磁场中的主要物理量.ppt

1、一、 磁场中的主要物理量 1. 磁感应强度和磁通 磁感应强度(magnetic induction)是磁场的基本物理量，它是根据洛仑兹力来定义的，是一个矢量，用符号B来表示。其方向与磁场的方向一致，可以用能够自由转动的小磁针来测定。,绪论,放在磁场中某处的小磁针N极所指的方向就是该点磁感应强度的方向；其大小是运动电荷在磁场中受到磁场力的作用，当运动电荷与磁场的方向垂直时，它所受到的磁力最大，记为Fmax。,通常用磁感应强度线来描绘磁场中各点的情况。其方向代表该点磁感应强度的方向，其大小用该点附近磁感应强度线的疏密程度来表示。 磁感应强度线是连续的闭合曲线，且任意两根磁感应强度线不可能相交。如果

2、磁场是由电流产生的，电流也是闭合流动的，即磁感应强度线总是与电流线相互交链的。,磁力线,(1)磁感应线的回转方向和电流方向之间的关系遵守右手螺旋法则(2)磁场中的磁感应线不相交，每点的磁感应强度的方向确定唯一(3)载流导线周围的磁感应线都是围绕电流的闭合曲线,磁通量 通过磁场中某一面积的磁感应线数称为通过该面积的磁通量(磁通)，符号、单位Wb =BScos,2. 磁场强度和磁导率 磁场强度是描述磁场的另一个重要的物理量。 磁场中某点的磁场强度只取决于产生这个磁场的运动电荷(或电流)的分布，而与介质无关。也就是说，在确定的运动电荷(或电流)分布所产生的磁场中，如果分别充满不同的介质，则磁场中同一

3、点的磁场强度H是相同的。而磁感应强度随着介质的不同而不同，不同的程度取决于介质的磁导率。,在国际单位制(SI)中，由后面介绍的安培环路定律可知，磁场强度的单位是安/米，符号为A/m。 磁导率(permeability)是反映物质导磁能力或物质被磁化能力的物理量。,磁场强度H、磁导率 B=H 磁导率，决定于介质性质，Hm。变化范围很大。 真空磁导率0=410-7Hm 非铁磁物质如空气、铜、铝和绝缘材料等，近似等于真空磁导率 铁磁物质如铁、镍、铝及其合金，磁导率远大于真空磁导率达数千甚至上万倍。通常以相对磁导率表示铁磁物质的磁导率比真空磁导率增大的倍数,在同样大小的电流作用下，铁芯线圈的 磁通比空

4、心线圈的磁通大得多,电磁感应定律,磁链：一个线圈放在磁场中，线圈所环绕的总磁通叫做磁链。 如果线圈只有一匝，则线圈的磁链就等于磁通；如果线圈有多匝，则线圈的磁链就等于各匝磁通之和 。 感应电动势：一个线圈放在磁场中，当磁场发生变化时，线圈中会产生电动势，这种电动势称为感应电动势。当线圈闭合时，就会产生感应电流。,电磁感应定律：当线圈环绕的磁链发生变化时，线圈中产生感应电动势。感应电动势的大小等于磁链随时间的变化率。感应电动势的方向可由楞次定律给出。 假定感应电动势的参考方向与磁通的参考方向成右手螺旋关系，感应电动势的表达式,两种感应电势,线圈中磁链的变化 (1)磁通本身就是由交流电流所产生，也

5、就是说磁通本身随时间在变化着，这样产生的电势称为变压器电势。（线圈与磁场相对静止） (2)磁通本身不随时间变化，但由于线圈与磁场间有相对运动而引起线圈中磁链的变化，这样产生的电势称为运动电势或速度电势 e=Blv,楞次定律：当闭合线圈环绕的磁链发生变化时，线圈中感应电流所产生的磁场总是企图抵消原磁场的变化。 闭合线圈中产生感应电流的原因是感应电动势，因此感应电动势的方向与感应电流方向相同。当线圈不闭合时，感应电流为零，但感应电动势依然存在。,电磁力,载流导体位于磁场中时，导体上受到力Fe,单相变压器,一、电机中的典型磁路（主、漏磁通）,磁路基本定律,旋转电机,磁路: 磁通所走的路径。,旋转电机

6、横截示意图面,二、磁路的基本定律,1. 安培环路定律,沿空间任意条闭合回路，磁场强度H的线积分等于该闭合回路所包围的电流的代数和。,注：若i与l符合右手螺旋关系，取正号，否则取负号 。其中大拇指所指为i的方向，四指为l方向。,H：磁场强度，安/米(A/m),其中： F=Ni：磁路的磁动势 HFelFe：铁心上的磁压降 H：气隙上的磁压降,注：i与l符合右手螺旋关系,电机学中习惯大拇指所指为l的方向，四指为多匝线圈中i方向。,2.磁路的欧姆定律,其中: B :磁通密度，特斯拉(T ) ：磁通，韦伯（Wb） A：铁心的截面积 ，平方米（m2 ）,将=BA和B=H 代入Ni Hl，得,欧姆定律：作用

7、于磁路上的磁动势等于磁阻乘以磁通。,磁路的基尔霍夫第一定律 流入磁路节点的磁通的代数和应等于零,磁压（磁位差）：H沿路径的线积分称该路径上的磁压。 Um=Hdl 磁势：磁场回路所匝链的电流 F=I 磁势、磁压的单位均为：A 磁路的基尔霍夫第二定律 沿着任一闭合回路，其总磁压等于总磁势,第二节 铁磁材料及其磁化特性,不同的磁性材料有不同的磁导率 同一材料当其磁通密度不同时，亦有不同的磁导率,起始段，磁导率较小,线性区，磁导率大且不变,饱和区,三 磁滞回线,矫顽力,由于磁滞，当磁场强度减小到零（即 ）时，磁感强度 ，而是仍有一定的数值 ， 叫做剩余磁感强度(剩磁).,当外磁场由 逐渐减小时，磁感强

8、度 B并不沿起始曲线 0P 减小 ，而是沿 PQ比较缓慢的减小，这种 B的变化落后于H的变化的现象，叫做磁滞现象 ，简称磁滞.,四 铁磁性材料,实验表明，不同铁磁性物质的磁滞回线形状相差很大.,二、 铁磁材料的磁化特性与铁心磁路磁化曲 线的关系,1）铁磁材料的磁化曲线,2）空气的磁化曲线,思考题：画带气隙的铁心磁路的磁化曲线 。气隙长度不同，曲线之间有何不同？,3、4）带气隙的铁心磁路的磁化曲线 (3 4),四、铁心损耗(磁滞损耗和涡流损耗) 磁滞损耗 铁磁材料置于交变磁场中时，材料被反复交变磁化与此同时，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。 磁带损耗PFe与磁场交

9、变的频率f、铁心的体积V和磁滞回线的面积成正比 。 涡流损耗 因为铁心是导电的故当通过铁心的磁通随时间变化时，根据电磁感应定律，铁心中将产生感应电动势，并引起环流。这些环流在铁心内部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。,磁场储能,磁场是一种特殊形式的物质，磁场中能够储存能量，在磁场建立过程中，能量由外部能源转换而来。 电机通过磁场储能来实现机、电能量转换 体积能量密度 磁场能量主要存储在气隙中,电机的制造材料,导电、导磁、绝缘、散热和机械支撑 铜是最通用的导电材料 钢铁是良好的导磁材料为了减小铁芯中的涡流损耗，导磁材料应当用薄片钢，称为电工钢片（硅钢片）。成分中

10、含有少量的硅，使它有较高的电阻，同时又有良好的磁性能。 绝缘材料,电路与磁路的类比,U,+ -,R,I,F,+ -,Rm,恒定磁通磁路就是产生磁通的励磁电流是不随时间变化的直流电流，其产生的磁通势、磁通也都不随时间而变化，有时也称为直流磁路。恒定磁通磁路的线圈中不会产生感应电动势。从电路的角度来看，当线圈两端加直流电压时，其电流只取决于线圈的电阻，与磁路的性质无关。从磁路欧姆定律可知，磁路的磁通势也是恒定的，但磁通的大小却与磁路的性质有关，它随磁阻的增加而减小，而铁磁材料的磁阻又与磁路的饱和程度有关。,在具体介绍各种磁路的计算之前先说明以下几个共同的问题。 1. 铁芯材料磁特性的选取 恒定磁通磁路的计算一般选取该磁路所用铁磁材料的基本磁化曲线作为其磁