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)

與基本定律電機(jī)是實(shí)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(chǎng)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(chǎng)的抽象性，增加了該課程的難度第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)：在電路節(jié)點(diǎn)上基爾霍夫電壓定律（KVL）：在閉合回路中1.2磁場(chǎng)的基本知識(shí)通電導(dǎo)體周圍會(huì)產(chǎn)生磁場(chǎng)，磁場(chǎng)是一個(gè)矢量。用磁通密度（簡(jiǎn)稱磁密）或磁感應(yīng)強(qiáng)度)B描述磁場(chǎng)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(chǎng)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(diǎn)的切線方向表示磁感應(yīng)強(qiáng)度B的方向。通過該點(diǎn)垂直于B的單位面積的磁感應(yīng)線數(shù)目等于該點(diǎn)B的大小。磁力線方向：N→S電流與所產(chǎn)生的磁場(chǎng)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(duì)于均勻磁場(chǎng)，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?chǎng)強(qiáng)度H

(1-2)介質(zhì)中某點(diǎn)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(huì)在周圍介質(zhì)中產(chǎn)生磁場(chǎng)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(huì)因?yàn)榻橘|(zhì)的磁導(dǎo)率不同而有很大的不同！在磁路計(jì)算中，為了計(jì)算上的方便，還引入磁場(chǎng)強(qiáng)度H這一輔助物理量。它表示在磁場(chǎng)中，若充滿不同的介質(zhì)，不同質(zhì)點(diǎn)處的H是相同的，與介質(zhì)無關(guān)；但B會(huì)因?yàn)榻橘|(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(duì)磁導(dǎo)率為矽鋼材料的相對(duì)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(dòng)勢(shì)：磁鏈：在電路中，電流I是由電動(dòng)勢(shì)E產(chǎn)生的；在磁路中，磁通Φ是由磁動(dòng)勢(shì)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(duì)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(chǎng)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(duì)磁場(chǎng)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(duì)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(gè)磁路的線積分就等于每段磁路磁場(chǎng)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(gè)磁路上的磁動(dòng)勢(shì)(磁動(dòng)勢(shì)的單位：安匝)。對(duì)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(jì)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(shì)輕的正肅方向標(biāo)假定電動(dòng)徹機(jī)慣躺例設(shè)久定的僅參考犧方向變壓碎器電梁勢(shì)：能在趕線圈校中產(chǎn)宜生感僵應(yīng)電勇動(dòng)勢(shì)承只有毯兩種滑情況悉：一、舟繞組深和磁貢場(chǎng)無添相對(duì)魔位置懂運(yùn)動(dòng)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(dòng)勢(shì)—變壓潔器電讀動(dòng)勢(shì)皇；二、密繞組蠶和磁借場(chǎng)間碌有相會(huì)對(duì)位把置運(yùn)童動(dòng)，托繞組步中的乏導(dǎo)線克切割呈磁場(chǎng)留而產(chǎn)爪生感犯應(yīng)電商動(dòng)勢(shì)—切割你電動(dòng)廟勢(shì)。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(chǎng)反笛抗原顯來磁駁通量Φ的變?cè)椿⒖加⒄筋~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(jià)則確它定e的參考方向襪。分析：當(dāng)dФ/dt>0時(shí),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(duì)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(shí),e產(chǎn)生案的Ф應(yīng)該懸與原來儲(chǔ)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(hào)惡。1.達(dá)3.惱2磁生靈電的基繡本定癥律—法拉評(píng)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(shí)，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(shì)：(1易-4驢)ω=2πf圖1.瓣3磁通Φ(t客)超前感應(yīng)拜電勢(shì)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(shì)榮與磁侵場(chǎng)、平導(dǎo)體團(tuán)運(yùn)動(dòng)昏速度刷之間貫的右朱手定丙則設(shè)磁遼場(chǎng)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(shì)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(shì)：(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(chǎng)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(jiǎn)單綱磁路通電蹲導(dǎo)體某在磁借場(chǎng)中造受到臘磁場(chǎng)提對(duì)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(duì)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(lì)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(lì)單位評(píng)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(píng)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(chǎng)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(dòng)謠勢(shì)F的大部小和脈方向勉，使弓磁場(chǎng)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(chǔ)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(chǎng)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(diǎn)（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(chǎng)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(huì)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(shí)，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(dòng)勢(shì)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(diǎn)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(shì)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(diǎn)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(shí)，拔它所使提供練的H以及B也不徒盡相紡?fù)?。Br：永詳磁體俱初始忘最大小磁密誕；OB源’：電李機(jī)空別載時(shí)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(shí)，婦其安愛匝數(shù)(F存)產(chǎn)生鴿的磁息場(chǎng)會(huì)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(dòng)液或故害障情采況時(shí)箱；D’港A:回復(fù)渣線。害負(fù)載牛電流倚減為義零時(shí),電樞縫電流母去磁窗效應(yīng)增逐漸慮消除辭，磁鑼場(chǎng)將境沿回密復(fù)線匹退回堅(jiān)至A；以后療運(yùn)行怨點(diǎn)將夜由負(fù)驚載線僚與回疾復(fù)線飯