电磁学基本知识与基本定律课件

第1章磁路第1章磁路11.1磁场的基本知识磁通密度或磁感应强度

B

单位：特斯拉（T）

(magneticfluxdensity)

(magneticinduction)

用于表征磁场的强弱和方向。

1.1磁场的基本知识磁通密度或磁感应强度B2

磁通量Φ单位：韦伯（Wb）(magneticflux)穿过某一截面积S的磁力线总数若对于均匀磁场，若B与S垂直，则磁场强度

H

单位：安培/米（A/m）

(magneticfieldstrength)

为了分析磁场与电流的依存关系引入的辅助量

磁通量Φ单位：3磁动势MMF单位：安培（A）（magnetomotiveforce）

磁链ψ（fluxlinkage）

磁导率μ单位：亨利/米（H/m）

(permeability)真空的磁导率μ0、相对磁导率μr反应导磁介质导磁性能的物理量磁动势MMF单位：安培（A）磁链ψ（fl4磁场强度和磁感应强度均为表征磁场性质（即磁场强弱和方向）的两个物理量。由于磁场是电流或者说运动电荷引起的，而磁介质（除超导体以外不存在磁绝缘的概念，故一切物质均为磁介质）在磁场中发生的磁化对源磁场也有影响（场的迭加原理）。因此，磁场的强弱可以有两种表示方法。B和H的联系与区别:磁场强度和磁感应强度均为表征磁场性质（即磁场强弱和方向）的两5单独由电流或者运动电荷所引起的磁场（不包括介质磁化而产生的磁场时）则用磁场强度H表示，其单位为A/m，是一个辅助物理量。。在充满均匀磁介质的情况下，若包括介质因磁化而产生的磁场在内时，用磁感应强度B表示，是一个基本物理量。在同样大小的电流作用下，铁芯线圈的磁通比空心线圈的磁通哪个大？为什么？此公式的深刻含义单独由电流或者运动电荷所引起的磁场（不包括介质磁化而产生的磁61.2基本电磁

（electromagnetic）定律电生磁的基本定律——安培环路定律

磁生电的基本定律——法拉第电磁感应定律

电磁力定律磁路的欧姆定律

1.2基本电磁（electromagnetic）定律电生71.2.1电生磁的基本定律——安培环路定律

沿着任何一条闭合回线L，磁场强度H的线积分等于该闭合回线所包围的总电流值（代数和）1.2.1电生磁的基本定律——安培环路定律沿着任何一条闭8I2I3lH

计算电流代数和时，与绕行方向符合右手螺旋定则的电流取正号，反之取负号。I2I3lH计算电流代数和时，与绕行方向符合右9若闭合磁力线是由N匝线圈电流产生，而且沿闭合磁力线上H处处相等,则上式变为:若闭合磁力线是由N匝线圈电流产生，而且沿闭合磁力线上H处101.2.2磁生电的基本定律—法拉第电磁感应定律当磁通按正弦规律变化时，即:则上式变为:磁通与其感应电势的参考方向1.2.2磁生电的基本定律—法拉第电磁感应定律当磁通按正11为参考相量，则：

感应电势为参考相量，则：感应电势12磁通与感应电势的相量图磁通与感应电势的相量图13感应电势与磁场、导体运动速度之间的右手定则感应电势与磁场、导体运动速度之间的右手定则14通电导体产生的电磁力与电流、磁场之间的左手定则1.2.3电磁力定律通电导体产生的电磁力与电流、磁场之间的左手定则1.2.3电15磁路：磁通所通过的路径。

是以高导磁性材料构成的使磁通被限制在结构所确定的路径之中的一种结构。

和电流在电路中被导体所限制是极为相似。1.2.4磁路的欧姆定律磁路：磁通所通过的路径。1.2.4磁路的欧姆定律16铁心导磁率远大于空气磁力线几乎被限定在铁心规定的路径中铁心外部的磁力线很少铁心导磁率远大于空气17

主磁路：主磁通所通过的路径。

漏磁路：漏磁通所通过的路径。

励磁线圈：用以激励磁路中磁通的载流线圈。励磁电流：励磁线圈中的电流。直流:直流磁路，例如:直流电机交流:交流磁路，

例如:变压器主磁路：主磁通所通过的路径。励磁线圈：用以18主磁通漏磁通漏磁通漏磁通漏磁通主磁通漏磁通漏磁通漏磁通漏磁通19对于均匀磁路定义为磁路的磁阻（reluctance）对于均匀磁路定义为磁路的磁阻（reluctance）20称为磁导（permeance）

由于与电路的欧姆定律相似,故又称为磁路的欧姆定律。磁阻的倒数称为磁导由于与电路的欧姆定律相似,故又称为磁路的欧姆定律。磁21根据以及磁路的欧姆定律电感与结构参数以及磁性材料之间的关系式1.2.5线圈电感根据以及磁路的欧姆定律22

通过任意闭合曲面S的净磁通量必定恒为零。

自然界不存在独立的磁场源。磁场中，磁力线通过任意闭合面后必然会从相反方向再次通过。

磁力线是闭合的！磁路的基尔霍夫第一定律（磁通连续性原理）通过任意闭合曲面S的净磁通量必定恒为零。磁路的基尔23

磁路由不同材料或不同长度和截面积的

n段组成，则称为磁路各段的磁压降磁路的基尔霍夫第二定律作用在任何闭合磁路的总磁动势恒等于各段磁路磁位降的代数和。称为磁路各段的磁压降磁路的基尔霍夫第二定律作用24电磁学基本知识与基本定律课件251.3常用磁性材料及其特性1.3.1铁磁材料的磁化及磁滞回线铁磁材料的磁化（magnetization）1.3常用磁性材料及其特性1.3.1铁磁材料的磁化及磁滞26磁性材料的磁滞回线(hysteresisloop)Br剩磁residualmagnetismHc矫顽力coerciveforce磁性材料的磁滞回线(hysteresisloop)Br271.3.2磁化曲线与饱和现象铁磁材料与非铁磁材料的磁化曲线基本磁化曲线normalmagnitizationcurve初始磁化曲线initialmagnitizationcurve1.3.2磁化曲线与饱和现象铁磁材料与非铁磁材料的磁化28几种常见磁性物质的磁化曲线a铸铁b铸钢c硅钢片O0.10.20.30.40.50.60.70.80.91.0103H/(A/m)H/(A/m)12345678910103B/T1.81.61.41.21.00.80.60.40.2abac几种常见磁性物质的磁化曲线a铸铁b铸钢291.3.3软磁材料与硬磁材料铁磁材料（ferromagneticmaterial）的磁滞回线软磁材料：磁滞回线窄、剩磁、矫顽力都小硬磁材料：磁滞回线宽、剩磁、矫顽力都大1.3.3软磁材料与硬磁材料铁磁材料（ferromag301.3.4铁磁材料中的铁耗hysteresislosseddy-currentlossironloss为什么电机中经常使用的铁磁材料是硅钢片（siliconsteelsheet）？1.3.4铁磁材料中的铁耗hysteresisloss31铁磁材料的涡流现象磁滞损耗

涡流损耗铁耗注意频率f铁磁材料的涡流现象磁滞损耗涡流损耗铁耗注意频率f32例题:

有一环形铁心线圈，其内径为10cm，外径为15cm，铁心材料为铸钢。要得到0.9T的磁感应强度，求：（1）所需励磁磁动势。（2）如果磁路中含有一个长度等于0.2cm空气隙，所需励磁磁动势。例题:有一环形铁心线圈，其内径为10cm，外径为15cm，33

（1）铸钢铁心的磁场强度，查铸钢的磁化曲线，

B=0.9T时，磁场强度H1=770A/m解:磁路的平均总长度为励磁磁动势（1）铸钢铁心的磁场强度，查铸钢的磁化曲线，解:磁路34（2）空气隙的磁场强度铁心的平均长度对各段有总磁通势为（2）空气隙的磁场强度铁心的平均长度对各段有总磁通势35通过上述例题，可以得出如下结论：(1)如果要得到相等的磁感应强度，采用高磁导率的铁心材料，可使线圈的用铜量大大降低。(2)如果线圈中通有同样大小的励磁电流，要得到相等的磁通，采用磁导率高的铁心材料，可使铁心的用铁量大大降低。通过上述例题，可以得出如下结论：(1)36(3)当磁路中含有空气隙时，由于其磁阻较大，要得到相等的磁感应强度，必须增大励磁电流（线圈匝数一定时）。

磁路中含有空气隙时，由于其磁阻较大，磁动势几乎都降在空气隙上面。遗憾的是，气隙的存在往往避免不了。(3)当磁路中含有空气隙时，由于其磁阻较大37第1章磁路第1章磁路381.1磁场的基本知识磁通密度或磁感应强度

B

单位：特斯拉（T）

(magneticfluxdensity)

(magneticinduction)

用于表征磁场的强弱和方向。

1.1磁场的基本知识磁通密度或磁感应强度B39

磁通量Φ单位：韦伯（Wb）(magneticflux)穿过某一截面积S的磁力线总数若对于均匀磁场，若B与S垂直，则磁场强度

H

单位：安培/米（A/m）

(magneticfieldstrength)

为了分析磁场与电流的依存关系引入的辅助量

磁通量Φ单位：40磁动势MMF单位：安培（A）（magnetomotiveforce）

磁链ψ（fluxlinkage）

磁导率μ单位：亨利/米（H/m）

(permeability)真空的磁导率μ0、相对磁导率μr反应导磁介质导磁性能的物理量磁动势MMF单位：安培（A）磁链ψ（fl41磁场强度和磁感应强度均为表征磁场性质（即磁场强弱和方向）的两个物理量。由于磁场是电流或者说运动电荷引起的，而磁介质（除超导体以外不存在磁绝缘的概念，故一切物质均为磁介质）在磁场中发生的磁化对源磁场也有影响（场的迭加原理）。因此，磁场的强弱可以有两种表示方法。B和H的联系与区别:磁场强度和磁感应强度均为表征磁场性质（即磁场强弱和方向）的两42单独由电流或者运动电荷所引起的磁场（不包括介质磁化而产生的磁场时）则用磁场强度H表示，其单位为A/m，是一个辅助物理量。。在充满均匀磁介质的情况下，若包括介质因磁化而产生的磁场在内时，用磁感应强度B表示，是一个基本物理量。在同样大小的电流作用下，铁芯线圈的磁通比空心线圈的磁通哪个大？为什么？此公式的深刻含义单独由电流或者运动电荷所引起的磁场（不包括介质磁化而产生的磁431.2基本电磁

（electromagnetic）定律电生磁的基本定律——安培环路定律

磁生电的基本定律——法拉第电磁感应定律

电磁力定律磁路的欧姆定律

1.2基本电磁（electromagnetic）定律电生441.2.1电生磁的基本定律——安培环路定律

沿着任何一条闭合回线L，磁场强度H的线积分等于该闭合回线所包围的总电流值（代数和）1.2.1电生磁的基本定律——安培环路定律沿着任何一条闭45I2I3lH

计算电流代数和时，与绕行方向符合右手螺旋定则的电流取正号，反之取负号。I2I3lH计算电流代数和时，与绕行方向符合右46若闭合磁力线是由N匝线圈电流产生，而且沿闭合磁力线上H处处相等,则上式变为:若闭合磁力线是由N匝线圈电流产生，而且沿闭合磁力线上H处471.2.2磁生电的基本定律—法拉第电磁感应定律当磁通按正弦规律变化时，即:则上式变为:磁通与其感应电势的参考方向1.2.2磁生电的基本定律—法拉第电磁感应定律当磁通按正48为参考相量，则：

感应电势为参考相量，则：感应电势49磁通与感应电势的相量图磁通与感应电势的相量图50感应电势与磁场、导体运动速度之间的右手定则感应电势与磁场、导体运动速度之间的右手定则51通电导体产生的电磁力与电流、磁场之间的左手定则1.2.3电磁力定律通电导体产生的电磁力与电流、磁场之间的左手定则1.2.3电52磁路：磁通所通过的路径。

是以高导磁性材料构成的使磁通被限制在结构所确定的路径之中的一种结构。

和电流在电路中被导体所限制是极为相似。1.2.4磁路的欧姆定律磁路：磁通所通过的路径。1.2.4磁路的欧姆定律53铁心导磁率远大于空气磁力线几乎被限定在铁心规定的路径中铁心外部的磁力线很少铁心导磁率远大于空气54

主磁路：主磁通所通过的路径。

漏磁路：漏磁通所通过的路径。

励磁线圈：用以激励磁路中磁通的载流线圈。励磁电流：励磁线圈中的电流。直流:直流磁路，例如:直流电机交流:交流磁路，

例如:变压器主磁路：主磁通所通过的路径。励磁线圈：用以55主磁通漏磁通漏磁通漏磁通漏磁通主磁通漏磁通漏磁通漏磁通漏磁通56对于均匀磁路定义为磁路的磁阻（reluctance）对于均匀磁路定义为磁路的磁阻（reluctance）57称为磁导（permeance）

由于与电路的欧姆定律相似,故又称为磁路的欧姆定律。磁阻的倒数称为磁导由于与电路的欧姆定律相似,故又称为磁路的欧姆定律。磁58根据以及磁路的欧姆定律电感与结构参数以及磁性材料之间的关系式1.2.5线圈电感根据以及磁路的欧姆定律59

通过任意闭合曲面S的净磁通量必定恒为零。

自然界不存在独立的磁场源。磁场中，磁力线通过任意闭合面后必然会从相反方向再次通过。

磁力线是闭合的！磁路的基尔霍夫第一定律（磁通连续性原理）通过任意闭合曲面S的净磁通量必定恒为零。磁路的基尔60

磁路由不同材料或不同长度和截面积的

n段组成，则称为磁路各段的磁压降磁路的基尔霍夫第二定律作用在任何闭合磁路的总磁动势恒等于各段磁路磁位降的代数和。称为磁路各段的磁压降磁路的基尔霍夫第二定律作用61电磁学基本知识与基本定律课件621.3常用磁性材料及其特性1.3.1铁磁材料的磁化及磁滞回线铁磁材料的磁化（magnetization）1.3常用磁性材料及其特性1.3.1铁磁材料的磁化及磁滞63磁性材料的磁滞回线(hysteresisloop)Br剩磁residualmagnetismHc矫顽力coerciveforce磁性材料的磁滞回线(hysteresisloop)Br641.3.2磁化曲线与饱和现象铁磁材料与非铁磁材料的磁化曲线基本磁化曲线normalmagnitizationcurve初始磁化曲线initialmagnitizationcurve1.3.2磁化曲线与饱和现象铁磁材料与非铁磁材料的磁化65几种常见磁性物质的磁化曲线a铸铁b铸钢c硅钢片O0.10.20.30.40.50.60.70.80.91.0103H/(A/m)H/(A/m)12345678910103B/T1.81.61.41.21.00.80.60.40.2abac几种常见磁性物质的磁化曲线a铸铁b铸钢661.3.3软磁材料与硬磁材料铁磁材料（ferromagneticmaterial）的磁滞回线软磁材料：磁滞回线窄、剩磁、矫顽力都小硬磁材料：磁滞回线宽、剩磁、矫顽力都大1.3.3软磁材料与硬磁材料铁磁材料（ferroma