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1、第第 1 1 章章 磁磁 路路1.1 磁场的基本物理量1.2 物质的磁性能1.3 磁路的基本定律1.4 铁心线圈电路1.1 磁场的基本物理量1.2 物质的磁性能1.3 磁路的基本定律1.4 铁心线圈电路返回主页电机与拖动11.1 磁场的基本物理量电流的磁场第 1 章 磁 路直导线电流的磁场线圈 电流的磁场右手螺旋 定 则大拇指方向表示导线电流方向四指回转方向表示磁感线方向四指回转方向表示线圈电流方向大拇指方向表示线圈内部磁感线方向ii21. 磁通单位：Wb2. 磁感应强度 B单位：T在均匀磁场中：B = A Wb/m2 3. 磁场强度 H单位：A/m1.1 磁场的基本物理量 磁通密度30 =
2、4107 H / m B H = H 与 B 的区别 H I，与介质的性质无关。 B 与电流的大小和介质的性质均有关。4. 磁导率 单位：H / m 真空中的磁导率:1.1 磁场的基本物理量41.2 物质的磁性能按磁导率分类：非磁性物质、磁性物质。 一、非磁性物质 0 1. 顺磁物质（如空气）： 略大于 0 。 2. 反磁物质（如铜）： 略小于 0 。 二、 磁性物质 1. 高导磁性 第 1 章 磁 路 铸钢： 1 000 0 硅钢片： ( 6 000 7 000) 0坡莫合金： 比 0 大几万倍。 0 5磁性物质内部存在着很多很小的“磁畴”。磁畴（磁化前）磁畴（磁化后）磁性物质的高导磁性被广
3、泛应用于变压器 和电机中。1.2 物质的磁性能6起始磁化曲线BHO2. 磁饱和性 常数磁化曲线（BH曲线）abcdB = f (H)B =0H1.2 物质的磁性能73. 磁滞性 B的变化总是滞后于H的变化BHOHm Bm剩磁 Hm 矫顽磁力 BrHc BmHcBr磁滞回线BHO基本磁化曲线1.2 物质的磁性能8常用磁性材料的基本磁化曲线 1.2 物质的磁性能9(1) 硬磁物质 BH 曲线宽，Br 大、Hc 大。用于制造永磁铁。(2) 软磁物质 BH 曲线窄， Br 小、Hc 小。用于制造变压器、电机和电器等的铁心。(3) 矩磁物质 BH 曲线形状接近矩形， Br 大、Hc 小。用于计算机中，作
4、记忆单元。按磁滞回线的不同，磁性物质可分为 1.2 物质的磁性能101.3 磁路的基本定律 u 主磁通漏磁通磁 路i第 1 章 磁 路11一、 磁路欧姆定律c Ac lc0 A0 l0+ui全电流定律:Bc = AcHc = Bc c H dl = I 铁心中：气隙中：左边= H dl l=H dl = Hc lcH 0 l0 1.3 磁路的基本定律= c Ac B0 = A0Hc = B0 0 = 0 A0 1.恒定磁通的磁路欧姆定律12磁阻:= (RmcRm0) = Rm Rm = Rmc+ Rm0lc c Ac= ()l0 0 A0lc c Ac=l0 0 A0 右边 = I = NI
5、= F 因此 Rm = F = F Rm 磁路欧姆定律 1.3 磁路的基本定律N I 一定时， 因 Rm0 的存在，使 大大减小； 若要保持 一定，则需增大磁通势 F。 由于 c 0 ，因此 Rm0 Rmc 。 （磁通势）132. 交变磁通的磁路欧姆定律磁路欧姆定律： 磁通势幅值： 磁阻抗： 其中：磁阻磁抗1.3 磁路的基本定律14二、磁路基尔霍夫定律1.磁路基尔霍夫第一定律闭合面i1i2123l1 l3 l2312 = 0 任一闭合面： = 0 2. 磁路基尔霍夫第二定律F1F2 =H dl l= H dl l = H1l1H2 l2 磁位差Um Um = HlUm = F 1.3 磁路的基
6、本定律15【例 1.3.1】 图示磁路是由两块铸钢铁心及它们之 间的一段空气隙构成。各部分尺寸为：l0/2 = 0.5 cm ， l1 = 30 cm ，l2 = 12 cm ，A0 = A1 = 10 cm2 ， A2 = 8 cm2 。 线圈中的电流为直流电流。今要求在空气隙处的磁感应 强度达到 B0 = 1 T，问需要多大的磁通势？A1A2l1l2l0/2I I解：(1) 磁路中的磁通 = B0A0= 10.001 Wb= 0.001 Wb (2) 各段磁路的磁感应强度B0 = 1 TB1 = = T = 1 T A10.001 0.0011.3 磁路的基本定律16B2 = = T =
7、1.25 T A20.0010.000 8 A1A2l1l2l0/2I I(3) 各段磁路的磁场强度由磁化曲线查得： H1 = 9.2 A/cmH2 = 14 A/cmH0 = = A/m B0 014107 = 796 000 A/m = 7 960 A/cm1.3 磁路的基本定律17A1A2l1l2l0/2I I(4) 各段磁路的磁位差Um0 = H0 l0 = 7 9601 A = 7 960 AUm1 = H1 l1= 9.230 A = 276 AUm2 = H2 l2= 1412 A = 168 A (5) 磁通势F = Um0Um2Um2= ( 7 960276168 ) A=
8、8 404 A1.3 磁路的基本定律18【例 1.3.2】 图示磁路由硅钢制成。磁通势 F1 = N1 I1 = F2 = N2 I2 ，线圈的绕向及各量的方向如图所示。 磁路左右对称，具体尺寸为： A1 = A2 = 8 cm2 ，l1 = l2 = 30 cm，A3 = 20 cm2，l3 = 10 cm。若已知 3 = 0.002 Wb， 问两个线圈的磁通势各是多少？ I23N2I1N112解：由磁路基尔霍夫 定律可得321 = 0Um1Um3 = F1Um2Um3 = F2 已知： F1 = F2 ，l1 = l2 可得： Um1 = Um2l2l3N1l1N2 A1 A2 A31.3
9、 磁路的基本定律19即 H1 l1 = H2 l2H1 = H2 因此 B1 = B21 = 2 由于 1 = 2 =3 2 0.002 2= Wb = 0.001 Wb 所以B1 = = T = 1.25 T 1 A10.001 8104A1A2A3l2l3N1l1N2I23N2I1N112A1 A3 A2 1.3 磁路的基本定律20B3 = = T = 1 T 3 A30.00220104 由磁化曲线查得：H1 = 6.5 A/mH3 = 3 A/m 最后求得F1 = F2 = Um1Um3= H1l1H3l3= (6.530310) A = 225 A1.3 磁路的基本定律21磁路和电路
10、的比拟仅是一种数学形式上的类似、 而 不是物理本质的相似。 磁路电路磁动势F电动势E磁通电流I磁感应强度B（磁密）电流密度J磁阻电阻磁路欧姆定律电路欧姆定律基尔霍夫第一定律基尔霍夫第一定律基尔霍夫第二定律基尔霍夫第二定律E22四、电磁感应定律设有一匝数为N的线圈处于磁场中，它所交链的磁链 为则不论由于什么原因，当该线圈所交链的磁链发生变化时，在线圈内就有一感应电动势产生，这种现 象称为电磁感应。感应电动势的大小，和该线圈所交链的磁链变化率成 正比。感应电动势的方向，是该电动势企图在线圈内产生电 流来建立磁通以阻止原来线圈中磁通的变化。23当导体在恒定磁场中运动时，若导体、磁力线和运动方向三者
11、互相垂直，则导体内的感应电动势为：上式又称为运动(切割)电动势。其方向可用右手定则确定。 .如果感应电动势的正方向与磁通的正方向符合右手螺旋关系， 则电磁感应定律可用下式表示：上式又称为变压器电动势。24六、能量守恒定律物理中的能量守恒定律在这里同样使用，稳态运行时，五、电磁力定律载流导体在磁场中将受到力的作用，这种力是磁场与 电流相互作用所产生的，故称为电磁力。若磁场与导体相互垂直，则作用在导体上的电磁力为：其方向可用左手定则确定。25电电路导电材料（及绝缘材料） 紫铜、铝线（绝缘:按耐热能力高低分A、E、B、F、H、C六个等 级）磁磁路导磁材料硅钢片、铸钢等力结构材料铸钢、铸铁、钢板等26
12、1.4 铁心线圈电路一、 直流铁心线圈电路 励磁 U U I IU RI =线圈的功率：P = R I2 电压与电流的关系:第 1 章 磁 路 N I 27二、 交流铁心线圈电路 1. 电磁关系 励磁：u i N i ed dt=N d dt=N u = Riee 的磁路为非线性磁路。 设 = m sint 则 e =N m cost= Em sin( t 90)1.4 铁心线圈电路 u i e e +e28E = 4.44 f Nm 的磁路为线性磁路。 漏电感：N iL = 漏电抗： X = L = 2f L 漏磁电动势： E =j XIu = uRee U = UREE =Ej L IRI
13、 =E + ( Rj L ) I =E + Z I 漏阻抗1.4 铁心线圈电路 u i e e +E =j4.44 f Nm 29U =E 忽略漏阻抗，有 U4.44 f N m = 则 当 U 、f 一定时， m 基本不变。 2. 功率关系有功功率: P = UI cos= PCu + PFe铜损耗 铁损耗 = RI2 + ( Ph + Pe )磁滞损耗 涡流损耗 1.4 铁心线圈电路铜损耗使线圈发热，铁损耗使铁心发热。 30铁磁材料在交变磁场的作用下反复磁化时，内部的磁畴不停地往返倒转，磁畴之间不停地互相摩擦而消耗能量，引起损耗。这种损耗称为磁滞损耗。它与磁通的频率及磁密的幅值关系为为减小磁滞损耗，铁心应选用软磁材料制成，如 硅钢。 (1) 磁滞损耗 Ph 铜损耗使线圈发热，铁损耗使铁心发热。31(2) 涡流损耗 Pe 涡流损耗 (a) (b) 0.35mm 0.30mm 0.27mm 0.22mm当铁芯中的磁通发生变化时，根据 电磁感应定律，将产生一个电流。 此电流在铁芯内的流动状况呈旋涡 状，故称之为涡流。涡流在铁芯电 阻上的损耗称为涡流损耗。涡流损耗与磁通的交变频率、铁芯 中磁密的幅值、钢片的电阻及钢片 厚度有关，可用下式表示：减少钢片的厚度、增加钢片的 电阻可以减少涡流损耗。32铁芯中的磁滞损耗和涡流损耗合称为铁损耗， 简称铁耗。当硅钢片的厚度和材料一定时，
