第章电磁学的基本知识与基本定律

第1章电磁学的基本知识

与基本定律从能量来看，电机是一种机电能量转换装置。电动机借助于电磁场将输入的电能转换为机械能输出。发电机由原动机提供动力借助于内部电磁场对输入的机械能转换为电能输出。因此必须了解电磁场的基本知识和基本定律。本书中主要采取路的分析方法；通过将磁路问题转换为电路问题获得有关电机的等效电路（模型），然后借助于等效电路对电机的性能进行分析和计算。本章内容:电磁学的基本知识与基本定律；常用磁性材料（铁磁材料与永磁材料）及其特性。一.电路的基本定律

基尔霍夫电流定律(KCL)基尔霍夫电压定律（KVL）二.磁场的基本知识磁通密度（简称磁密）或磁感应强度)单位:特斯拉T图1.1磁力线与电流之间的右螺旋关系1.磁通密度B右手螺旋定则磁感应强度B用来描述磁场的强弱。是一个矢量。其方向判别采用右手螺旋定则，分为通电导体和通电螺线管的方向判别两种。即磁力线的方向就是磁感应强度的方向。2.磁通量磁场的强弱也可以用磁力线的疏密来表示。穿过某一截面S的磁力线总数或者磁感应强度的通量称为磁通量。即：

单位：Wb，韦伯

若对于均匀磁场，若B与S垂直，则

3.磁场强度H

是表征磁场性质的一个基本物理量，是一个矢量。磁导率反映了磁性材料的导磁能力。真空的磁导率一般而言铁磁材料

4.磁势：5.磁链：三.基本电磁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.电生磁的基本定律——安培环路定律

若闭合磁力线上处处相等,则上式变为:

描述通电导体所产生的磁场与导体内部电流之间的关系。在稳恒磁场中，磁场强度H沿任何闭合路径的线积分，等于这闭合路径所包围的各个电流的代数和。这个结论称为安培环路定理。2.磁生电的基本定律——法拉第电磁感应定律电磁感应现象：变化的磁场会产生电场，使导体中产生感应电势，这就是电磁感应现象。感应电势和磁场之间符合法拉第电磁感应定律。在电机中，电磁感应现象主要表现在以下两个方面：线圈中磁通变化时，线圈中产生感应电势，称为感应电势，或者变压器电势。导体与磁场有相对运动，导体切割磁力线时，导体内产生感应电势，称为切割电势当磁通按正弦规律变化时，即:则上式变为:若取为参考相量，则：图1.2磁通与其感应电势的正方向假定(符合右手螺旋关系）变压器电势：右手螺旋关系实际上规定了磁通和感应电势的参考方向图1.3磁通与感应电势的相量图图1.4感应电势与磁场、导体运动速度之间的右手定则速度电势：的证明在右手螺旋关系的参考方向规定下，电动势e1和方向始终相反故有公式通电导体在磁场中所受的电磁力、电流与磁场之间的左手定则3.电磁力定律4.磁路的欧姆定律图1.6变压器的简单磁路对于均匀磁路：式中，定义为磁路的磁阻。称为该磁路的磁导。由于上式与电路的欧姆定律相似,故又称为磁路的欧姆定律。磁路：如同电路是电流所经过的路径一样，磁通所经过的路径称为磁路。磁路的组成：磁路通常由高导磁性的磁性材料组成，通过磁路将磁通约束在特定的路径中。从公式可以看出：磁路的磁阻与磁路的结构尺寸以及采用的磁性材料密切相关。根据和式磁路的欧姆定律得：上式给出了电感与结构参数以及磁性材料之间的关系式。5.线圈电感（反映线圈的导磁能力）在有线圈的磁路中，通常把单位电流所产生的磁链定义为线圈的电感注意：空心电感线圈的电感是一个常数。而带有铁心的线圈其电感不是一个常数。四.常用磁性材料及其特性在电机和变压器中，磁路是由铁磁材料组成的。铁磁材料一般采用铁或铁与钴（gu）、钨、镍和铝等组成的合金材料。电机（变压器）都是以磁场为媒介实现机电能量的转换或变换。为了减小电机磁路中的磁阻，以获得一定励磁磁势下较强的磁场，从而降低电机或变压器的体积和成本，因此一方面在电机中广泛使用导磁性能良好的铁磁材料；另一方面充分利用已有铁磁材料的特性并选择合适的工作点也很重要。铁磁材料具有三个显著特点：高导磁性、磁滞性和磁饱和性。1.铁磁材料的磁化及磁滞回线图1.10铁磁材料的磁化图1.11磁性材料的磁滞回线为什么铁磁材料具有很强的导磁性能？磁滞性2.磁化粥曲线盈与饱物和现窄象图1.卷12铁磁布材料红与非疏铁磁猪材料库的磁络化曲羞线对于象铁磁奖材料暴，当涨外加乔磁场H增加卫到一笛定数爷值时包，所嗽产生厅的磁闻场Ｂ乡丰将增泼加缓兄慢，匙这种够现象漆称为磁饱刑和性。结论：磁饱析和性摊现象铁表明难：铁劈燕磁材脚料组弱成的鸟磁路核为非跨线性津磁路符。其礼磁导碎率µ随激朵励的乡丰变化蓄而改免变。野相应晃的等胃效电蒜感Ｌ法减小鬼。磁迁路越倍饱和饰，磁身导率µ越低渴，磁血导Λ和等谨效电焦感Ｌ昼越小坚。应用魄：鉴哗于磁霜饱和诉性特爸点，套同时英考虑听铁心姓的利磨用率颤，为锣确保病不增绝加励芽磁磁忠势而势获得谱最大胞的磁蜡通，肯通常株把电灾机或隔变压辽器的欺工作冻点选躁在磁拜化曲触线的竿膝点趴附近示。3.软磁提材料网与硬粉磁材购料图1.恢13铁磁重材料摔的磁巷滞回败线4.铁磁税材料冤中的坟铁耗图1.电14铁磁鸽材料箱的涡欣流现浑象磁滞纪损耗:涡流尸损耗:铁耗:想一姿想，仓回答忧下列咐问题鞋：1.电机事中涉熟及那荷些基芦本电于磁定悉律？我试说良明它俭们在盯电机份中的威作用组？2.电机概和变用压器汇中存费在哪拉两种巡寿电动河势？供各自毁的成爽因是女什么窜？3.永久站磁铁愈和软丑磁材泄料的帐磁滞粱回线旦有何跃不同蒸？