電磁學(xué)的基本知識(shí)與基本定律分析課件

課程考試說(shuō)明：期末考試成績(jī)：65％實(shí)驗(yàn)成績(jī)：15％平時(shí)成績(jī)：20％郵箱：課程考試說(shuō)明：郵箱：1第0章緒論 在現(xiàn)代化工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中，為了實(shí)現(xiàn)各種生產(chǎn)工藝過(guò)程，需要使用各種各樣的生產(chǎn)機(jī)械。拖動(dòng)各種生產(chǎn)機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)，可以采用氣動(dòng)、液壓傳動(dòng)和電力拖動(dòng)。由于電力拖動(dòng)具有控制簡(jiǎn)單，調(diào)節(jié)性能好、損耗小、經(jīng)濟(jì)、能實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離控制和自動(dòng)控制等一系列優(yōu)點(diǎn)，因此大多數(shù)生產(chǎn)機(jī)械均采用電力拖動(dòng)。按照電動(dòng)機(jī)的種類不同，電力拖動(dòng)系統(tǒng)分為直流電力拖動(dòng)系統(tǒng)和交流電力拖動(dòng)系統(tǒng)兩大類。第0章緒論 在現(xiàn)代化工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中，為了實(shí)現(xiàn)各種生產(chǎn)工藝過(guò)2

電機(jī)是利用電磁感應(yīng)原理工作的機(jī)械，它應(yīng)用廣泛，種類繁多，性能各異，分類方法也很多。常見(jiàn)的分類方法為：按功能用途分，可分為發(fā)電機(jī)、電動(dòng)機(jī)、變壓器和控制電機(jī)4大類。按照電機(jī)的結(jié)構(gòu)或轉(zhuǎn)速分類，可分為變壓器和旋轉(zhuǎn)電機(jī)。根據(jù)電源的不同，旋轉(zhuǎn)電機(jī)又分為直流電機(jī)和交流電機(jī)兩大類。交流電機(jī)又分為同步電機(jī)和異步電機(jī)兩類。綜合以上分類方法，可歸納如下： 電機(jī)是利用電磁感應(yīng)原理工作的機(jī)械，它應(yīng)用廣泛，種類繁多，性3電機(jī)的分類按運(yùn)動(dòng)方式分類電機(jī)

電機(jī)的分類按運(yùn)動(dòng)方式分類電機(jī)4直流發(fā)電機(jī)直流電動(dòng)機(jī)直流電機(jī)同步電機(jī)同步發(fā)電機(jī)同步電動(dòng)機(jī)異步發(fā)電機(jī)異步電動(dòng)機(jī)交流電機(jī)異步電機(jī)電機(jī)控制電機(jī)變壓器（也屬交流電機(jī)的一種，但它靜止不動(dòng)）直流發(fā)電機(jī)直流電機(jī)同步電機(jī)同步發(fā)電機(jī)異步發(fā)電機(jī)交流電機(jī)異步電50.1本課程的性質(zhì)、任務(wù)和內(nèi)容

本課程是電氣自動(dòng)化和機(jī)電一體化等專業(yè)的一門專業(yè)基礎(chǔ)課。它是將“電機(jī)學(xué)”、“電力拖動(dòng)”和交直流調(diào)速等課程有機(jī)結(jié)合而成的一門課。

先修課程：大學(xué)物理、電路、電子技術(shù)等。 后續(xù)課程：工廠供電、運(yùn)動(dòng)控制、繼電保護(hù)等。 本課程的任務(wù)是使學(xué)生掌握變壓器、交直流電機(jī)的基本結(jié)構(gòu)和工作原理以及電力拖動(dòng)系統(tǒng)的運(yùn)行性能、基本分析計(jì)算、電機(jī)選擇及試驗(yàn)方法，為學(xué)習(xí)后續(xù)課程和今后的工作打下必要的基礎(chǔ)，同時(shí)也培養(yǎng)學(xué)生在電機(jī)及電力拖動(dòng)方面分析和解決問(wèn)題的能力。

0.1本課程的性質(zhì)、任務(wù)和內(nèi)容 先修課程：大學(xué)物理、電路6

本課程的內(nèi)容有直流電機(jī)，直流電動(dòng)機(jī)的電力拖動(dòng)，變壓器，三相交流異步電動(dòng)機(jī)，三相交流異步電動(dòng)機(jī)的電力拖動(dòng)，電動(dòng)機(jī)的選擇等。 電機(jī)學(xué)及電力拖動(dòng)既是一門理論性很強(qiáng)的技術(shù)基礎(chǔ)課，又具有專業(yè)課的性質(zhì)，涉及的基礎(chǔ)理論和實(shí)際知識(shí)面廣，是電學(xué)、磁學(xué)、動(dòng)力學(xué)、熱學(xué)等學(xué)科知識(shí)的綜合，所以理論性較強(qiáng)。為學(xué)好電機(jī)及電力拖動(dòng)這門課，學(xué)習(xí)時(shí)應(yīng)注意以下幾點(diǎn)： 本課程的內(nèi)容有直流電機(jī)，直流電動(dòng)機(jī)的電力拖動(dòng)，變壓器，三相71.注意共性問(wèn)題

電機(jī)種類繁多，各具特性，但就其內(nèi)部電磁關(guān)系耦合過(guò)程和機(jī)電能量轉(zhuǎn)換關(guān)系，仍有其內(nèi)在聯(lián)系。他們的基本工作原理都是建立在電磁感應(yīng)定律和電磁力定律基礎(chǔ)上的；他們的能量轉(zhuǎn)換都是以磁場(chǎng)為媒介，其電磁關(guān)系可抽象為電路參數(shù)，得出基本方程式和等值電路，這是共性方面。1.注意共性問(wèn)題82.注意課程主線

在學(xué)習(xí)中應(yīng)將變壓器、交流電機(jī)、直流電機(jī)的相似性有機(jī)地統(tǒng)一起來(lái)，注意課程內(nèi)容的內(nèi)在聯(lián)系，形成學(xué)習(xí)本課程鮮明的主線，只要學(xué)好了變壓器，對(duì)交流機(jī)和直流機(jī)的內(nèi)容就比較容易掌握了。2.注意課程主線93.注意理論聯(lián)系實(shí)際

理論聯(lián)系實(shí)際，注重做好本課程開(kāi)設(shè)的相關(guān)實(shí)驗(yàn)，立足于學(xué)會(huì)使用各類電機(jī)，在實(shí)驗(yàn)中學(xué)習(xí)解決實(shí)際問(wèn)題的方法，注意培養(yǎng)解決工程實(shí)際問(wèn)題的能力。要站在應(yīng)用的角度看電機(jī)，把電機(jī)視為拖動(dòng)系統(tǒng)中的一個(gè)器件來(lái)學(xué)習(xí)，不宜過(guò)多地耗時(shí)于電機(jī)的內(nèi)部電磁關(guān)系。3.注意理論聯(lián)系實(shí)際10第1章電磁學(xué)的基本知識(shí)

與基本定律第1章電磁學(xué)的基本知識(shí)

與基本定律11第1章預(yù)備知識(shí)

-----電磁學(xué)的基本知識(shí)與基本定律

本章內(nèi)容:電磁學(xué)的基本知識(shí)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)基爾霍夫電壓定律（KVL）1.2磁場(chǎng)的基本知識(shí)第1章預(yù)備知識(shí)

-----電磁學(xué)的基本知識(shí)與基本定律

本章12電機(jī)中的三大物理量:

電、磁、機(jī)械（機(jī)電能量轉(zhuǎn)換）電：以“路”的形式出現(xiàn)，線圈（繞組）構(gòu)成電路，較熟；電路：電流流過(guò)的路徑我們稱之為電路。磁：以“場(chǎng)”的形式出現(xiàn)，本科階段一般以磁路進(jìn)行分析；磁路：磁力線所經(jīng)過(guò)的路徑稱為磁路。機(jī)：機(jī)械能，電機(jī)中與之相關(guān)的有轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速等。

電機(jī)中的三大物理量:

電、磁、機(jī)械（機(jī)電能量轉(zhuǎn)換）131.1電路的基本定律2．基爾霍夫電流定律:在電路任意一個(gè)節(jié)點(diǎn)處，電流的代數(shù)和恒等于零。流入某一節(jié)點(diǎn)的電流和等于流出該節(jié)點(diǎn)的電流和。3．基爾霍夫電壓定律:電路中任一回路內(nèi)各段電壓的代數(shù)和恒等于零。(1-1)(1-2)3.歐姆定律：電路上的電壓降u等于流過(guò)該電路的電流i與電路的電阻R的乘積。1.1電路的基本定律2．基爾霍夫電流定律:在電路任意一個(gè)節(jié)點(diǎn)14圖1.1磁力線與電流之間的右螺旋關(guān)系1.2.1磁感應(yīng)強(qiáng)度(或磁通密度)B 磁場(chǎng)是由電流產(chǎn)生的。描述磁場(chǎng)強(qiáng)弱及方向的物理量是磁感應(yīng)強(qiáng)度B。為了形象地描繪磁場(chǎng)，采用磁感應(yīng)線或稱磁力線，磁力線是無(wú)頭無(wú)尾的閉合曲線。圖1.1中畫出了直線電流，圓電流及螺線管電流產(chǎn)生的磁力線。通常把穿過(guò)某一截面S的磁力線根數(shù)被稱為磁感應(yīng)強(qiáng)度，用磁通

來(lái)表示。在均勻磁場(chǎng)中，把單位面積內(nèi)的磁通量稱為磁通密度B，且有圖1.1磁力線與電流之間的右螺旋關(guān)系1.2.1磁感應(yīng)強(qiáng)度(15 磁感應(yīng)強(qiáng)度B與產(chǎn)生它的電流之間的關(guān)系用畢奧—薩伐爾定律描述，磁力線的方向與電流的方向滿足右手螺旋關(guān)系，如圖1.1_1所示。圖1.1_1磁力線與電流的右手螺旋關(guān)系 磁感應(yīng)強(qiáng)度B與產(chǎn)生它的電流之間的關(guān)系用畢奧—薩伐爾定律描述161.2.2磁感應(yīng)通量(或磁通) 穿過(guò)某一截面面的磁感應(yīng)強(qiáng)度B的通量，即穿過(guò)截面S的磁力線根數(shù)稱為磁感應(yīng)通量，簡(jiǎn)稱磁通。用表示。即B為單位截面積上的磁通，稱為磁通密度，簡(jiǎn)稱磁密，在電機(jī)和變壓器中常采用磁密。在國(guó)際單位制中，的單位名稱為韋[伯]單位符號(hào)Wb，B的單位名稱為[特斯拉]，單位符號(hào)T，lT＝lWb／m2。(1-3)1.2.2磁感應(yīng)通量(或磁通) 穿過(guò)某一截面面的磁感17 在均勻磁場(chǎng)中，如果截面S與B垂直，如圖0.3所示，則上式變?yōu)閳D0.3均勻磁場(chǎng)中的磁通 在均勻磁場(chǎng)中，如果截面S與B垂直，如圖0.3所示，則上式變181.2.3磁場(chǎng)強(qiáng)度H 磁場(chǎng)強(qiáng)度H是為建立電流與由其產(chǎn)生的磁場(chǎng)之間的數(shù)量關(guān)系而引入的物理量，其方向與B相同，其大小與B之間相差一個(gè)導(dǎo)磁介質(zhì)的磁導(dǎo)率 磁導(dǎo)率是反映導(dǎo)磁介質(zhì)導(dǎo)磁性能的物理量，磁導(dǎo)率越大的介質(zhì)，其導(dǎo)磁性能越好。磁導(dǎo)率的單位是H／m(亨/米)。 國(guó)際單位制中磁場(chǎng)強(qiáng)度H的單位名稱為安[培]／米，單位符號(hào)A／m。1.2.3磁場(chǎng)強(qiáng)度H 磁場(chǎng)強(qiáng)度H是為建立電流與由其產(chǎn)生19磁場(chǎng)強(qiáng)度和方向由載流導(dǎo)體產(chǎn)生的磁場(chǎng)大小可用磁場(chǎng)強(qiáng)度H來(lái)表示，磁力線的方向與電流的方向滿足右手螺旋關(guān)系。如圖所示，假定在一根導(dǎo)體中通以電流i，則在導(dǎo)體周圍空間的某一平面上產(chǎn)生的磁場(chǎng)強(qiáng)度H為磁場(chǎng)強(qiáng)度和方向20如果載流導(dǎo)體是匝數(shù)為N的線圈（如圖1-2），則上式可表示為（1-2）如果載流導(dǎo)體是匝數(shù)為N的線圈（如圖1-2），21真空的磁導(dǎo)率0=4×10-7H/m。鐵磁材料磁導(dǎo)率>>0

，例如鑄鋼的約為0的1000倍，各種硅鋼片的約為0的6000一7000倍。鐵磁材料包括鐵、鈷、鎳及其合金。除此之外所有材料統(tǒng)稱為非鐵磁材料。非鐵磁材料的磁導(dǎo)率接近與真空的磁導(dǎo)率

0H與B的區(qū)別①H∝I，與介質(zhì)的性質(zhì)無(wú)關(guān)。②

B與電流的大小和介質(zhì)的性質(zhì)均有關(guān)。鐵芯的增磁（增磁通）功能真空的磁導(dǎo)率0=4×10-7H/m。鐵磁材料磁導(dǎo)率>22電磁學(xué)的基本知識(shí)與基本定律分析課件23磁勢(shì)：磁鏈：磁勢(shì)：磁鏈：241.3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

(1-7)若閉合磁力線上處處相等,則上式變?yōu)?1.3基本電磁定律電生磁的基本定律——安培環(huán)路定律1.325全電流定律(安培環(huán)路定律)

全電流定律（安培環(huán)路定律）：磁場(chǎng)強(qiáng)度沿任意的閉合路徑的線積分等于閉合路徑包圍的導(dǎo)體電流的代數(shù)和。(1-7)

式中，電流方向與閉合回路環(huán)繞方向符合右手螺旋關(guān)系時(shí)為正，反之為負(fù)，這就是全電流定律。它是電機(jī)中磁路計(jì)算的理論基礎(chǔ)。電流是產(chǎn)生磁場(chǎng)的源。全電流定律(安培環(huán)路定律) 全電流定律（安培環(huán)路定律）：磁場(chǎng)26電磁學(xué)的基本知識(shí)與基本定律分析課件27電磁學(xué)的基本知識(shí)與基本定律分析課件281.3.2磁生電的基本定律——法拉第電磁感應(yīng)定律 無(wú)論何種原因當(dāng)與線圈交鏈的磁鏈Ψ隨時(shí)間變化時(shí)，線圈中將感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)e。e的大小等于線圈所交鏈的磁鏈對(duì)時(shí)間的變化率，e的方向應(yīng)符合楞次定律，即若該電動(dòng)勢(shì)產(chǎn)生一個(gè)電流，此電流產(chǎn)生的磁通將反對(duì)線圈中磁鏈的變化。若規(guī)定感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的正方向與磁通的正方向符合右手螺旋關(guān)系，則電磁感應(yīng)定律的數(shù)學(xué)描述可表示為：N為線圈的匝數(shù)，為穿過(guò)線圈的磁通。e的方向從低電位指向高電位。注意，只有線圈的磁通與電勢(shì)符合右手螺旋關(guān)系，上式才取負(fù)號(hào)。(1-9)1.3.2磁生電的基本定律——法拉第電磁感應(yīng)定律 無(wú)論何291如果假定電壓和電流的正方向如圖所示，由右手螺旋關(guān)系可確定磁通的正方向。的方向。

2已知磁通的正方向，由右手螺旋關(guān)系可確定感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的正方向（感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)e1所產(chǎn)生的電流分量與圖中電流i1的方向相同）?？芍藭r(shí)電動(dòng)勢(shì)e1在A點(diǎn)為低電位、X點(diǎn)為高電位（e1的方向從低電位指向高電位）所以電動(dòng)勢(shì)e1的正方向如圖所示。兩次右手螺旋規(guī)則確定感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的正方向圖1.2磁通與其感應(yīng)電勢(shì)的正方向假定1如果假定電壓和電流的正方向如圖所示，由右手螺旋關(guān)系可確定30變壓器電動(dòng)勢(shì)與運(yùn)動(dòng)電動(dòng)勢(shì)研究一個(gè)最簡(jiǎn)單的、以磁場(chǎng)作為耦合場(chǎng)的機(jī)電裝置--電磁鐵，如圖所示。磁路的磁通隨電流的變化（設(shè)距離不變，則電流變磁動(dòng)勢(shì)變磁鏈變）和可動(dòng)部分的移動(dòng)（位置變磁阻變磁鏈變）而變化。所以感應(yīng)電勢(shì)變壓器電動(dòng)勢(shì)運(yùn)動(dòng)電動(dòng)勢(shì)變壓器電動(dòng)勢(shì)與運(yùn)動(dòng)電動(dòng)勢(shì)研究一個(gè)最簡(jiǎn)單的、以磁場(chǎng)作為耦合場(chǎng)的311.變壓器電動(dòng)勢(shì)若線圈不動(dòng)，穿過(guò)線圈的磁通隨時(shí)間變化，則線圈中的電動(dòng)勢(shì)稱為變壓器電動(dòng)勢(shì)，見(jiàn)圖0.8圖0.8變壓器電動(dòng)勢(shì)1.變壓器電動(dòng)勢(shì)若線圈不動(dòng)，穿過(guò)線圈的磁通隨時(shí)間變化，32電磁學(xué)的基本知識(shí)與基本定律分析課件33(1-9)當(dāng)磁通按正弦規(guī)律變化時(shí)，即:則上式變?yōu)?若取為參考相量，則：(1-11)變壓器電勢(shì)：圖1.3磁通與感應(yīng)電勢(shì)的相量圖(1-9)當(dāng)磁通按正弦規(guī)律變化時(shí)，即:則上式變?yōu)?若取34(1-6)圖1.4感應(yīng)電勢(shì)與磁場(chǎng)、導(dǎo)體運(yùn)動(dòng)速度之間的右手定則速度電勢(shì)：(1-6)圖1.4感應(yīng)電勢(shì)與磁場(chǎng)、導(dǎo)體運(yùn)動(dòng)速度之間的右手35運(yùn)動(dòng)電動(dòng)勢(shì)(速度電勢(shì))若磁場(chǎng)恒定，構(gòu)成線圈的導(dǎo)體切割磁力線，使線圈交鏈的磁鏈隨時(shí)間變化，導(dǎo)體中的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)稱為運(yùn)動(dòng)電動(dòng)勢(shì)。若磁力線、導(dǎo)體和運(yùn)動(dòng)方向三者互相垂直，則導(dǎo)體中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的大小為導(dǎo)體所在處的磁通密度B與導(dǎo)體切割磁力線的有效長(zhǎng)度l及導(dǎo)體相對(duì)磁場(chǎng)運(yùn)動(dòng)的線速度v三者之積。即e=－Blv。感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的方向由右手定則確定。注：該公式要求導(dǎo)體及其運(yùn)動(dòng)方向均與磁密方向垂直，而且在導(dǎo)體長(zhǎng)度l上各點(diǎn)的磁密相等。運(yùn)動(dòng)電動(dòng)勢(shì)(速度電勢(shì))若磁場(chǎng)恒定，構(gòu)成線圈的導(dǎo)體切割磁力36(1-7)圖1.5通電導(dǎo)體產(chǎn)生的電磁力與電流、磁場(chǎng)之間的左手定則1.3.3電磁力定律(1-7)圖1.5通電導(dǎo)體產(chǎn)生的電磁力與電流、磁場(chǎng)之間的37 載流導(dǎo)體在磁場(chǎng)中要受到力的作用，該力被稱為電磁力。其大小在導(dǎo)體與磁力線相垂直時(shí)等于導(dǎo)體所在處磁場(chǎng)的磁通密度B與導(dǎo)體有效長(zhǎng)度l及導(dǎo)體中的電流i三者乘積，即f=Bli。電磁力的方向由左手定則確定。 在旋轉(zhuǎn)電機(jī)中，作用在轉(zhuǎn)子載流導(dǎo)體上的電磁力將使轉(zhuǎn)子受到—個(gè)力矩(等于力乘轉(zhuǎn)子半徑r)，即電磁轉(zhuǎn)矩。電磁轉(zhuǎn)矩是電機(jī)實(shí)現(xiàn)機(jī)電能量轉(zhuǎn)換的重要物理量。 載流導(dǎo)體在磁場(chǎng)中要受到力的作用，該力被稱為電磁力。其大小在38對(duì)于均勻磁路：式中，定義為磁路的磁阻。磁阻的倒數(shù):又稱為磁導(dǎo)。1.3.4磁路的歐姆定律由于式(1-17)與電路的歐姆定律相似,故又稱為磁路的歐姆定律。(1-17)圖1.6變壓器的簡(jiǎn)單磁路對(duì)于均勻磁路：式中，定義為磁路的磁阻。磁阻的倒數(shù):又稱為磁39（單位：A/Wb）（單位：Wb/A）則可得到磁路的歐姆定律：或（單位：A/Wb）（單位：Wb/A）則可得到磁路的歐姆定40 磁路的歐姆定律：磁路中的磁通等于作用在該磁路上的磁動(dòng)勢(shì)F除以磁路的磁阻Rm。 其中磁路磁阻Rm＝l/

S，亦即磁阻與磁路長(zhǎng)度l成正比，與磁路的磁導(dǎo)率及磁路截面積S成反比。電路的串并聯(lián)規(guī)律同樣可以應(yīng)用。若磁路由n段磁路串聯(lián)構(gòu)成，則總的磁路磁阻Rm＝Rm1十Rm2十…十Rmn磁材料的磁導(dǎo)率通常不是常數(shù)，所以由鐵磁材料構(gòu)成的磁路的磁阻和磁導(dǎo)通常也不是常數(shù)，它隨磁通密度大小的變化而具有不同的數(shù)值，這種情況稱為磁路的非線性。 磁路的歐姆定律：磁路中的磁通等于作用在該磁路上的磁動(dòng)勢(shì)F41分段均勻磁路的歐姆定律δδ帶氣隙的鐵心磁路分段均勻磁路的歐姆定律δδ帶氣隙的鐵心磁路422．磁路的基爾霍夫第一定律 由于磁力線是閉合線，因此，對(duì)任一封閉面而言，穿入的磁通必等于穿出的磁通，這就是磁通連續(xù)性原理。對(duì)有分支的磁路而言，在磁通匯合處的封閉面上磁通的代數(shù)和等于零。(0.6)進(jìn)入或穿出任一封閉面的總磁通量的代數(shù)和等于零，或穿入任一封閉面的磁通量恒等于穿出該封閉面的磁通量。2．磁路的基爾霍夫第一定律 由于磁力線是閉合線，因此，對(duì)任一43圖0.6有分支磁路在圖0.6中有(0.7)圖0.6有分支磁路在圖0.6中有(0.7)443．磁路的基爾霍夫第二定律 在磁路計(jì)算中，若構(gòu)成磁路的各部分有不同的材料和截面，則應(yīng)將磁路分段．每段有相同材料和截面，其B，相同。每段磁路上磁場(chǎng)強(qiáng)度H與磁路長(zhǎng)度l的乘積Hl稱為該段磁路的磁壓降，將全電流定律應(yīng)用到任一閉合磁路上，則有(0.8) 即沿任一閉合磁路，磁壓降的代數(shù)和等于磁動(dòng)勢(shì)的代數(shù)和。磁動(dòng)勢(shì)與環(huán)繞方向符合右手螺旋關(guān)系取正，、H與環(huán)繞方向一致取正，否則取負(fù)。3．磁路的基爾霍夫第二定律 在磁路計(jì)算中，若構(gòu)成磁路的各部分45任一閉合磁路上磁動(dòng)勢(shì)的代數(shù)和恒等于磁壓降的代數(shù)和。回路①：H1l1+H3l3=N1i1回路②：-H2l2-H3l3=-N2i2回路③：H1l1-H2l2=N1i1-N2i2ΣF=ΣNi=ΣHl=ΣΦRm任一閉合磁路上磁動(dòng)勢(shì)的代數(shù)和恒等于磁壓降的代數(shù)和46磁路的計(jì)算總的來(lái)說(shuō)可分為兩種類型，第一類．是由已知滋路中的磁通或磁感應(yīng)強(qiáng)度求磁路的磁動(dòng)勢(shì)；第二類恰相反，是由已知的磁動(dòng)勢(shì)求磁路中的磁通或磁感應(yīng)強(qiáng)度。由于磁路的非線性(mFe不是常數(shù))，第二類問(wèn)題無(wú)法直接求解，多采用試探法，即先假定磁通為某一數(shù)值，按照第一類的步驟求出相應(yīng)的磁通勢(shì)，但一般結(jié)果不會(huì)恰等于給定值．可根據(jù)其差額重新再假定一個(gè)磁通值，重作上述計(jì)算，如此逐步試探，直至計(jì)算結(jié)果與給定值的差額小于所要求的精確度為止；或根據(jù)幾次試探的結(jié)果，畫出-NI曲線，再由給定的NI值，從曲線上查出待求的值。mFe不是常數(shù)磁路的計(jì)算總的來(lái)說(shuō)可分為兩種類型，第一類．是由已知滋路中的磁47對(duì)無(wú)分支磁路的第一類問(wèn)題，可按下列步驟進(jìn)行計(jì)算：①將磁路分成若干段，要求每一段都是均勻的（即截面相等、材料相同），再根據(jù)磁路尺寸計(jì)算各段的截面積和平均長(zhǎng)度；②根據(jù)給定的磁通，由B=φ/A=計(jì)算各段的磁通密度；③根據(jù)各段的磁通密度求對(duì)應(yīng)的磁場(chǎng)強(qiáng)度——對(duì)鐵磁材料可利用其基本磁化曲線或相應(yīng)的表格查?。粚?duì)非磁性材料由公式H=B/μ0；④根據(jù)各段的磁場(chǎng)強(qiáng)度H和平均長(zhǎng)度l，計(jì)算各段磁壓降Hl；⑤根據(jù)磁路的基爾霍夫第二定律求出所需磁勢(shì)F=Ni=ΣHl。對(duì)無(wú)分支磁路的第一類問(wèn)題，可按下列步驟進(jìn)行計(jì)算：48δδ帶氣隙的鐵心磁路鐵磁材料查磁化曲線對(duì)無(wú)分支磁路的第一類問(wèn)題，可按下列步驟進(jìn)行計(jì)算：δδ帶氣隙的鐵心磁路鐵磁材料查磁化曲線對(duì)無(wú)分支磁路的第一類問(wèn)49對(duì)于有分支磁路的計(jì)算，可按下列步驟進(jìn)行：

①根據(jù)磁路的材料和截面等對(duì)磁路進(jìn)行分段，并計(jì)算各段的截面積和平均長(zhǎng)度；②根據(jù)給定的磁通，假定磁路各部分的磁勢(shì)及磁通的正方向；③列出磁路基爾霍夫第一、二定律的方程式；④根據(jù)各段磁路的材料、截面積和磁通等，分別計(jì)算各段的B、H及Hl；⑤根據(jù)所列方程式求出磁勢(shì)。對(duì)于有分支磁路的計(jì)算，可按下列步驟進(jìn)行：50例1

圖示磁路是由兩塊鑄鋼鐵心及它們之間的一段空氣隙構(gòu)成。各部分尺寸為：l0/2=0.5cm，l1=30cm，l2=12cm，A0=A1=10cm2，

A2=8cm2。線圈中的電流為直流電流。今要求在空氣隙處的磁感應(yīng)強(qiáng)度達(dá)到B0=1T，問(wèn)需要多大的磁通勢(shì)？

解：(1)磁路中的磁通=B0A0=1×0.001Wb=0.001Wb(2)各段磁路的磁感應(yīng)強(qiáng)度

B0=1TB1==T=1TA10.0010.001例1圖示磁路是由兩塊鑄鋼鐵心及它們之間的一段空氣隙構(gòu)成。51B2==T=1.25TA20.0010.0008(3)各段磁路的磁場(chǎng)強(qiáng)度由磁化曲線查得：

H1

=9.2A/cmH2

=14A/cmH0==A/mB0014×10－7=796000A/m=7960A/cmB2==T52(4)各段磁路的磁位差

Um0

=H0l0

=7960×1A=7960AUm1

=H1l1=9.2×30A=276AUm2

=H2l2=14×12A=168A(5)磁通勢(shì)F

=Um0＋Um2＋Um2=(7960＋276＋168)A=8404A(4)各段磁路的磁位差Um0=H0l053

【例2】

圖示磁路由硅鋼制成。磁通勢(shì)F1=N1I1=F2=N2I2，線圈的繞向及各量的方向如圖所示。磁路左右對(duì)稱，具體尺寸為：A1=A2=8cm2，l1=l2=30cm，A3=20cm2，l3=10cm。若已知3=0.002Wb，問(wèn)兩個(gè)線圈的磁通勢(shì)各是多少？解：由磁路基爾霍夫定律可得3－2－1=0

Um1＋Um3=F1Um2＋Um3=F2已知：F1=F2，l1=l2

可得：Um1=

Um2【例2】圖示磁路由硅鋼制成。磁通勢(shì)F154即H1l1=H2l2

H1=

H2因此B1=

B21=2

由于1=2=320.0022=Wb=0.001Wb所以B1==T=1.25T

1A10.0018×10－4即H1l1=H2l21=55B3==T=1T

3A30.00220×10－4由磁化曲線查得：

H1

=6.5A/cmH3

=3A/cm最后求得F1=F2

=Um1＋Um3=H1l1＋H3l3=(6.5×30＋3×10)A=225AB3==56第二類恰相反，是由已知的磁動(dòng)勢(shì)求磁路中的磁通或磁感應(yīng)強(qiáng)度。由于磁路的非線性(mFe不是常數(shù))，第二類問(wèn)題無(wú)法直接求解，多采用試探法，即先假定磁通為某一數(shù)值，按照第一類的步驟求出相應(yīng)的磁通勢(shì)，但一般結(jié)果不會(huì)恰等于給定值．可根據(jù)其差額重新再假定一個(gè)磁通值，重作上述計(jì)算，如此逐步試探，直至計(jì)算結(jié)果與給定值的差額小于所要求的精確度為止；或根據(jù)幾次試探的結(jié)果，畫出-NI曲線，再由給定的NI值，從曲線上查出待求的值。mFe不是常數(shù)第二類恰相反，是由已知的磁動(dòng)勢(shì)求磁路中的磁通或磁感應(yīng)強(qiáng)度。由57例3疊片系數(shù)：簡(jiǎn)單地說(shuō)就是變壓器疊片鐵芯的有效面積系數(shù)，疊片系數(shù)越高，鐵芯的有效面積越大，使磁通密度減少，損耗降低；在制造過(guò)程中，硅鋼片搭片、錯(cuò)片、毛刺、彎曲等缺陷會(huì)導(dǎo)致疊片系數(shù)降低，從而導(dǎo)致變壓器性能降低，嚴(yán)重的如過(guò)大的毛刺會(huì)使片間短路，鐵心的渦流損耗增加。例3疊片系數(shù)：簡(jiǎn)單地說(shuō)就是變壓器疊片鐵芯的有效面積系數(shù)，疊片58電磁學(xué)的基本知識(shí)與基本定律分析課件59例1.1注意：例1.1忽略了鐵磁材料的磁阻.磁導(dǎo)率無(wú)窮大例1.1注意：例1.1忽略了鐵磁材料的磁阻.磁導(dǎo)率無(wú)窮大60可見(jiàn)，磁路與電路，其物理量和基本定律有一一對(duì)應(yīng)的關(guān)系。

電路磁路基本物理量及公式單位基本物理量及公式單位電流iA磁通Wb電動(dòng)勢(shì)eV磁動(dòng)勢(shì)FA電壓降uV磁壓降Rm＝HlA電阻R＝ρl/S磁阻Rm＝l/

S1/H電導(dǎo)g＝1/RS磁導(dǎo)H歐姆定律i=u/RAWb基爾霍夫第一定律∑i=0∑=0基爾霍夫第二定律∑u=0∑F=∑Hl=∑Rm表0.1磁路與電路的對(duì)比可見(jiàn)，磁路與電路，其物理量和基本定律有一一對(duì)應(yīng)的關(guān)系。電61

注意：盡管磁路和電路在物理量和基本定律上有一一對(duì)應(yīng)的關(guān)系，但是，磁路和電路仍有本質(zhì)的區(qū)別：1）電路中可以有電動(dòng)勢(shì)而無(wú)電流，磁路中有磁動(dòng)勢(shì)必有磁通2）電路中有電流就有功率損耗，而在恒磁通下，磁路中無(wú)損耗3）在電路中可以認(rèn)為電流全部在導(dǎo)線中流通，導(dǎo)線外沒(méi)有電流；在磁路中，則沒(méi)有絕對(duì)的磁絕緣體，除了鐵心中的磁通外，實(shí)際上總有一部分漏磁通散布在周圍空氣中4）電路中電阻率在一定溫度下恒定不變，而由于鐵磁材料構(gòu)成的磁路中，磁導(dǎo)率是隨著磁密而變化的，所以磁導(dǎo)率不是一個(gè)常數(shù)。5)對(duì)線性電路，計(jì)算時(shí)可以應(yīng)用疊加原理，但對(duì)于鐵心磁路，飽和時(shí)磁路為非線性，計(jì)算時(shí)不能應(yīng)用疊加原理。 所以磁路與電路僅是一種數(shù)學(xué)形式上的類似，而不是物理本質(zhì)的相似。注意：盡管磁路和電路在物理量和基本定律上有一一對(duì)應(yīng)的關(guān)系62磁鏈：穿過(guò)線圈的磁通形成磁鏈磁鏈與穿過(guò)線圈的電流成正比：系數(shù)L稱電感，所以電感定義如下：一個(gè)線圈通過(guò)單位電流所形成的磁鏈叫該線圈的電感。電感與線圈匝數(shù)的平方成正比，與磁場(chǎng)介質(zhì)的磁導(dǎo)率成正比，而與線圈所加的電壓、電流或頻率無(wú)關(guān)。N——線圈匝數(shù)Λm——自感磁通所經(jīng)磁路的磁導(dǎo)1.3.5線圈電感磁鏈：穿過(guò)線圈的磁通形成磁鏈電感與線圈匝數(shù)的平方成正63鐵心線圈的自感要比空心線圈的大得多；鐵心線圈的電感不是常數(shù)，當(dāng)磁路飽和程度增加時(shí)，自感下降。電磁學(xué)的基本知識(shí)與基本定律分析課件64線圈1和線圈2的匝數(shù)分別為N1和N2，由線圈1中的電流i1產(chǎn)生的磁通21交鏈線圈2，則線圈1對(duì)線圈2的互感系數(shù)為M21為互感N1----線圈1的匝數(shù)N2----線圈2的匝數(shù)Λm----互感磁通所經(jīng)磁路的磁導(dǎo)互感的大小與兩線圈匝數(shù)的乘積和互感磁通所經(jīng)磁路的磁導(dǎo)成正比。線圈1和線圈2的匝數(shù)分別為N1和N2，由線圈1中的電流i1產(chǎn)65能量守恒定律 電機(jī)是電能傳遞或機(jī)電能量轉(zhuǎn)換的機(jī)械，在能量傳遞或轉(zhuǎn)換過(guò)程中電機(jī)自身消耗的功率稱為損耗。穩(wěn)態(tài)運(yùn)行時(shí)，必然存在輸入功率P1等于輸出功率P2與所有損耗∑p之和。P1=P2+∑p電機(jī)中的能量損耗包括：銅耗pCu(導(dǎo)體中電流產(chǎn)生電阻損耗I2R)鐵耗pFe(磁滯損耗和渦流損耗)機(jī)械損耗pmec、附加損耗pad∑p＝pCu＋pFe＋pmec＋pad能量守恒定律 電機(jī)是電能傳遞或機(jī)電能量轉(zhuǎn)換的機(jī)械，在能量傳遞661.4常用磁性材料及其特性1.4.1鐵磁材料的磁化及磁滯回線圖1.10鐵磁材料的磁化圖1.11磁性材料的磁滯回線1.4常用磁性材料及其特性1.4.1鐵磁材料的磁化及磁滯67導(dǎo)磁材料及其特性由電磁感應(yīng)原理可知，通過(guò)磁場(chǎng)的作用可以產(chǎn)生電或力，因此各種電機(jī)的工作原理離不開(kāi)磁場(chǎng)和磁性材料，磁性材料是構(gòu)成各種電機(jī)的關(guān)鍵材料。人們發(fā)現(xiàn)自然界有的材料具有導(dǎo)磁的特性，稱為導(dǎo)磁材料。而沒(méi)有導(dǎo)磁特性的稱為非導(dǎo)磁材料。B-H曲線磁性材料的磁場(chǎng)強(qiáng)度H與磁通密度B存在一定的關(guān)系，其關(guān)系用圖形表示稱為B-H曲線，也稱為磁化曲線，是表示磁性材料最基本的特性。

導(dǎo)磁材料及其特性681.真空磁導(dǎo)率在真空中，磁場(chǎng)強(qiáng)度H與磁通密度B成正比關(guān)系，即真空磁導(dǎo)率

0≈410-7H/m

1.真空磁導(dǎo)率真空磁導(dǎo)率69非導(dǎo)磁材料，比如銅、鋁、橡膠和空氣等，具有與真空相近的磁導(dǎo)率，因此在這些材料中，磁場(chǎng)強(qiáng)度H與磁通密度B的關(guān)系可用圖1-6中的B-H曲線來(lái)表示。非導(dǎo)磁材料，比如銅、鋁、橡膠和空氣等，具有與70鐵磁材料為了提高材料的導(dǎo)磁能力，人們?cè)趯で笞匀徊牧系耐瑫r(shí)，通過(guò)人工合成的辦法獲得各種高導(dǎo)磁材料。鐵磁材料（包括鐵、鈷、鎳以及它們的合金）具有比真空大數(shù)百倍到數(shù)千倍的磁導(dǎo)率，因此常作為電機(jī)的磁性材料。鐵磁材料的主要特性如下：

1.B-H曲線的飽和非線性由于鐵磁材料的磁化特性是非線性的，通常用B-H曲線來(lái)表示。鐵磁材料71磁化曲線基本上可分為四段：1開(kāi)始磁化時(shí)，外磁場(chǎng)較弱，磁通密度增加得不快，如Oa段所示。2隨著外磁場(chǎng)的增強(qiáng)，材料內(nèi)部大量磁畸開(kāi)始轉(zhuǎn)向，趨向于外磁場(chǎng)方向，此時(shí)B值增加得很快，如ab段所示。3若外磁場(chǎng)繼續(xù)增加，大部分磁疇已趨向外磁場(chǎng)方向，可轉(zhuǎn)向的磁疇越來(lái)越少，B值增加越來(lái)越慢，如bc段所示，這種現(xiàn)象稱為飽和。圖1.12鐵磁材料與非鐵磁材料的磁化曲線圖1.12鐵磁材料與非鐵磁材料的磁化曲線磁化曲線基本上可分為四段：1開(kāi)始磁化時(shí)，外磁場(chǎng)較弱，磁通密724達(dá)到飽和以后，磁化曲線基本上成為與非鐵磁材料的B＝0

H特性相平行的直線，如cd段所示。 磁化曲線開(kāi)始拐彎的點(diǎn)(b點(diǎn))，稱為膝點(diǎn)。設(shè)計(jì)電機(jī)和變壓器時(shí)，為使主磁路內(nèi)得到較大的磁通量而又不過(guò)分增大勵(lì)磁磁動(dòng)勢(shì)，通常把鐵心內(nèi)的工作磁通密度選肄在膝點(diǎn)附近。由此可見(jiàn)，不但不同的磁性材料存不同的磁導(dǎo)率、同—材料當(dāng)其磁通密度不同時(shí)．亦有不同的磁導(dǎo)率。圖1.12鐵磁材料與非鐵磁材料的磁化曲線圖1.12鐵磁材料與非鐵磁材料的磁化曲線圖1.12鐵磁材料與非鐵磁材料的磁化曲線圖1.12鐵73

在oa段：當(dāng)H增大→B增大，但B增大速度較慢；

在bc段：B隨H增大的速度又較慢；

在cd段：為磁飽和區(qū)（又呈直線段）。其中，a點(diǎn)稱為跗點(diǎn)；拐彎點(diǎn)b稱為膝點(diǎn)；c點(diǎn)為飽和點(diǎn)。

過(guò)了飽和點(diǎn)c，鐵磁材料的磁導(dǎo)率趨近μ0。

在ab段：當(dāng)H增大→B增大，B增大速度快；圖1.12鐵磁材料與非鐵磁材料的磁化曲線在oa段：當(dāng)H增大→B增大，但B增大速度較慢74鐵磁材料的磁導(dǎo)率

Fe

Fe>>μ0

Fe不是常數(shù)，隨B的變化而變化存在磁飽和現(xiàn)象：當(dāng)鐵磁材料中的B達(dá)到一定的程度后，隨著H的增加，B的增加逐漸變慢，因此

Fe隨著H的增加而減小。鐵磁材料的磁導(dǎo)率Fe752．磁滯特性及其損耗以上討論了鐵磁材料的單向磁化過(guò)程，但是被磁化的鐵磁材料在去除外磁場(chǎng)后仍然會(huì)保留一定的磁性，不能恢復(fù)到磁化前的初始狀態(tài)。鐵磁材料呈現(xiàn)的這種磁通密度B變化滯后于外磁場(chǎng)H的變化的現(xiàn)象被稱為磁滯特性。如果鐵磁材料處于周期性交變磁場(chǎng)中，其磁化特性如圖1-8所示，B-H曲線呈現(xiàn)封閉性，稱為磁滯回線。2．磁滯特性及其損耗76對(duì)于同一種鐵磁材料，選擇不同的磁場(chǎng)Hm進(jìn)行反復(fù)磁化，可測(cè)出一系列大小不同的磁滯回線，如圖1-9所示。再將所有磁滯回線在第一象限的頂點(diǎn)連接起來(lái)，所形成的曲線稱為基本磁化曲線或平均磁化曲線?；敬呕€可解決磁滯回線B-H的多值函數(shù)問(wèn)題，在工程中得到廣泛應(yīng)用。對(duì)于同一種鐵磁材料，選擇不同的磁場(chǎng)Hm進(jìn)行反復(fù)磁化77鐵磁材料被反復(fù)磁化時(shí)，B-H曲線不是單值的，是一條磁滯回線。BHOHmBm剩磁－Hm矯頑磁力Br－Hc

－BmHc－Br磁滯回線BHO基本磁化曲線同一個(gè)H值下，有兩個(gè)B值與之對(duì)應(yīng)。當(dāng)H=0時(shí)，B≠0，B=Br，Br稱為剩磁；當(dāng)B=0時(shí)，H≠0，H=Hc，Hc稱為矯頑力。在進(jìn)行磁路計(jì)算時(shí)，為了簡(jiǎn)化計(jì)算，不考慮磁滯現(xiàn)象，而用基本磁化曲線來(lái)表示B與H之間的關(guān)系，故通常所講的鐵磁材料的磁化曲線是指基本磁化曲線。鐵磁材料被反復(fù)磁化時(shí)，B-H曲線不是單值的，是一條磁滯回線。78(1)

硬磁物質(zhì)

B－H曲線寬，Br大、Hc大。用于制造永磁鐵。(2)

軟磁物質(zhì)

B－H曲線窄，Br小、Hc小。用于制造變壓器、電機(jī)等電器的鐵心。(3)矩磁物質(zhì)

B－H曲線形狀接近矩形，Br大、Hc小。用于計(jì)算機(jī)中，作記憶單元。按磁滯回線的不同，磁性物質(zhì)可分為1.4.2軟磁材料與硬磁材料(1)硬磁物質(zhì)按磁滯回線的不同，磁性物質(zhì)可79磁路的材料不同，其導(dǎo)磁性能也不同。鐵磁材料的特點(diǎn)：（1）磁導(dǎo)率不是常數(shù)，磁導(dǎo)率隨著外加磁場(chǎng)的變化而發(fā)生相應(yīng)的變化，存在磁飽和現(xiàn)象。（2）在交變磁場(chǎng)的作用下，存在磁滯和渦流現(xiàn)象，在鐵磁物質(zhì)內(nèi)產(chǎn)生能量損耗，即鐵耗。圖1.13鐵磁材料的磁滯回線磁路的材料不同，其導(dǎo)磁性能也不同。圖1.13鐵磁材料的磁801.4.4鐵磁材料中的鐵耗1.4.4鐵磁材料中的鐵耗81Ch－為磁滯損耗系數(shù)，取決于不同材料的系數(shù)；f－電流交變頻率；Bm

－鐵心中的最大磁通密度；n－與材料及Bm有關(guān)的系數(shù)。對(duì)一般電工鋼片n取1.5～2.5；V－鐵心的體積。正比例于磁滯回線的面積磁滯損耗：鐵磁材料在交變磁場(chǎng)作用下的反復(fù)磁化過(guò)程中，磁疇會(huì)不停轉(zhuǎn)動(dòng)，相互之間會(huì)不斷摩擦，因而就要消耗一定的能量，產(chǎn)生功率損耗。這種損耗稱為磁滯損耗。磁滯損耗的大小與磁滯回線的面積、電流頻率f和鐵心體積V成正比。由于硅鋼片的磁滯回線面積很小，而且導(dǎo)磁性能好。因此，大多數(shù)電機(jī)、變壓器或普通電器的鐵心都采用硅鋼片制成。磁滯損耗:

Ch－為磁滯損耗系數(shù)，取決于不同材料的系數(shù)；f－電流交變頻82由于現(xiàn)在P就是為了建立交變磁場(chǎng)所需的功率，那么其在一個(gè)周期時(shí)間T內(nèi)的平均值也就是鐵心的磁滯損耗，即有（1-20）說(shuō)明，鐵磁材料的磁滯損耗與磁滯回線的面積、電源頻率f，以及鐵心體積V成正比。由此，為了降低磁滯損耗應(yīng)選用磁滯回線面積小的鐵磁材料，并盡量減少鐵心的體積。比如：硅鋼片的磁滯回線面積小，且因磁導(dǎo)率高可減小鐵心體積，常被選用作為電機(jī)和變壓器的鐵心材料。由于現(xiàn)在P就是為了建立交變磁場(chǎng)所需的功率，那83渦流損耗:圖1.14鐵磁材料的渦流現(xiàn)象對(duì)于硅鋼片一類具有導(dǎo)電性的鐵磁材料還有一個(gè)重要特性，即在交變磁場(chǎng)的作用下，鐵心中會(huì)出現(xiàn)渦流，并由此產(chǎn)生渦流損耗。

如圖1.14所示，由于鐵心是導(dǎo)電的，在交變磁通的作用下，根據(jù)電磁感應(yīng)定律，鐵心中將產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，這個(gè)電動(dòng)勢(shì)作用在導(dǎo)體上，就引起電流。這些電流在鐵心內(nèi)部圍繞磁通形成旋渦狀流動(dòng)，故稱為渦流。渦流在鐵心中要產(chǎn)生一定的能量損耗，稱為渦流損耗。渦流損耗:圖1.14鐵磁材料的渦流現(xiàn)象對(duì)于硅鋼片一類具有84渦流與渦流損耗渦流：鐵磁材料在交變磁場(chǎng)將有圍繞磁通呈渦旋狀的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)和電流產(chǎn)生，簡(jiǎn)稱渦流。渦流損耗：渦流在其流通路徑上的等效電阻中產(chǎn)生的I2R損耗稱為渦流損耗。渦流損耗與磁場(chǎng)交變頻率f、厚度d和最大磁感應(yīng)強(qiáng)度Bm的平方成正比，與材料的電阻率成反比。要減少渦流損耗，首先應(yīng)減小厚度，其次是增加渦流回路中的電阻。電工鋼片中加入適量的硅，制成硅鋼片，顯著提高電阻率。渦流與渦流損耗渦流：鐵磁材料在交變磁場(chǎng)將有圍繞磁通呈渦旋狀的85可見(jiàn)在一定f,Bm,V時(shí)減少鋼片厚度，增加渦流回路電阻率可減少渦流損耗。因此電工鋼片多做成0.5mm和0.35mm厚，并加入適當(dāng)硅（4%左右），即可提高電阻率又可使磁滯回線面積縮小。電阻率渦流損耗與磁場(chǎng)頻率f、磁通密度Bm和硅鋼片的厚度成正比；與鐵心的電阻率成反比?？梢?jiàn)在一定f,Bm,V時(shí)減少鋼片厚度，增加渦流回路電阻率可86鐵耗：鐵磁材料在交變磁場(chǎng)作用時(shí)，磁滯損耗和渦流損耗是同時(shí)發(fā)生的。因此，在電機(jī)和變壓器的計(jì)算中，當(dāng)鐵心內(nèi)的磁場(chǎng)為交變磁場(chǎng)時(shí)，常將磁滯損耗和渦流損耗合在一起來(lái)計(jì)算，并統(tǒng)稱為鐵心損耗，簡(jiǎn)稱鐵耗。β－隨硅鋼片含硅量增高而減少的系數(shù)，其數(shù)值范圍為1.2～1.6。G－鐵心重量。CFe－鐵耗系數(shù)。鐵耗：鐵磁材料在交變磁場(chǎng)作用時(shí)，磁滯損耗和渦流損耗是同時(shí)發(fā)生871.4.4永久磁鐵的去磁曲線與各種永磁材料的特點(diǎn)圖1.15永磁電機(jī)的磁路示意圖圖1.16永久磁鐵的去磁曲線各直線說(shuō)明:

空載線OA負(fù)載線OC、OD回復(fù)線1.4.4永久磁鐵的去磁曲線與各種永磁材料的特點(diǎn)圖1.1588圖1.17幾種常用永磁材料的去磁曲線圖1.17幾種常用永磁材料的去磁曲線89電機(jī)中使用的材料導(dǎo)電材料：銅線。構(gòu)成電路。導(dǎo)磁材料：硅鋼片。構(gòu)成磁路。結(jié)構(gòu)材料：鑄鐵、鑄鋼和鋼板。承受力。絕緣材料：聚酯漆、環(huán)氧樹(shù)脂、玻璃絲帶等。用于導(dǎo)體之間和各類構(gòu)件之間的絕緣處理。電機(jī)常用絕緣材料按性能劃分為A、E、B、F、H、C等6個(gè)等級(jí)。如B級(jí)絕緣材料可在130℃下長(zhǎng)期使用，超過(guò)130℃則很快老化，但H級(jí)絕緣材料允許在180℃下長(zhǎng)期使用。電機(jī)中使用的材料導(dǎo)電材料：銅線。構(gòu)成電路。90課程考試說(shuō)明：期末考試成績(jī)：65％實(shí)驗(yàn)成績(jī)：15％平時(shí)成績(jī)：20％郵箱：課程考試說(shuō)明：郵箱：91第0章緒論 在現(xiàn)代化工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中，為了實(shí)現(xiàn)各種生產(chǎn)工藝過(guò)程，需要使用各種各樣的生產(chǎn)機(jī)械。拖動(dòng)各種生產(chǎn)機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)，可以采用氣動(dòng)、液壓傳動(dòng)和電力拖動(dòng)。由于電力拖動(dòng)具有控制簡(jiǎn)單，調(diào)節(jié)性能好、損耗小、經(jīng)濟(jì)、能實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離控制和自動(dòng)控制等一系列優(yōu)點(diǎn)，因此大多數(shù)生產(chǎn)機(jī)械均采用電力拖動(dòng)。按照電動(dòng)機(jī)的種類不同，電力拖動(dòng)系統(tǒng)分為直流電力拖動(dòng)系統(tǒng)和交流電力拖動(dòng)系統(tǒng)兩大類。第0章緒論 在現(xiàn)代化工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中，為了實(shí)現(xiàn)各種生產(chǎn)工藝過(guò)92

電機(jī)是利用電磁感應(yīng)原理工作的機(jī)械，它應(yīng)用廣泛，種類繁多，性能各異，分類方法也很多。常見(jiàn)的分類方法為：按功能用途分，可分為發(fā)電機(jī)、電動(dòng)機(jī)、變壓器和控制電機(jī)4大類。按照電機(jī)的結(jié)構(gòu)或轉(zhuǎn)速分類，可分為變壓器和旋轉(zhuǎn)電機(jī)。根據(jù)電源的不同，旋轉(zhuǎn)電機(jī)又分為直流電機(jī)和交流電機(jī)兩大類。交流電機(jī)又分為同步電機(jī)和異步電機(jī)兩類。綜合以上分類方法，可歸納如下： 電機(jī)是利用電磁感應(yīng)原理工作的機(jī)械，它應(yīng)用廣泛，種類繁多，性93電機(jī)的分類按運(yùn)動(dòng)方式分類電機(jī)

電機(jī)的分類按運(yùn)動(dòng)方式分類電機(jī)94直流發(fā)電機(jī)直流電動(dòng)機(jī)直流電機(jī)同步電機(jī)同步發(fā)電機(jī)同步電動(dòng)機(jī)異步發(fā)電機(jī)異步電動(dòng)機(jī)交流電機(jī)異步電機(jī)電機(jī)控制電機(jī)變壓器（也屬交流電機(jī)的一種，但它靜止不動(dòng)）直流發(fā)電機(jī)直流電機(jī)同步電機(jī)同步發(fā)電機(jī)異步發(fā)電機(jī)交流電機(jī)異步電950.1本課程的性質(zhì)、任務(wù)和內(nèi)容

本課程是電氣自動(dòng)化和機(jī)電一體化等專業(yè)的一門專業(yè)基礎(chǔ)課。它是將“電機(jī)學(xué)”、“電力拖動(dòng)”和交直流調(diào)速等課程有機(jī)結(jié)合而成的一門課。

先修課程：大學(xué)物理、電路、電子技術(shù)等。 后續(xù)課程：工廠供電、運(yùn)動(dòng)控制、繼電保護(hù)等。 本課程的任務(wù)是使學(xué)生掌握變壓器、交直流電機(jī)的基本結(jié)構(gòu)和工作原理以及電力拖動(dòng)系統(tǒng)的運(yùn)行性能、基本分析計(jì)算、電機(jī)選擇及試驗(yàn)方法，為學(xué)習(xí)后續(xù)課程和今后的工作打下必要的基礎(chǔ)，同時(shí)也培養(yǎng)學(xué)生在電機(jī)及電力拖動(dòng)方面分析和解決問(wèn)題的能力。

0.1本課程的性質(zhì)、任務(wù)和內(nèi)容 先修課程：大學(xué)物理、電路96

本課程的內(nèi)容有直流電機(jī)，直流電動(dòng)機(jī)的電力拖動(dòng)，變壓器，三相交流異步電動(dòng)機(jī)，三相交流異步電動(dòng)機(jī)的電力拖動(dòng)，電動(dòng)機(jī)的選擇等。 電機(jī)學(xué)及電力拖動(dòng)既是一門理論性很強(qiáng)的技術(shù)基礎(chǔ)課，又具有專業(yè)課的性質(zhì)，涉及的基礎(chǔ)理論和實(shí)際知識(shí)面廣，是電學(xué)、磁學(xué)、動(dòng)力學(xué)、熱學(xué)等學(xué)科知識(shí)的綜合，所以理論性較強(qiáng)。為學(xué)好電機(jī)及電力拖動(dòng)這門課，學(xué)習(xí)時(shí)應(yīng)注意以下幾點(diǎn)： 本課程的內(nèi)容有直流電機(jī)，直流電動(dòng)機(jī)的電力拖動(dòng)，變壓器，三相971.注意共性問(wèn)題

電機(jī)種類繁多，各具特性，但就其內(nèi)部電磁關(guān)系耦合過(guò)程和機(jī)電能量轉(zhuǎn)換關(guān)系，仍有其內(nèi)在聯(lián)系。他們的基本工作原理都是建立在電磁感應(yīng)定律和電磁力定律基礎(chǔ)上的；他們的能量轉(zhuǎn)換都是以磁場(chǎng)為媒介，其電磁關(guān)系可抽象為電路參數(shù)，得出基本方程式和等值電路，這是共性方面。1.注意共性問(wèn)題982.注意課程主線

在學(xué)習(xí)中應(yīng)將變壓器、交流電機(jī)、直流電機(jī)的相似性有機(jī)地統(tǒng)一起來(lái)，注意課程內(nèi)容的內(nèi)在聯(lián)系，形成學(xué)習(xí)本課程鮮明的主線，只要學(xué)好了變壓器，對(duì)交流機(jī)和直流機(jī)的內(nèi)容就比較容易掌握了。2.注意課程主線993.注意理論聯(lián)系實(shí)際

理論聯(lián)系實(shí)際，注重做好本課程開(kāi)設(shè)的相關(guān)實(shí)驗(yàn)，立足于學(xué)會(huì)使用各類電機(jī)，在實(shí)驗(yàn)中學(xué)習(xí)解決實(shí)際問(wèn)題的方法，注意培養(yǎng)解決工程實(shí)際問(wèn)題的能力。要站在應(yīng)用的角度看電機(jī)，把電機(jī)視為拖動(dòng)系統(tǒng)中的一個(gè)器件來(lái)學(xué)習(xí)，不宜過(guò)多地耗時(shí)于電機(jī)的內(nèi)部電磁關(guān)系。3.注意理論聯(lián)系實(shí)際100第1章電磁學(xué)的基本知識(shí)

與基本定律第1章電磁學(xué)的基本知識(shí)

與基本定律101第1章預(yù)備知識(shí)

-----電磁學(xué)的基本知識(shí)與基本定律

本章內(nèi)容:電磁學(xué)的基本知識(shí)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)基爾霍夫電壓定律（KVL）1.2磁場(chǎng)的基本知識(shí)第1章預(yù)備知識(shí)

-----電磁學(xué)的基本知識(shí)與基本定律

本章102電機(jī)中的三大物理量:

電、磁、機(jī)械（機(jī)電能量轉(zhuǎn)換）電：以“路”的形式出現(xiàn)，線圈（繞組）構(gòu)成電路，較熟；電路：電流流過(guò)的路徑我們稱之為電路。磁：以“場(chǎng)”的形式出現(xiàn)，本科階段一般以磁路進(jìn)行分析；磁路：磁力線所經(jīng)過(guò)的路徑稱為磁路。機(jī)：機(jī)械能，電機(jī)中與之相關(guān)的有轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速等。

電機(jī)中的三大物理量:

電、磁、機(jī)械（機(jī)電能量轉(zhuǎn)換）1031.1電路的基本定律2．基爾霍夫電流定律:在電路任意一個(gè)節(jié)點(diǎn)處，電流的代數(shù)和恒等于零。流入某一節(jié)點(diǎn)的電流和等于流出該節(jié)點(diǎn)的電流和。3．基爾霍夫電壓定律:電路中任一回路內(nèi)各段電壓的代數(shù)和恒等于零。(1-1)(1-2)3.歐姆定律：電路上的電壓降u等于流過(guò)該電路的電流i與電路的電阻R的乘積。1.1電路的基本定律2．基爾霍夫電流定律:在電路任意一個(gè)節(jié)點(diǎn)104圖1.1磁力線與電流之間的右螺旋關(guān)系1.2.1磁感應(yīng)強(qiáng)度(或磁通密度)B 磁場(chǎng)是由電流產(chǎn)生的。描述磁場(chǎng)強(qiáng)弱及方向的物理量是磁感應(yīng)強(qiáng)度B。為了形象地描繪磁場(chǎng)，采用磁感應(yīng)線或稱磁力線，磁力線是無(wú)頭無(wú)尾的閉合曲線。圖1.1中畫出了直線電流，圓電流及螺線管電流產(chǎn)生的磁力線。通常把穿過(guò)某一截面S的磁力線根數(shù)被稱為磁感應(yīng)強(qiáng)度，用磁通

來(lái)表示。在均勻磁場(chǎng)中，把單位面積內(nèi)的磁通量稱為磁通密度B，且有圖1.1磁力線與電流之間的右螺旋關(guān)系1.2.1磁感應(yīng)強(qiáng)度(105 磁感應(yīng)強(qiáng)度B與產(chǎn)生它的電流之間的關(guān)系用畢奧—薩伐爾定律描述，磁力線的方向與電流的方向滿足右手螺旋關(guān)系，如圖1.1_1所示。圖1.1_1磁力線與電流的右手螺旋關(guān)系 磁感應(yīng)強(qiáng)度B與產(chǎn)生它的電流之間的關(guān)系用畢奧—薩伐爾定律描述1061.2.2磁感應(yīng)通量(或磁通) 穿過(guò)某一截面面的磁感應(yīng)強(qiáng)度B的通量，即穿過(guò)截面S的磁力線根數(shù)稱為磁感應(yīng)通量，簡(jiǎn)稱磁通。用表示。即B為單位截面積上的磁通，稱為磁通密度，簡(jiǎn)稱磁密，在電機(jī)和變壓器中常采用磁密。在國(guó)際單位制中，的單位名稱為韋[伯]單位符號(hào)Wb，B的單位名稱為[特斯拉]，單位符號(hào)T，lT＝lWb／m2。(1-3)1.2.2磁感應(yīng)通量(或磁通) 穿過(guò)某一截面面的磁感107 在均勻磁場(chǎng)中，如果截面S與B垂直，如圖0.3所示，則上式變?yōu)閳D0.3均勻磁場(chǎng)中的磁通 在均勻磁場(chǎng)中，如果截面S與B垂直，如圖0.3所示，則上式變1081.2.3磁場(chǎng)強(qiáng)度H 磁場(chǎng)強(qiáng)度H是為建立電流與由其產(chǎn)生的磁場(chǎng)之間的數(shù)量關(guān)系而引入的物理量，其方向與B相同，其大小與B之間相差一個(gè)導(dǎo)磁介質(zhì)的磁導(dǎo)率 磁導(dǎo)率是反映導(dǎo)磁介質(zhì)導(dǎo)磁性能的物理量，磁導(dǎo)率越大的介質(zhì)，其導(dǎo)磁性能越好。磁導(dǎo)率的單位是H／m(亨/米)。 國(guó)際單位制中磁場(chǎng)強(qiáng)度H的單位名稱為安[培]／米，單位符號(hào)A／m。1.2.3磁場(chǎng)強(qiáng)度H 磁場(chǎng)強(qiáng)度H是為建立電流與由其產(chǎn)生109磁場(chǎng)強(qiáng)度和方向由載流導(dǎo)體產(chǎn)生的磁場(chǎng)大小可用磁場(chǎng)強(qiáng)度H來(lái)表示，磁力線的方向與電流的方向滿足右手螺旋關(guān)系。如圖所示，假定在一根導(dǎo)體中通以電流i，則在導(dǎo)體周圍空間的某一平面上產(chǎn)生的磁場(chǎng)強(qiáng)度H為磁場(chǎng)強(qiáng)度和方向110如果載流導(dǎo)體是匝數(shù)為N的線圈（如圖1-2），則上式可表示為（1-2）如果載流導(dǎo)體是匝數(shù)為N的線圈（如圖1-2），111真空的磁導(dǎo)率0=4×10-7H/m。鐵磁材料磁導(dǎo)率>>0

，例如鑄鋼的約為0的1000倍，各種硅鋼片的約為0的6000一7000倍。鐵磁材料包括鐵、鈷、鎳及其合金。除此之外所有材料統(tǒng)稱為非鐵磁材料。非鐵磁材料的磁導(dǎo)率接近與真空的磁導(dǎo)率

0H與B的區(qū)別①H∝I，與介質(zhì)的性質(zhì)無(wú)關(guān)。②

B與電流的大小和介質(zhì)的性質(zhì)均有關(guān)。鐵芯的增磁（增磁通）功能真空的磁導(dǎo)率0=4×10-7H/m。鐵磁材料磁導(dǎo)率>112電磁學(xué)的基本知識(shí)與基本定律分析課件113磁勢(shì)：磁鏈：磁勢(shì)：磁鏈：1141.3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

(1-7)若閉合磁力線上處處相等,則上式變?yōu)?1.3基本電磁定律電生磁的基本定律——安培環(huán)路定律1.3115全電流定律(安培環(huán)路定律)

全電流定律（安培環(huán)路定律）：磁場(chǎng)強(qiáng)度沿任意的閉合路徑的線積分等于閉合路徑包圍的導(dǎo)體電流的代數(shù)和。(1-7)

式中，電流方向與閉合回路環(huán)繞方向符合右手螺旋關(guān)系時(shí)為正，反之為負(fù)，這就是全電流定律。它是電機(jī)中磁路計(jì)算的理論基礎(chǔ)。電流是產(chǎn)生磁場(chǎng)的源。全電流定律(安培環(huán)路定律) 全電流定律（安培環(huán)路定律）：磁場(chǎng)116電磁學(xué)的基本知識(shí)與基本定律分析課件117電磁學(xué)的基本知識(shí)與基本定律分析課件1181.3.2磁生電的基本定律——法拉第電磁感應(yīng)定律 無(wú)論何種原因當(dāng)與線圈交鏈的磁鏈Ψ隨時(shí)間變化時(shí)，線圈中將感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)e。e的大小等于線圈所交鏈的磁鏈對(duì)時(shí)間的變化率，e的方向應(yīng)符合楞次定律，即若該電動(dòng)勢(shì)產(chǎn)生一個(gè)電流，此電流產(chǎn)生的磁通將反對(duì)線圈中磁鏈的變化。若規(guī)定感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的正方向與磁通的正方向符合右手螺旋關(guān)系，則電磁感應(yīng)定律的數(shù)學(xué)描述可表示為：N為線圈的匝數(shù)，為穿過(guò)線圈的磁通。e的方向從低電位指向高電位。注意，只有線圈的磁通與電勢(shì)符合右手螺旋關(guān)系，上式才取負(fù)號(hào)。(1-9)1.3.2磁生電的基本定律——法拉第電磁感應(yīng)定律 無(wú)論何1191如果假定電壓和電流的正方向如圖所示，由右手螺旋關(guān)系可確定磁通的正方向。的方向。

2已知磁通的正方向，由右手螺旋關(guān)系可確定感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的正方向（感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)e1所產(chǎn)生的電流分量與圖中電流i1的方向相同）。可知此時(shí)電動(dòng)勢(shì)e1在A點(diǎn)為低電位、X點(diǎn)為高電位（e1的方向從低電位指向高電位）所以電動(dòng)勢(shì)e1的正方向如圖所示。兩次右手螺旋規(guī)則確定感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的正方向圖1.2磁通與其感應(yīng)電勢(shì)的正方向假定1如果假定電壓和電流的正方向如圖所示，由右手螺旋關(guān)系可確定120變壓器電動(dòng)勢(shì)與運(yùn)動(dòng)電動(dòng)勢(shì)研究一個(gè)最簡(jiǎn)單的、以磁場(chǎng)作為耦合場(chǎng)的機(jī)電裝置--電磁鐵，如圖所示。磁路的磁通隨電流的變化（設(shè)距離不變，則電流變磁動(dòng)勢(shì)變磁鏈變）和可動(dòng)部分的移動(dòng)（位置變磁阻變磁鏈變）而變化。所以感應(yīng)電勢(shì)變壓器電動(dòng)勢(shì)運(yùn)動(dòng)電動(dòng)勢(shì)變壓器電動(dòng)勢(shì)與運(yùn)動(dòng)電動(dòng)勢(shì)研究一個(gè)最簡(jiǎn)單的、以磁場(chǎng)作為耦合場(chǎng)的1211.變壓器電動(dòng)勢(shì)若線圈不動(dòng)，穿過(guò)線圈的磁通隨時(shí)間變化，則線圈中的電動(dòng)勢(shì)稱為變壓器電動(dòng)勢(shì)，見(jiàn)圖0.8圖0.8變壓器電動(dòng)勢(shì)1.變壓器電動(dòng)勢(shì)若線圈不動(dòng)，穿過(guò)線圈的磁通隨時(shí)間變化，122電磁學(xué)的基本知識(shí)與基本定律分析課件123(1-9)當(dāng)磁通按正弦規(guī)律變化時(shí)，即:則上式變?yōu)?若取為參考相量，則：(1-11)變壓器電勢(shì)：圖1.3磁通與感應(yīng)電勢(shì)的相量圖(1-9)當(dāng)磁通按正弦規(guī)律變化時(shí)，即:則上式變?yōu)?若取124(1-6)圖1.4感應(yīng)電勢(shì)與磁場(chǎng)、導(dǎo)體運(yùn)動(dòng)速度之間的右手定則速度電勢(shì)：(1-6)圖1.4感應(yīng)電勢(shì)與磁場(chǎng)、導(dǎo)體運(yùn)動(dòng)速度之間的右手125運(yùn)動(dòng)電動(dòng)勢(shì)(速度電勢(shì))若磁場(chǎng)恒定，構(gòu)成線圈的導(dǎo)體切割磁力線，使線圈交鏈的磁鏈隨時(shí)間變化，導(dǎo)體中的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)稱為運(yùn)動(dòng)電動(dòng)勢(shì)。若磁力線、導(dǎo)體和運(yùn)動(dòng)方向三者互相垂直，則導(dǎo)體中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的大小為導(dǎo)體所在處的磁通密度B與導(dǎo)體切割磁力線的有效長(zhǎng)度l及導(dǎo)體相對(duì)磁場(chǎng)運(yùn)動(dòng)的線速度v三者之積。即e=－Blv。感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的方向由右手定則確定。注：該公式要求導(dǎo)體及其運(yùn)動(dòng)方向均與磁密方向垂直，而且在導(dǎo)體長(zhǎng)度l上各點(diǎn)的磁密相等。運(yùn)動(dòng)電動(dòng)勢(shì)(速度電勢(shì))若磁場(chǎng)恒定，構(gòu)成線圈的導(dǎo)體切割磁力126(1-7)圖1.5通電導(dǎo)體產(chǎn)生的電磁力與電流、磁場(chǎng)之間的左手定則1.3.3電磁力定律(1-7)圖1.5通電導(dǎo)體產(chǎn)生的電磁力與電流、磁場(chǎng)之間的127 載流導(dǎo)體在磁場(chǎng)中要受到力的作用，該力被稱為電磁力。其大小在導(dǎo)體與磁力線相垂直時(shí)等于導(dǎo)體所在處磁場(chǎng)的磁通密度B與導(dǎo)體有效長(zhǎng)度l及導(dǎo)體中的電流i三者乘積，即f=Bli。電磁力的方向由左手定則確定。 在旋轉(zhuǎn)電機(jī)中，作用在轉(zhuǎn)子載流導(dǎo)體上的電磁力將使轉(zhuǎn)子受到—個(gè)力矩(等于力乘轉(zhuǎn)子半徑r)，即電磁轉(zhuǎn)矩。電磁轉(zhuǎn)矩是電機(jī)實(shí)現(xiàn)機(jī)電能量轉(zhuǎn)換的重要物理量。 載流導(dǎo)體在磁場(chǎng)中要受到力的作用，該力被稱為電磁力。其大小在128對(duì)于均勻磁路：式中，定義為磁路的磁阻。磁阻的倒數(shù):又稱為磁導(dǎo)。1.3.4磁路的歐姆定律由于式(1-17)與電路的歐姆定律相似,故又稱為磁路的歐姆定律。(1-17)圖1.6變壓器的簡(jiǎn)單磁路對(duì)于均勻磁路：式中，定義為磁路的磁阻。磁阻的倒數(shù):又稱為磁129（單位：A/Wb）（單位：Wb/A）則可得到磁路的歐姆定律：或（單位：A/Wb）（單位：Wb/A）則可得到磁路的歐姆定130 磁路的歐姆定律：磁路中的磁通等于作用在該磁路上的磁動(dòng)勢(shì)F除以磁路的磁阻Rm。 其中磁路磁阻Rm＝l/

S，亦即磁阻與磁路長(zhǎng)度l成正比，與磁路的磁導(dǎo)率及磁路截面積S成反比。電路的串并聯(lián)規(guī)律同樣可以應(yīng)用。若磁路由n段磁路串聯(lián)構(gòu)成，則總的磁路磁阻Rm＝Rm1十Rm2十…十Rmn磁材料的磁導(dǎo)率通常不是常數(shù)，所以由鐵磁材料構(gòu)成的磁路的磁阻和磁導(dǎo)通常也不是常數(shù)，它隨磁通密度大小的變化而具有不同的數(shù)值，這種情況稱為磁路的非線性。 磁路的歐姆定律：磁路中的磁通等于作用在該磁路上的磁動(dòng)勢(shì)F131分段均勻磁路的歐姆定律δδ帶氣隙的鐵心磁路分段均勻磁路的歐姆定律δδ帶氣隙的鐵心磁路1322．磁路的基爾霍夫第一定律 由于磁力線是閉合線，因此，對(duì)任一封閉面而言，穿入的磁通必等于穿出的磁通，這就是磁通連續(xù)性原理。對(duì)有分支的磁路而言，在磁通匯合處的封閉面上磁通的代數(shù)和等于零。(0.6)進(jìn)入或穿出任一封閉面的總磁通量的代數(shù)和等于零，或穿入任一封閉面的磁通量恒等于穿出該封閉面的磁通量。2．磁路的基爾霍夫第一定律 由于磁力線是閉合線，因此，對(duì)任一133圖0.6有分支磁路在圖0.6中有(0.7)圖0.6有分支磁路在圖0.6中有(0.7)1343．磁路的基爾霍夫第二定律 在磁路計(jì)算中，若構(gòu)成磁路的各部分有不同的材料和截面，則應(yīng)將磁路分段．每段有相同材料和截面，其B，相同。每段磁路上磁場(chǎng)強(qiáng)度H與磁路長(zhǎng)度l的乘積Hl稱為該段磁路的磁壓降，將全電流定律應(yīng)用到任一閉合磁路上，則有(0.8) 即沿任一閉合磁路，磁壓降的代數(shù)和等于磁動(dòng)勢(shì)的代數(shù)和。磁動(dòng)勢(shì)與環(huán)繞方向符合右手螺旋關(guān)系取正，、H與環(huán)繞方向一致取正，否則取負(fù)。3．磁路的基爾霍夫第二定律 在磁路計(jì)算中，若構(gòu)成磁路的各部分135任一閉合磁路上磁動(dòng)勢(shì)的代數(shù)和恒等于磁壓降的代數(shù)和?；芈发伲篐1l1+H3l3=N1i1回路②：-H2l2-H3l3=-N2i2回路③：H1l1-H2l2=N1i1-N2i2ΣF=ΣNi=ΣHl=ΣΦRm任一閉合磁路上磁動(dòng)勢(shì)的代數(shù)和恒等于磁壓降的代數(shù)和136磁路的計(jì)算總的來(lái)說(shuō)可分為兩種類型，第一類．是由已知滋路中的磁通或磁感應(yīng)強(qiáng)度求磁路的磁動(dòng)勢(shì)；第二類恰相反，是由已知的磁動(dòng)勢(shì)求磁路中的磁通或磁感應(yīng)強(qiáng)度。由于磁路的非線性(mFe不是常數(shù))，第二類問(wèn)題無(wú)法直接求解，多采用試探法，即先假定磁通為某一數(shù)值，按照第一類的步驟求出相應(yīng)的磁通勢(shì)，但一般結(jié)果不會(huì)恰等于給定值．可根據(jù)其差額重新再假定一個(gè)磁通值，重作上述計(jì)算，如此逐步試探，直至計(jì)算結(jié)果與給定值的差額小于所要求的精確度為止；或根據(jù)幾次試探的結(jié)果，畫出-NI曲線，再由給定的NI值，從曲線上查出待求的值。mFe不是常數(shù)磁路的計(jì)算總的來(lái)說(shuō)可分為兩種類型，第一類．是由已知滋路中的磁137對(duì)無(wú)分支磁路的第一類問(wèn)題，可按下列步驟進(jìn)行計(jì)算：①將磁路分成若干段，要求每一段都是均勻的（即截面相等、材料相同），再根據(jù)磁路尺寸計(jì)算各段的截面積和平均長(zhǎng)度；②根據(jù)給定的磁通，由B=φ/A=計(jì)算各段的磁通密度；③根據(jù)各段的磁通密度求對(duì)應(yīng)的磁場(chǎng)強(qiáng)度——對(duì)鐵磁材料可利用其基本磁化曲線或相應(yīng)的表格查?。粚?duì)非磁性材料由公式H=B/μ0；④根據(jù)各段的磁場(chǎng)強(qiáng)度H和平均長(zhǎng)度l，計(jì)算各段磁壓降Hl；⑤根據(jù)磁路的基爾霍夫第二定律求出所需磁勢(shì)F=Ni=ΣHl。對(duì)無(wú)分支磁路的第一類問(wèn)題，可按下列步驟進(jìn)行計(jì)算：138δδ帶氣隙的鐵心磁路鐵磁材料查磁化曲線對(duì)無(wú)分支磁路的第一類問(wèn)題，可按下列步驟進(jìn)行計(jì)算：δδ帶氣隙的鐵心磁路鐵磁材料查磁化曲線對(duì)無(wú)分支磁路的第一類問(wèn)139對(duì)于有分支磁路的計(jì)算，可按下列步驟進(jìn)行：

①根據(jù)磁路的材料和截面等對(duì)磁路進(jìn)行分段，并計(jì)算各段的截面積和平均長(zhǎng)度；②根據(jù)給定的磁通，假定磁路各部分的磁勢(shì)及磁通的正方向；③列出磁路基爾霍夫第一、二定律的方程式；④根據(jù)各段磁路的材料、截面積和磁通等，分別計(jì)算各段的B、H及Hl；⑤根據(jù)所列方程式求出磁勢(shì)。對(duì)于有分支磁路的計(jì)算，可按下列步驟進(jìn)行：140例1

圖示磁路是由兩塊鑄鋼鐵心及它們之間的一段空氣隙構(gòu)成。各部分尺寸為：l0/2=0.5cm，l1=30cm，l2=12cm，A0=A1=10cm2，

A2=8cm2。線圈中的電流為直流電流。今要求在空氣隙處的磁感應(yīng)強(qiáng)度達(dá)到B0=1T，問(wèn)需要多大的磁通勢(shì)？

解：(1)磁路中的磁通=B0A0=1×0.001Wb=0.001Wb(2)各段磁路的磁感應(yīng)強(qiáng)度

B0=1TB1==T=1TA10.0010.001例1圖示磁路是由兩塊鑄鋼鐵心及它們之間的一段空氣隙構(gòu)成。141B2==T=1.25TA20.0010.0008(3)各段磁路的磁場(chǎng)強(qiáng)度由磁化曲線查得：

H1

=9.2A/cmH2

=14A/cmH0==A/mB0014×10－7=796000A/m=7960A/cmB2==T142(4)各段磁路的磁位差

Um0

=H0l0

=7960×1A=7960AUm1

=H1l1=9.2×30A=276AUm2

=H2l2=14×12A=168A(5)磁通勢(shì)F

=Um0＋Um2＋Um2=(7960＋276＋168)A=8404A(4)各段磁路的磁位差Um0=H0l0143

【例2】

圖示磁路由硅鋼制成。磁通勢(shì)F1=N1I1=F2=N2I2，線圈的繞向及各量的方向如圖所示。磁路左右對(duì)稱，具體尺寸為：A1=A2=8cm2，l1=l2=30cm，A3=20cm2，l3=10cm。若已知3=0.002Wb，問(wèn)兩個(gè)線圈的磁通勢(shì)各是多少？解：由磁路基爾霍夫定律可得3－2－1=0

Um1＋Um3=F1Um2＋Um3=F2已知：F1=F2，l1=l2

可得：Um1=

Um2【例2】圖示磁路由硅鋼制成。磁通勢(shì)F1144即H1l1=H2l2

H1=

H2因此B1=

B21=2

由于1=2=320.0022=Wb=0.001Wb所以B1==T=1.25T

1A10.0018×10－4即H1l1=H2l21=145B3==T=1T

3A30.00220×10－4由磁化曲線查得：

H1

=6.5A/cmH3

=3A/cm最后求得F1=F2

=Um1＋Um3=H1l1＋H3l3=(6.5×30＋3×10)A=225AB3==146第二類恰相反，是由已知的磁動(dòng)勢(shì)求磁路中的磁通或磁感應(yīng)強(qiáng)度。由于磁路的非線性(mFe不是常數(shù))，第二類問(wèn)題無(wú)法直接求解，多采用試探法，即先假定磁通為某一數(shù)值，按照第一類的步驟求出相應(yīng)的磁通勢(shì)，但一般結(jié)果不會(huì)恰等于給定值．可根據(jù)其差額重新再假定一個(gè)磁通值，重作上述計(jì)算，如此逐步試探，直至計(jì)算結(jié)果與給定值的差額小于所要求的精確度為止；或根據(jù)幾次試探的結(jié)果，畫出-NI曲線，再由給定的NI值，從曲線上查出待求的值。mFe不是常數(shù)第二類恰相反，是由已知的磁動(dòng)勢(shì)求磁路中的磁通或磁感應(yīng)強(qiáng)度。由147例3疊片系數(shù)：簡(jiǎn)單地說(shuō)就是變壓器疊片鐵芯的有效面積系數(shù)，疊片系數(shù)越高，鐵芯的有效面積越大，使磁通密度減少，損耗降低；在制造過(guò)程中，硅鋼片搭片、錯(cuò)片、毛刺、彎曲等缺陷會(huì)導(dǎo)致疊片系數(shù)降低，從而導(dǎo)致變壓器性能降低，嚴(yán)重的如過(guò)大的毛刺會(huì)使片間短路，鐵心的渦流損耗增加。例3疊片系數(shù)：簡(jiǎn)單地說(shuō)就是變壓器疊片鐵芯的有效面積系數(shù)，疊片148電磁學(xué)的基本知識(shí)與基本定律分析課件149例1.1注意：例1.1忽略了鐵磁材料的磁阻.磁導(dǎo)率無(wú)窮大例1.1注意：例1.1忽略了鐵磁材料的磁阻.磁導(dǎo)率無(wú)窮大150可見(jiàn)，磁路與電路，其物理量和基本定律有一一對(duì)應(yīng)的關(guān)系。

電路磁路基本物理量及公式單位基本物理量及公式單位電流iA磁通Wb電動(dòng)勢(shì)eV磁動(dòng)勢(shì)FA電壓降uV磁壓降Rm＝HlA電阻R＝ρl/S磁阻Rm＝l/

S1/H電導(dǎo)g＝1/RS磁導(dǎo)H歐姆定律i=u/RAWb基爾霍夫第一定律∑i=0∑=0基爾霍夫第二定律∑u=0∑F=∑Hl=∑Rm表0.1磁路與電路的對(duì)比可見(jiàn)，磁路與電路，其物理量和基本定律有一一對(duì)應(yīng)的關(guān)系。電151

注意：盡管磁路和電路在物理量和基本定律上有一一對(duì)應(yīng)的關(guān)系，但是，磁路和電路仍有本質(zhì)的區(qū)別：1）電路中可以有電動(dòng)勢(shì)而無(wú)電流，磁路中有磁動(dòng)勢(shì)必有磁通2）電路中有電流就有功率損耗，而在恒磁通下，磁路中無(wú)損耗3）在電路中可以認(rèn)為電流全部在導(dǎo)線中流通，導(dǎo)線外沒(méi)有電流；在磁路中，則沒(méi)有絕對(duì)的磁絕緣體，除了鐵心中的磁通外，實(shí)際上總有一部分漏磁通散布在周圍空氣中4）電路中電阻率在一定溫度下恒定不變，而由于鐵磁材料構(gòu)成的