能→电能
② 电动机——电→机
③ 电→电——变压器、变流机、变频机、移相器
④ 控制电机——自动控制系统中的被控元件或进
行信号传递与转换。
绪论
《电机及拖动基础》 5
三、本课程内容与性质
（一）课程内容
《电机及拖动基础》课程是以电力拖动系统中
应用最广泛的电机为重点，从使用的角度介绍交、
直流电机、变压器等的基本结构、工作原理、主要
工作特性以及运行特性等。
绪论
《电机及拖动基础》 6
（二）课程性质
本课程是自动化专业、电气工程及其自动化专业
的一门专业基础课，本课程虽是基础课，但又具有专
业性质，讲授的内容是电机方面非常具体、实际的问
题。学习过程中要用到《高等数学》、《大学物理》、
《电路》等课程的知识。
绪论
《电机及拖动基础》 7
四、本课程任务与学习方法
（一）课程任务
本课程的任务是使学生掌握常用交流电机、直流电
机、控制电机及变压器等的基本结构与工作原理以及电
力拖动系统的运行性能、分析计算、电机选择与实验方
法，为学习“电力拖动自动控制（运动控制系统）”、
“反馈控制理论”、“计算机控制技术”等课程准备必
要的基础知识。
绪论
《电机及拖动基础》 8
（二）课程学习方法
①为了深入掌握本课程的有关内容，应在课后进行一定量的习题练习加以巩固理论知识。
②通过实验，对交、直流电动机的工作特性及机械特性的性质、基本原理和理论计算加以验证。
③通过进行独立的实验操作，学会测定各种电机（包括变压器）的工作特性、电力拖动的机械特性及电机参数的方法，提高实验技能和熟练程度。
第一节 磁路的基本定律
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一、磁场的几个常用量
磁感应强度（又称磁通密度）B —— 表征磁场强弱及方向的物理量。单位：特斯拉（符号为T，即1T=1Wb/m2 ）
磁通量Φ —— 垂直穿过某截面积的磁力线总和。单位：Wb
磁场强度H —— 计算磁场时引用的物理量。B=μ H ，单位：A/m
（其中μ 为磁导率，用来表示物质磁导能力大小的量）
《电机及拖动基础》
第一节 磁路的基本定律
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磁通所通过的路径称为磁路
二、磁路的概念
《电机及拖动基础》
变压器磁路 两级直流电机磁路
第一节 磁路的基本定律
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三、磁路的基本定律（一）安培环路定律
沿任何一条闭合回线L，磁场强度H的线积分等于该闭合回线所包围的电流的代数和
如果在均匀磁场中，沿着回线 L磁场强度H 处处相等，则
NiHL
（二）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 Φ乘以磁阻 Rm
L
ilHd
《电机及拖动基础》
安培环路定律
第一节 磁路的基本定律
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磁通量Φ等于磁通密度乘以面积
BAABd
磁场强度等于磁通密度除以磁导率 于是/BH
)/(/ AllBNi mRF
《电机及拖动基础》
模拟电路图磁路
第一节 磁路的基本定律
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[例1-1] 有一闭合铁心磁路，铁心的截面积A=9×10-4m2,磁路的平均长度 l =0.3m，铁心的磁导率μFe=5000μ0，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，需要多少励磁磁动势和励磁电流？
解： 用安培环路定律求解如下：
A/m159A/m10π450000
1/
7Fe
BH
A7.47A3.0159 HlF
A1054.9A500
7.47/ 2 NFi
《电机及拖动基础》
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（三）磁路的基尔霍夫定律
1.磁路的基尔霍夫第一定律
0321 0或
第一节 磁路的基本定律
《电机及拖动基础》
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2.磁路的基尔霍夫第二定律
mm22m112211
3
1k
kk RRRHlHlHlHNi
第一节 磁路的基本定律
《电机及拖动基础》
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磁路和电路有相似之处，却要注意有以下几点差别：
1.电路中有电流I 时，就有功率损耗；而在直流磁路中，维持一定磁通量，铁心中没有功率损耗。
2.电路中的电流全部在导线中流动；而在磁路中，总有一部分漏磁通。
3.电路中导体的电阻率在一定的温度下是恒定的；而磁路中铁心的导磁率随着饱和程度而有所变化。
4.对于线性电路，计算时可以用叠加原理；而在磁路中，B和H之间的关系为非线性，因此计算时不可以用叠加原理。
第一节 磁路的基本定律
《电机及拖动基础》
第二节 常用铁磁材料及其特性
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一、铁磁物质的磁化
在外磁场的作用下，磁畴顺着外磁场方向转向，排列整齐，显示出磁性。
《电机及拖动基础》
第二节 常用铁磁材料及其特性
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二、磁化曲线和磁滞回线
（一）起始磁化曲线
将一块未磁化的铁磁材料进行
磁化，当磁场强度H由零逐渐
增加时，磁通密度B将随之增
加。用B=f (H)描述的曲线就称
为起始磁化曲线。
《电机及拖动基础》
第二节 常用铁磁材料及其特性
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（二）磁滞回线
剩磁——当H从零增加到Hm时，B相应
地从零增加到Bm；然后再逐渐减小H，B
值将沿曲线ab下降。当H=0 时，B值并
不等于零，而是Br。这就是剩磁。
磁滞回线——当H在Hm和－ Hm之间反复变
化时，呈现磁滞现象的B－H闭合曲线，称
为磁滞回线。
《电机及拖动基础》
第二节 常用铁磁材料及其特性
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（三）基本磁化曲线
对同一铁磁材料，选择不同的Hm反复磁化，得到不同的磁滞回
线。将各条回线的顶点连接起来，所得曲线称为基本磁化曲线。
《电机及拖动基础》
第二节 常用铁磁材料及其特性
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三、铁磁材料
1、软磁材料
2、硬磁材料
四、铁心损耗
1、磁滞损耗——材料被交流磁场反复磁化，磁畴相互摩擦而消耗的能量。
2、涡流损耗——铁心内部由于涡流在铁心电阻上产生的热能损耗。
3、铁心损耗——磁滞损耗和涡流损耗之和。
《电机及拖动基础》
第三节 直流磁路的计算
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磁路计算正问题——给定磁通量，计算所需的励磁磁动势
磁路计算逆问题——给定励磁磁势，计算磁路内的磁通量
磁路计算正问题的步骤：
1）将磁路按材料性质和不同截面尺寸分段；
2）计算各段磁路的有效截面积Ak和平均长度lk；
3）计算各段磁路的平均磁通密度Ak ，Bk=Φk/Ak；
4）根据Bk求出对应的Hk；
5）计算各段磁位降Hklk，最后求出 F=∑ Hklk。
磁路计算逆问题——因为磁路为非线性的，用试探法。
《电机及拖动基础》
第三节 直流磁路的计算
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一、简单串联磁路
[例1-2] 铁心由铸钢和空气隙构成，截面积AFe=0.0009m2，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时所需的励磁磁动势。
《电机及拖动基础》
第三节 直流磁路的计算
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解：铁心内磁通密度为 T1T0009.0
0009.0
Fe
Fe A
B
从铸钢磁化曲线查得：与BFe对应的HFe=9×102A/m
空气隙中：
A385A1051077
A/m1077A/m104
967.0
T967.0T1005.3
0009.0
4
4
7
0
42
lH
BH
AB
铁心段的磁位降： A270A3.0109 2
FeFe lH
所以，励磁磁势为 F=HFelFe+Hδlδ=655A
《电机及拖动基础》
第三节 直流磁路的计算
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二、简单并联磁路[例1-3]铁心由DR530硅钢片构成，铁心柱和铁轭截面积AFe=0.0004m2，磁路平均长度lFe=0.05m，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，试求在气隙中产生磁通密度Bδ=1.211T时，所需的励磁电流。
《电机及拖动基础》
第三节 直流磁路的计算
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解： 2121 22
22112211 2 iNiNHlHlHlH kk
m105.42 2
3
ll
m10153 2
21
lll
中间磁路长度：
两边磁路长度：
气隙磁位降：
中间铁心磁位降：
A4818A105.210π4
211.1222 3
7
0
BH
T533.1T104
)25.02(211.14
2
3
AB
A75.87A105.4105.19 22
33 lH
查磁化曲线： A/m105.19 2
3 H
《电机及拖动基础》
第三节 直流磁路的计算
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总磁动势和励磁电流为：
两边铁心磁通密度和磁位降：
T766.0T104
2/10613.02/4
3
21
ABB
查磁化曲线： A/m21521 HH
A25.32A1015215 2
2211 lHlH
A4938A)25.3275.874818(
2 1133
lHlHHNi
《电机及拖动基础》
第四节 交流磁路的特点
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有关交流磁路和铁心线圈的计算，将在变压器一章讨论。
交流磁路除了会在铁心中产生损耗外，还有以下两个效应：
1）磁通量随时间变化，在励磁线圈中产生感应电动势。
2）磁饱和现象会导致电流、磁通和电动势波形畸变。
《电机及拖动基础》
第一章 磁路
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第一章 结束
《电机及拖动基础》
