第章電磁學(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)

與基本定律從能量來看，電機(jī)是一種機(jī)電能量轉(zhuǎn)換裝置。電動(dòng)機(jī)借助于電磁場(chǎng)將輸入的電能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能輸出。發(fā)電機(jī)由原動(dòng)機(jī)提供動(dòng)力借助于內(nèi)部電磁場(chǎng)對(duì)輸入的機(jī)械能轉(zhuǎn)換為電能輸出。因此必須了解電磁場(chǎng)的基本知識(shí)和基本定律。本書中主要采取路的分析方法；通過將磁路問題轉(zhuǎn)換為電路問題獲得有關(guān)電機(jī)的等效電路（模型），然后借助于等效電路對(duì)電機(jī)的性能進(jìn)行分析和計(jì)算。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。一.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）二.磁場(chǎng)的基本知識(shí)磁通密度（簡稱磁密）或磁感應(yīng)強(qiáng)度)單位:特斯拉T圖1.1磁力線與電流之間的右螺旋關(guān)系1.磁通密度B右手螺旋定則磁感應(yīng)強(qiáng)度B用來描述磁場(chǎng)的強(qiáng)弱。是一個(gè)矢量。其方向判別采用右手螺旋定則，分為通電導(dǎo)體和通電螺線管的方向判別兩種。即磁力線的方向就是磁感應(yīng)強(qiáng)度的方向。2.磁通量磁場(chǎng)的強(qiáng)弱也可以用磁力線的疏密來表示。穿過某一截面S的磁力線總數(shù)或者磁感應(yīng)強(qiáng)度的通量稱為磁通量。即：

單位：Wb，韋伯

若對(duì)于均勻磁場(chǎng)，若B與S垂直，則

3.磁場(chǎng)強(qiáng)度H

是表征磁場(chǎng)性質(zhì)的一個(gè)基本物理量，是一個(gè)矢量。磁導(dǎo)率反映了磁性材料的導(dǎo)磁能力。真空的磁導(dǎo)率一般而言鐵磁材料

4.磁勢(shì)：5.磁鏈：三.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.電生磁的基本定律——安培環(huán)路定律

若閉合磁力線上處處相等,則上式變?yōu)?

描述通電導(dǎo)體所產(chǎn)生的磁場(chǎng)與導(dǎo)體內(nèi)部電流之間的關(guān)系。在穩(wěn)恒磁場(chǎng)中，磁場(chǎng)強(qiáng)度H沿任何閉合路徑的線積分，等于這閉合路徑所包圍的各個(gè)電流的代數(shù)和。這個(gè)結(jié)論稱為安培環(huán)路定理。2.磁生電的基本定律——法拉第電磁感應(yīng)定律電磁感應(yīng)現(xiàn)象：變化的磁場(chǎng)會(huì)產(chǎn)生電場(chǎng)，使導(dǎo)體中產(chǎn)生感應(yīng)電勢(shì)，這就是電磁感應(yīng)現(xiàn)象。感應(yīng)電勢(shì)和磁場(chǎng)之間符合法拉第電磁感應(yīng)定律。在電機(jī)中，電磁感應(yīng)現(xiàn)象主要表現(xiàn)在以下兩個(gè)方面：線圈中磁通變化時(shí)，線圈中產(chǎn)生感應(yīng)電勢(shì)，稱為感應(yīng)電勢(shì)，或者變壓器電勢(shì)。導(dǎo)體與磁場(chǎng)有相對(duì)運(yùn)動(dòng)，導(dǎo)體切割磁力線時(shí)，導(dǎo)體內(nèi)產(chǎn)生感應(yīng)電勢(shì)，稱為切割電勢(shì)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：圖1.2磁通與其感應(yīng)電勢(shì)的正方向假定(符合右手螺旋關(guān)系）變壓器電勢(shì)：右手螺旋關(guān)系實(shí)際上規(guī)定了磁通和感應(yīng)電勢(shì)的參考方向圖1.3磁通與感應(yīng)電勢(shì)的相量圖圖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)：的證明在右手螺旋關(guān)系的參考方向規(guī)定下，電動(dòng)勢(shì)e1和方向始終相反故有公式通電導(dǎo)體在磁場(chǎng)中所受的電磁力、電流與磁場(chǎng)之間的左手定則3.電磁力定律4.磁路的歐姆定律圖1.6變壓器的簡單磁路對(duì)于均勻磁路：式中，定義為磁路的磁阻。稱為該磁路的磁導(dǎo)。由于上式與電路的歐姆定律相似,故又稱為磁路的歐姆定律。磁路：如同電路是電流所經(jīng)過的路徑一樣，磁通所經(jīng)過的路徑稱為磁路。磁路的組成：磁路通常由高導(dǎo)磁性的磁性材料組成，通過磁路將磁通約束在特定的路徑中。從公式可以看出：磁路的磁阻與磁路的結(jié)構(gòu)尺寸以及采用的磁性材料密切相關(guān)。根據(jù)和式磁路的歐姆定律得：上式給出了電感與結(jié)構(gòu)參數(shù)以及磁性材料之間的關(guān)系式。5.線圈電感（反映線圈的導(dǎo)磁能力）在有線圈的磁路中，通常把單位電流所產(chǎn)生的磁鏈定義為線圈的電感注意：空心電感線圈的電感是一個(gè)常數(shù)。而帶有鐵心的線圈其電感不是一個(gè)常數(shù)。四.常用磁性材料及其特性在電機(jī)和變壓器中，磁路是由鐵磁材料組成的。鐵磁材料一般采用鐵或鐵與鈷（gu）、鎢、鎳和鋁等組成的合金材料。電機(jī)（變壓器）都是以磁場(chǎng)為媒介實(shí)現(xiàn)機(jī)電能量的轉(zhuǎn)換或變換。為了減小電機(jī)磁路中的磁阻，以獲得一定勵(lì)磁磁勢(shì)下較強(qiáng)的磁場(chǎng)，從而降低電機(jī)或變壓器的體積和成本，因此一方面在電機(jī)中廣泛使用導(dǎo)磁性能良好的鐵磁材料；另一方面充分利用已有鐵磁材料的特性并選擇合適的工作點(diǎn)也很重要。鐵磁材料具有三個(gè)顯著特點(diǎn)：高導(dǎo)磁性、磁滯性和磁飽和性。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為什么鐵磁材料具有很強(qiáng)的導(dǎo)磁性能？磁滯性2.磁化粥曲線盈與飽物和現(xiàn)窄象圖1.卷12鐵磁布材料紅與非疏鐵磁豬材料庫的磁絡(luò)化曲羞線對(duì)于象鐵磁獎(jiǎng)材料暴，當(dāng)漲外加喬磁場(chǎng)H增加衛(wèi)到一笛定數(shù)爺值時(shí)包，所嗽產(chǎn)生廳的磁聞場(chǎng)Ｂ鄉(xiāng)豐將增潑加緩兄慢，匙這種夠現(xiàn)象漆稱為磁飽刑和性。結(jié)論：磁飽析和性攤現(xiàn)象鐵表明難：鐵劈燕磁材腳料組弱成的鳥磁路核為非跨線性津磁路符。其禮磁導(dǎo)碎率μ隨激朵勵(lì)的鄉(xiāng)豐變化蓄而改免變。野相應(yīng)晃的等胃效電蒜感Ｌ法減小鬼。磁遷路越倍飽和飾，磁身導(dǎo)率μ越低渴，磁血導(dǎo)Λ和等謹(jǐn)效電焦感Ｌ晝?cè)叫?jiān)。應(yīng)用魄：鑒嘩于磁霜飽和訴性特爸點(diǎn)，套同時(shí)英考慮聽鐵心姓的利磨用率顫，為鑼確保病不增絕加勵(lì)芽磁磁忠勢(shì)而勢(shì)獲得譜最大胞的磁蠟通，肯通常株把電災(zāi)機(jī)或隔變壓遼器的欺工作凍點(diǎn)選躁在磁拜化曲觸線的竿膝點(diǎn)趴附近示。3.軟磁提材料網(wǎng)與硬粉磁材購料圖1.恢13鐵磁重材料摔的磁巷滯回?cái)【€4.鐵磁稅材料冤中的墳鐵耗圖1.電14鐵磁鴿材料箱的渦欣流現(xiàn)渾象磁滯紀(jì)損耗:渦流尸損耗:鐵耗:想一姿想，倉回答憂下列咐問題鞋：1.電機(jī)事中涉熟及那荷些基蘆本電于磁定悉律？我試說良明它儉們?cè)诙㈦姍C(jī)份中的威作用組？2.電機(jī)概和變用壓器匯中存費(fèi)在哪拉兩種巡壽電動(dòng)河勢(shì)？供各自毀的成爽因是女什么竄？3.永久站磁鐵愈和軟丑磁材泄料的帳磁滯粱回線旦有何躍不同蒸？