第章-電磁學(xué)的基本知識與基本定律

第1章電磁學(xué)的基本知識

與基本定律電機(jī)是實現(xiàn)電能與機(jī)械能轉(zhuǎn)換的裝置，這種轉(zhuǎn)換是通過電磁場來完成的，只有深入分析電機(jī)內(nèi)部的電磁過程，才能了解電機(jī)的各種特性。電磁場的抽象性，增加了該課程的難度第1章預(yù)備知識

-----電磁學(xué)的基本知識與基本定律

本章內(nèi)容:電磁學(xué)的基本知識與基本定律；常用磁性材料（鐵磁材料與永磁材料）及其特性。1.1電路的基本定律基爾霍夫電流定律(KCL)：在電路節(jié)點上基爾霍夫電壓定律（KVL）：在閉合回路中1.2磁場的基本知識通電導(dǎo)體周圍會產(chǎn)生磁場，磁場是一個矢量。用磁通密度（簡稱磁密）或磁感應(yīng)強(qiáng)度)B描述磁場的強(qiáng)弱。圖1.1磁力線與電流之間的右螺旋關(guān)系B的單位為T，特[斯拉]為形象描繪磁場的空間分布情況，通常使用磁感應(yīng)線—磁力線。

用帶有方向的閉合曲線表示磁力線，曲線上任意點的切線方向表示磁感應(yīng)強(qiáng)度B的方向。通過該點垂直于B的單位面積的磁感應(yīng)線數(shù)目等于該點B的大小。磁力線方向：N→S電流與所產(chǎn)生的磁場方向用右手螺旋法則確定。磁感應(yīng)強(qiáng)度B表示了單位面積上的磁通，故又被稱為磁通密度。磁通量(1-1)對于均勻磁場，若B與S垂直，則上式變?yōu)榇鸥袘?yīng)強(qiáng)度的通量。即穿過某一截面積S的磁力線總量。單位為：Wb，韋[伯]若B與S不垂直，S的法線與B的夾角為α，則上式變?yōu)榇艌鰪?qiáng)度H

(1-2)介質(zhì)中某點的磁感應(yīng)強(qiáng)度B與介質(zhì)磁導(dǎo)率μ之比。載流導(dǎo)體會在周圍介質(zhì)中產(chǎn)生磁場形成磁路，同樣大小的電流在周圍介質(zhì)中所產(chǎn)生的磁感應(yīng)強(qiáng)度B的大小會因為介質(zhì)的磁導(dǎo)率不同而有很大的不同！在磁路計算中，為了計算上的方便，還引入磁場強(qiáng)度H這一輔助物理量。它表示在磁場中，若充滿不同的介質(zhì)，不同質(zhì)點處的H是相同的，與介質(zhì)無關(guān)；但B會因為介質(zhì)的不同而不同。H的單位：安/米(A/m)；磁導(dǎo)率的單位:亨/米(H/m)真空的磁導(dǎo)率為一常數(shù)鐵磁材料的磁導(dǎo)率不是常數(shù)，一般為鑄鋼材料的相對磁導(dǎo)率為矽鋼材料的相對磁導(dǎo)率為在同樣大小的電流下，鐵心線圈的磁通比空心線圈的磁通大得多，這就是電機(jī)和變壓器通常都用鐵磁材料來制造的原因。磁動勢：磁鏈：在電路中，電流I是由電動勢E產(chǎn)生的；在磁路中，磁通Φ是由磁動勢F產(chǎn)生的。流過線圈電流i與線圈匝數(shù)N的乘積。磁阻：和電路中的電阻一樣，磁路中也定義磁阻Rm，它對磁通起阻礙作用其中l(wèi)為磁路平均長度，s為磁路截面積磁路的歐姆定律：表示N匝線圈所匝鏈的總磁通(單位：Wb韋伯)。電生磁，磁生電1.3基本電磁定律電生磁的基本定律——安培環(huán)路定律

磁生電的基本定律——法拉第電磁感應(yīng)定律

電磁力定律磁路的歐姆定律1.3.1電生磁的基本定律——安培環(huán)路定律

(1-3)若閉合磁力線上H處處相等,則上式變?yōu)?安培環(huán)路定律也稱全電流定律。是表示電流與所產(chǎn)生的磁場之間關(guān)系的定律。設(shè)空間有多根載流導(dǎo)體，流過的電流分別為：則沿任何閉合路徑l對磁場強(qiáng)度H的線積分，等于該閉合回路所包圍的電流的代數(shù)和。電流的正負(fù)由右手螺旋定則確定。對于例圖有：把磁路分成若干段，幾何形狀相同的為一段。如此，H沿整個磁路的線積分就等于每段磁路磁場強(qiáng)度與磁路長度乘積之和，即：1.3.1電生磁的基本定律—安培環(huán)路定律

稱為第k段磁路的磁壓降，F(xiàn)=NI為作用在整個磁路上的磁動勢(磁動勢的單位：安匝)。對于無分支磁路，由于各段磁路的磁通是相等的，則全電流定理可以寫成：注意：在鐵磁材料構(gòu)成的磁路中，由于磁路有飽和非線性現(xiàn)象，Rm不為恒值。故磁路歐姆定律常用作定性分析，不用于定量計算。1.吸3.棕2磁生均電的基祥本定物律—法拉嚷第電村磁感之應(yīng)定鑒律(1不-4橋)圖1.趁2磁通堵與其算感應(yīng)蠶電勢輕的正肅方向標(biāo)假定電動徹機(jī)慣躺例設(shè)久定的僅參考犧方向變壓碎器電梁勢：能在趕線圈校中產(chǎn)宜生感僵應(yīng)電勇動勢承只有毯兩種滑情況悉：一、舟繞組深和磁貢場無添相對魔位置懂運動鍬，與努繞組變相交商鏈的歡磁鏈光發(fā)生變化而在腫繞組煙中產(chǎn)培生感怖應(yīng)電漠動勢—變壓潔器電讀動勢皇；二、密繞組蠶和磁借場間碌有相會對位把置運童動，托繞組步中的乏導(dǎo)線克切割呈磁場留而產(chǎn)爪生感犯應(yīng)電商動勢—切割你電動廟勢。大小罷與磁抵鏈的扣變化兇率成鏡正比淘，方女向由撈楞次半定律飛確定施：楞次怕定律：閉合往線圈后中感弟應(yīng)電挽流的幣方向草總是耗使得最它自泛己所鞏產(chǎn)生搜的磁緊場反笛抗原顯來磁駁通量Φ的變源化。參考英正方額向：睛一般弓先選缺定Ф的參考方向饑，再酒用右遭手螺尖旋定價則確它定e的參考方向襪。分析：當(dāng)dФ/dt>0時,e產(chǎn)生偏的Ф應(yīng)該逮與原來吐的Φ方向馳相反曾（指無向下攔），掘?qū)?yīng)姥的感提應(yīng)電傾流由X流向A，對廊應(yīng)e與參蹲考方孫向相像反，在為負(fù)溉；當(dāng)dФ/dt<0時,e產(chǎn)生案的Ф應(yīng)該懸與原來儲的Φ方向謝相同躲（指鑄向上洲），…，所頌以e和dФ/dt總是仗有相畫反的翅符號惡。1.達(dá)3.惱2磁生靈電的基繡本定癥律—法拉評第電律磁感通應(yīng)定炕律當(dāng)磁刻通按告正弦英規(guī)律往變化明時，刪即:則式巷（1-防4）變姿為:若取為參佩考相傳量，打則：(1桶-5約)變壓刑器電泡勢：(1易-4驢)ω=2πf圖1.瓣3磁通Φ(t客)超前感應(yīng)拜電勢e(寄t)獅90?的相量量圖(1厚-1莊3)圖1.俊4感應(yīng)安電勢榮與磁侵場、平導(dǎo)體團(tuán)運動昏速度刷之間貫的右朱手定丙則設(shè)磁遼場的窩磁感左應(yīng)強(qiáng)譯度（到磁密平）為B，切封割磁哈力線而的導(dǎo)聽體長啦度為l，切浪割速豈度為v，三淺者之栗間互向相垂市直，牧則導(dǎo)盤線中挎感應(yīng)油電勢涂大小傷為：e的方釋向用鵲右手焰定則隱確定搏。速度衣（切斥割、母電機(jī)真）電啦勢：(1獻(xiàn)-1建5)圖1.床5通電途導(dǎo)體捧產(chǎn)生易的電缸磁力勿與電構(gòu)流、停磁場全之間餡的左愁手定父則1.挨3.悉3電磁譜力定偶律1.貸3.懲4磁路逐的歐鹿姆定宰律圖1.遼6變壓縫器的軍簡單綱磁路通電蹲導(dǎo)體某在磁借場中造受到臘磁場提對它悟的作搏用力揪稱為義電磁描力。膀也稱皮安培涉力。易設(shè)直齒導(dǎo)線l與磁恒感應(yīng)互強(qiáng)度B的方拉向垂喬直，吼受力鑒方向褲用左斥手定矛則確耕定。電流茶所i經(jīng)過洗的路油徑稱傷為電坊路，嘴磁通Φ所經(jīng)規(guī)過的迷路徑飼稱為買磁路每。通啦常用品高磁臣導(dǎo)率述材料彩組成妹磁路傲，通召過磁忙路將巷磁通塵約束游在特百定的傲路徑逼中。倚對于偉均勻吹磁路掉：(1唱-1班5)其中朽，定義科為磁荷路的磁阻。λ定義名為磁導(dǎo)嶄，反映好材料崇的導(dǎo)舒磁能鉤力。1.傲3.慌4磁路狠的歐舒姆定元律由于洽式(1即-1略5)與電毀路的樹歐姆株定律府相似,故又越稱為磁路姜的歐武姆定械律。根據(jù)和式存：電感阻與勵澡磁線標(biāo)圈匝結(jié)數(shù)的詞平方膏、磁羽導(dǎo)率鍵及鐵乏心截臘面積您成正牙比，播與磁緩路長賭度成懼反比鉆。1.翠3.治5線圈鄙電感在有嘴線圈瓜的電株路中街，通真常把勵單位評電流討所產(chǎn)宅生的忍磁鏈厘定義蒜為線象圈的棒電感L，單頁位為H，亨[利]。于姨是有煤：(1野-1迫5)(1院-1備9)1.虹4常用柳磁性學(xué)材料族及其栗特性1.評4.鑄1鐵磁賽材料丙的磁撤化及頓磁滯升回線圖1.列10鐵磁仰材料今的磁香化圖1.附11磁性要材料楚的磁滅滯回曲線在非效鐵磁快材料洗中，定磁感擊應(yīng)強(qiáng)禍度與傍磁場牌強(qiáng)度促成正望比，臣即：在鐵槳磁材茶料中礙，B與H是非灣線性甲關(guān)系選，即B=f(氣H)是一刊條曲出線，林稱為河磁化袍曲線丹。圖1.查12鐵磁疲材料委與非念鐵磁零材料疊的磁毀化曲敘線1.艦4.濾2磁化邊曲線宋與飽駐和現(xiàn)峽象圖1.員12鐵磁嘉材料拴與非訂鐵磁頸材料倚的磁像化曲宰線1.摧4.球3軟磁棗材料桐與硬島磁材繭料圖1.遣13鐵磁倍材料美的磁展滯回鄭線改變補(bǔ)磁動謠勢F的大部小和脈方向勉，使弓磁場朋強(qiáng)度H=鹽F/繡L=亡Ni滾/L在-Hm品~H木m之間樂反復(fù)絕周期悉變化綠，所菜得B=f(垃H)關(guān)系紹曲線血，稱碎為鐵齡磁材閑料的錢磁滯衛(wèi)回線嗽。B的變蓮化總訂是滯曉后于H的變雨化，導(dǎo)這種步現(xiàn)象儲稱為章磁滯酷現(xiàn)象咬。Br：稱舅為剩篩余磁古感應(yīng)質(zhì)強(qiáng)度謊；Hc：矯筐頑力濃（轉(zhuǎn)癢折磁附場強(qiáng)可度）尾。同一精鐵磁芬材料就在不飯同的Hm下有不同貧的磁冰滯回魯線，把跨這些紛回線福的頂牙點（Bm）連懂接起維來就該是該歉鐵磁嶼材料指的基本鴿磁化督曲線。軟磁扔材料客：容漂易被伙磁化厘，但疑剩磁塔較小妖；如矽盈鋼片雀、鑄框鋼、介鑄鐵絕和鐵汪氧體芹等，牲常用階作磁芬路材滅料硬磁估材料帝：不灶容易謹(jǐn)被磁克化，污也不低容易設(shè)去磁匙；如銣桐鐵硼賄、鐵溫鈷釤然等稀略土永騾磁材謹(jǐn)料，箏制成狹永磁冷體1.拾4.咳4鐵磁鐮材料話中的昆鐵耗圖1.備14鐵磁然材料今的渦電流現(xiàn)連象磁滯姑損耗:(1乒-9算)渦流柳損耗:(1抖-1僑0)總鐵遵耗:反抗磁通Φ磁滯逃損耗血：鐵磁掩材料繡在交變磁場挨作用火下，鉛內(nèi)部常磁疇宵周期召倒轉(zhuǎn)初方向增，磁搬疇間脅會相溝互摩塌擦發(fā)雜熱而期耗能犯；磁滯姑回線闖面積湊越大(硬磁割材料)，磁昏滯損機(jī)耗越侍大。渦流宇損耗撿：通過泳鐵心甩的磁吧通發(fā)博生交變時，芹由電賺磁感瞧應(yīng)定其理，另在鐵增心中理將產(chǎn)摘生感叔應(yīng)電撤動勢將和感畢應(yīng)電丸流；鐵心錘體積磁滯絨損耗譜系數(shù)與材延料有超關(guān)的訂常數(shù)鐵磁觀材料炸厚度渦流特?fù)p耗棚系數(shù)與材攻料電債阻率鐵心叨重量鐵心鏈損耗肝系數(shù)(1露-2耗2)Hy哲st庫er薦es選is材料認(rèn)電阻櫻率↑，Ce↓1.咐4.部5永久基磁鐵皮的去現(xiàn)磁曲惕線與鮮各種暫永磁脹材料析的特次點圖1.嗽15直流治永磁釘電機(jī)影磁路消示意覽圖圖1.蹈16永久故磁鐵冬的去墨磁曲赴線永磁艙體PM為磁虜路提浸供磁村勢F，大羽小不床是固膽定的赴，與析外磁療路的嘗狀況您和永漁磁體同的去兩磁曲羞線有渡關(guān)；特點蔽：即還使同劫一永猶磁體平，當(dāng)江外部狡條件探（或座外磁夠路）溪不同怠時，拔它所使提供練的H以及B也不徒盡相紡?fù)r：永詳磁體俱初始忘最大小磁密誕；OB源’：電李機(jī)空別載時博的空棗載線圾。僅見磁路掏磁阻碼導(dǎo)致斃的PM去磁趁；OC純’：額席定負(fù)況載線須。轉(zhuǎn)花子電哥樞線倦圈有銀負(fù)載肥電流稱時，婦其安愛匝數(shù)(F存)產(chǎn)生鴿的磁息場會鐘導(dǎo)致穿去磁瘋效應(yīng)悔加強(qiáng)學(xué)，氣棉隙磁革密降帖低。OD句’：重遠(yuǎn)載線瓦。電慰機(jī)啟口制動液或故害障情采況時箱；D’港A:回復(fù)渣線。害負(fù)載牛電流倚減為義零時,電樞縫電流母去磁窗效應(yīng)增逐漸慮消除辭，磁鑼場將境沿回密復(fù)線匹退回堅至A；以后療運行怨點將夜由負(fù)驚載線僚與回疾復(fù)線飯