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1、第1章 磁路,1.1 磁場(chǎng)的基本知識(shí),磁通密度或磁感應(yīng)強(qiáng)度 B 單位:特斯拉(T) (magnetic flux density) (magnetic induction) 用于表征磁場(chǎng)的強(qiáng)弱和方向。,磁通量 單位:韋伯(Wb) (magnetic flux) 穿過某一截面積S的磁力線總數(shù),若對(duì)于均勻磁場(chǎng),若B與S垂直,則,磁場(chǎng)強(qiáng)度 H 單位:安培/米 (A/m) (magnetic field strength) 為了分析磁場(chǎng)與電流的依存關(guān)系引入的輔助量,磁動(dòng)勢(shì) MMF 單位:安培 (A) (magnetomotive force),磁鏈 (flux linkage),磁導(dǎo)率 單位:亨利/米

2、(H/m) (permeability) 真空的磁導(dǎo)率 0 、相對(duì)磁導(dǎo)率r 反應(yīng)導(dǎo)磁介質(zhì)導(dǎo)磁性能的物理量,磁場(chǎng)強(qiáng)度和磁感應(yīng)強(qiáng)度均為表征磁場(chǎng)性質(zhì)(即磁場(chǎng)強(qiáng)弱和方向)的兩個(gè)物理量。 由于磁場(chǎng)是電流或者說(shuō)運(yùn)動(dòng)電荷引起的,而磁介質(zhì)(除超導(dǎo)體以外不存在磁絕緣的概念,故一切物質(zhì)均為磁介質(zhì))在磁場(chǎng)中發(fā)生的磁化對(duì)源磁場(chǎng)也有影響(場(chǎng)的迭加原理)。 因此,磁場(chǎng)的強(qiáng)弱可以有兩種表示方法。,B和H的聯(lián)系與區(qū)別:,單獨(dú)由電流或者運(yùn)動(dòng)電荷所引起的磁場(chǎng)(不包括介質(zhì)磁化而產(chǎn)生的磁場(chǎng)時(shí))則用磁場(chǎng)強(qiáng)度H表示,其單位為A/m,是一個(gè)輔助物理量。 在充滿均勻磁介質(zhì)的情況下,若包括介質(zhì)因磁化而產(chǎn)生的磁場(chǎng)在內(nèi)時(shí),用磁感應(yīng)強(qiáng)度B表示,是一

3、個(gè)基本物理量。,在同樣大小的電流作用下,鐵芯線圈的磁通比空心線圈的磁通哪個(gè)大?為什么?,此公式的深刻含義,1.2 基本電磁 (electromagnetic)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,1.2.1 電生磁的基本定律安培環(huán)路定律,沿著任何一條閉合回線L,磁場(chǎng)強(qiáng)度H的線積分等于該閉合回線所包圍的總電流值(代數(shù)和),H,計(jì)算電流代數(shù)和時(shí),與繞行方向符合右手螺旋定則的電流取正號(hào),反之取負(fù)號(hào)。,若閉合磁力線是由N匝線圈電流產(chǎn)生,而且沿閉合磁力線上 H 處處相等,則上式變?yōu)?,1.2.2 磁生電的基本定律法拉第電磁感應(yīng)定律,當(dāng)磁通按正

4、弦規(guī)律變化時(shí),即:,則上式變?yōu)?,磁通與其感應(yīng)電勢(shì)的參考方向,為參考相量,則:,感應(yīng)電勢(shì),磁通與感應(yīng)電勢(shì)的相量圖,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,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,1.2.3 電磁力定律,磁路:磁通所通過的路徑。 是以高導(dǎo)磁性材料構(gòu)成的使磁通被限制在結(jié)構(gòu)所確定的路徑之中的一種結(jié)構(gòu)。 和電流在電路中被導(dǎo)體所限制是極為相似 。,1.2.4 磁路的歐姆定律,鐵心導(dǎo)磁率遠(yuǎn)大于空氣 磁力線幾乎被限定在鐵心規(guī)定的路徑中 鐵心外部的磁力線很少,主磁路:主磁通所通過的路徑。 漏磁路:漏磁通所通過的路徑。,勵(lì)磁線圈:用以激勵(lì)磁路中磁通的載流線圈。,勵(lì)磁電流:勵(lì)磁線圈中的

5、電流。,直流:直流磁路 ,例如:直流電機(jī),交流:交流磁路, 例如:變壓器,主磁通,漏磁通,漏磁通,漏磁通,漏磁通,對(duì)于均勻磁路,定義為磁路的磁阻(reluctance),稱為磁導(dǎo) (permeance),由于與電路的歐姆定律相似,故又稱為磁路的歐姆定律。,磁阻的倒數(shù),根據(jù) 以及磁路的歐姆定律,電感與結(jié)構(gòu)參數(shù)以及磁性材料之間的關(guān)系式,1.2.5 線圈電感,通過任意閉合曲面S 的凈磁通量必定恒為零。 自然界不存在獨(dú)立的磁場(chǎng)源。 磁場(chǎng)中,磁力線通過任意閉合面后必然會(huì)從相反方向再次通過。 磁力線是閉合的!,磁路的基爾霍夫第一定律(磁通連續(xù)性原理),磁路由不同材料或不同長(zhǎng)度和截面積的 n 段組成,則,稱

6、為磁路各段的磁壓降,磁路的基爾霍夫第二定律,作用在任何閉合磁路的總磁動(dòng)勢(shì)恒等于各段磁路磁位降的代數(shù)和。,1.3 常用磁性材料及其特性,1.3.1 鐵磁材料的磁化及磁滯回線,鐵磁材料的磁化(magnetization),磁性材料的磁滯回線 (hysteresis loop),Br 剩磁 residual magnetism,Hc 矯頑力 coercive force,1.3.2 磁化曲線與飽和現(xiàn)象,鐵磁材料與非鐵磁材料的磁化曲線,基本磁化曲線 normal magnitization curve,初始磁化曲線 initial magnitization curve,幾種常見磁性物質(zhì)的磁化曲線,a

7、 鑄鐵 b 鑄鋼 c 硅鋼片,O,0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1.0103,H/(A/m),H/(A/m),1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 103,B/T,a,b,a,c,1.3.3 軟磁材料與硬磁材料,鐵磁材料(ferromagnetic material)的磁滯回線,軟磁材料:磁滯回線窄、剩磁、矯頑力都小,硬磁材料:磁滯回線寬、剩磁、矯頑力都大,1.3.4 鐵磁材料中的鐵耗,為什么電機(jī)中經(jīng)常使用的鐵磁材料是 硅鋼片(silicon steel sheet)?,鐵磁材料的渦流現(xiàn)象,磁滯損耗,渦流損耗,鐵耗,注意 頻率 f,例題: 有一環(huán)形鐵心線圈,其內(nèi)徑為10cm,外徑為15cm,鐵心材料為鑄鋼。 要得到 0.9T 的磁感應(yīng)強(qiáng)度,求: (1)所需勵(lì)磁磁動(dòng)勢(shì)。 (2)如果磁路中含有一個(gè)長(zhǎng)度等于 0.2cm空氣隙,所需勵(lì)磁磁動(dòng)勢(shì)。,(1)鑄鋼鐵心的磁場(chǎng)強(qiáng)度,查鑄鋼的磁化曲線, B=0.9 T 時(shí),磁場(chǎng)強(qiáng)度 H1=770 A/m,解:,磁路的平均總長(zhǎng)度為,勵(lì)磁磁動(dòng)勢(shì),(2)空氣隙的磁場(chǎng)強(qiáng)度,鐵心的平均長(zhǎng)度,對(duì)各段有,總磁通勢(shì)為,通過上述例題,可以得出如下結(jié)論:,(1) 如果要得到相等的磁感應(yīng)強(qiáng)度,采用高磁導(dǎo)率的鐵心材料,可使線圈的用銅量大大降低。,(2) 如果線圈中通有同樣大小的勵(lì)磁電流,要得到相等的磁通,采用磁導(dǎo)率

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