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1、1,第一章 磁路 第一节 磁场的几个基本物理量 第二节 常用铁磁材料及其特性 第三节 基本电磁定律 第四节 磁路基本定律 第五节 能量守恒定律,2,第一节 磁场的几个基本物理量 一、磁感应强度 磁感应强度又叫磁通密度，它是表示磁场内某点磁场强弱的物理量，是表征磁场特性的基本场量。其大小是通过垂直于磁场方向单位面积的磁力线数目，符号为B。 磁感应强度B在国际单位制(SI)中是特斯拉，简称特，符号为T。,。,3,磁通是一个标量，它的单位在SI制中为韦伯，简称韦，符号为,二、磁通 在磁场中，穿过任一面积的磁力线总量称为该截面的磁通量，简称磁通，符号为。 均匀磁场中，磁通等于磁感应强度B与垂直于磁场方
2、向的面积,的乘积。,均匀磁场中，磁感应强度可以表示为单位面积上的磁通：,所以磁感应强度也称为磁通密度。,4,三、磁导率 磁导率是表示物质导磁性能的参数，用符号,表示，单位是亨/米（H/m）。 真空中的磁导率一般用0表示，,空气、铜、铝和绝缘材料等非铁磁材料的磁导率和真空磁导率大致相同。而铁、镍、钴等铁磁材料及其合金的磁导率比真空磁导率0大很多，为10105倍。 把物质磁导率与真空磁导率的比值定义为相对磁导率，用符号,表示，则铁磁材料的磁导率可表示为：,相对磁导率是一个无量纲的参数。非铁磁物质的相对磁导率 接近于1，而铁磁物质 的远远大于1。,5,四、磁场强度 在各向同性的媒质中，磁场中某点的磁
3、感应强度与该点磁导率的比值定义为该点的磁场强度，用符号H表示，即：,磁场强度只与产生磁场的电流及电流的分布有关，与磁介质的磁导率无关，单位为安/米（A/m）。磁场强度概念的引入只是为了简化计算，没有物理意义。,6,第二节 常用铁磁材料及其特性 物质按其磁化效应可分为铁磁材料和非铁磁材料两大类。铁磁材料磁导率较真空大很多。 在电机和变压器中，要求在一定的励磁电流下产生较强的磁场，以减小其体积和重量，所以电机和变压器铁心都采用磁导率较高的铁磁材料制成。,7,一、铁磁材料的磁化 铁磁材料可看作由无数小的磁畴组成，铁磁物质在不受外磁场作用时，这些磁畴杂乱无章排列，其磁效应相互抵消，对外不显示磁性。当铁
4、磁物质受到外磁场作用时，磁畴在外磁场作用下，轴线趋于一致，如图11（b）所示，由此内部形成一附加磁场，叠加在外磁场上，使合成磁场大为增强。铁磁物质这种在外磁场作用下呈现很强的磁性的现象，叫铁磁物质的磁化。 正是由于铁磁材料具有磁化特性，才使其磁导率较非铁磁物质大得多。所以，磁化是铁磁材料的重要特性之一。,(a) 未磁化前 （b）磁化 图11 铁磁物质的磁化,8,二、磁化曲线和磁滞回线 材料的磁化特性可用磁化曲线来表示。所谓磁化曲线，它是表示磁场强度H与磁通密度B之间关系的特性曲线。 对于空气等非铁磁物质，磁通密度B与磁场强度H之间呈线性关系，即磁化曲线为一直线。,起始磁化曲线,图12 铁磁材料
5、的起始磁化曲线,9,2. 磁滞回线,图13 铁磁材料的磁滞回线,10,3. 基本磁化曲线,图14 基本磁化曲线,11,三、铁磁材料的分类,按照磁滞回线形状的不同，铁磁材料可分为两大类：软磁材料和硬磁（永磁）材料。,图15 软磁材料的磁滞回线 图16 硬磁材料的磁滞回线,12,四、铁磁材料的铁损耗 带铁心的交流线圈中，除了线圈电阻上的功率损耗（铜损耗）外，由于其铁心处于反复磁化下，铁心中也将产生功率损耗，以发热的方式表现出来，称为铁磁损耗，简称铁耗。 铁耗有磁滞损耗和涡流损耗两部分：,1. 磁滞损耗 铁磁材料在交变磁场作用下，正反方向反复磁化，材料内部磁畴在不断运动过程中相互摩擦，消耗能量，引起
6、材料发热，消耗功率，这种损耗称为磁滞损耗。,为材料的磁滞损耗系数，与材料有关； n由试验确定，对一般电工钢片取,V是铁磁材料的体积。,13,2. 涡流损耗 由于铁磁材料也是导电体，在交变的磁场作用下，变化的磁通在铁心中感应电势并产生电流，这些电流在铁心内部环绕磁通呈旋涡状流动，称为涡流。,工程计算时，对于硅钢片迭成的铁心，常用如下经验公式计算：,（16） 式中：,为材料的涡流损耗系数，其大小决定于材料的电阻率；,为硅钢片的厚度；,14,第三节 基本电磁定律 一、电磁感应定律 1. 电磁感应定律 当穿过某一闭合导体回路的磁通发生变化（无论是何种原因变化）时，在导体回路中就会产生电流，这种现象称为
7、电磁感应现象，产生的电流称为感应电流。如果是穿过线圈的磁通发生变化，线圈的匝数为N匝，则线圈中感应电势的大小与线圈匝数成正比，与单位时间内磁通量的变化率成正比，可用下式表示：,，为穿过整个线圈的磁链。 感应电势的方向决定于感应电势在线圈中产生的电流方向，该电流所产生的磁场总是阻碍原来产生感应电势的磁场的变化。,15,2. 变压器电势 若线圈与磁场处于相对静止，线圈中的感应电势是由于与线圈相交链的磁通量本身随时间变化而产生的，这种感应电势称为变压器电势。变压器电势可表示为：,16,3. 运动电势 如果磁场是恒定（如直流励磁），线圈与恒定磁场之间在正交方向上发生相对运动，或是线圈不动，磁场沿线圈垂
8、直方向运动，或是磁场不动，线圈沿磁场垂直方向运动，引起和线圈相交链的磁通量发生变化，也会产生感应电势，这样的电势称为运动电势。运动电势可表示为：,是线圈边在磁场中的有效长度；,是线圈导体沿磁场垂直方向的运动速度（米/秒）。 运动电势的方向由右手定则确定。,17,二、电磁力定律 实验表明，载流导体在磁场中将要受到力的作用，由于这种力是磁场和载流导体相互作用产生的，所以称为电磁力。若磁场与导体垂直，则作用在导体上的电磁力为：,是导体在磁场中的长度；,是导体中的电流。 电磁力的方向通过左手定则确定。,18,第四节 磁路基本定律,一、磁路的概念,（a） 变压器磁路 （b）直流电机磁路 图19 两种常见
9、的磁路,磁通所通过的路径称为磁路。,19,式中：N为闭合路径所交链的线圈匝数。 当电流的方向与闭合路径的环形方向符合右手螺旋定则时，电流i取正号，否则取负号。若沿着闭合回路，磁场强度H的方向总在切线方向，且大小处处相等，则有：,二、安培环路定律 安培环路定律又称为全电流定律，即：在磁路中，沿任一闭合路径，磁场强度矢量的线积分 ，等于该闭合回路所包围电流的代数和，用公式表示为：,20,三、磁路的欧姆定律 由于磁场强度等于磁通密度除以磁导率，即,在均匀磁场中有磁通密度,所以：,为作用在铁心磁路上的安匝数，称为磁路的磁动势，它是造成此路中有磁通的根源，简称磁势；,21,作用在磁路上的总磁动势F等于磁
10、路内磁通量 与磁路磁阻 的乘积，它与电路中的欧姆定律在形式上十分相似，称为磁路的欧姆定律。其中，磁动势F与电路中电动势E对应，磁通量 与电路中电流对应，则磁阻 与电路中电阻对应。 磁阻与磁路的平均长度l成正比，与磁路的截面积S及构成磁路材料的磁导率成反比。值得注意的是，铁磁材料的磁导率 不是常数，所以由铁磁材料构成的磁路，其磁阻也不是常数，而是随着磁路中磁通密度的大小而变化，即铁磁材料的磁路具有非线性。,为磁路的磁阻，单位为A/Wb;,为磁路的磁导。,22,四、磁路的基尔霍夫第一定律 如果铁心不是一个简单的闭合回路，而是带有并联分支的分支磁路，从而形成了磁路的节点。当忽略漏磁通时，在磁路中任何
11、一个节点处，磁通的代数和恒等于0，即：,图110 磁路的基尔霍夫第一定律,23,五、磁路的基尔霍夫第二定律,图111 磁路的基尔霍夫第二定律,在磁场中的任何一个闭合回路中，磁压降的代数和等于磁动势的代数和，磁场的方向与回路环行方向一致时，Hl符号为正，否则为负；电流的方向与回路环行方向符合右手螺旋定则时，Ni符号为正，否则为负。,24,能量守恒定律： 输入能量输出能量内部损耗 电机在运行过程中存在四种形式的能量，即电能、机械能、磁场能、热能。电机运行过程中，以上四种能量之间存在如下的平衡关系： 输入的机械能（发电机）或电能（电动机）磁场储能热能输出的电能（发电机）或机械能（电动机） 在电机分析中，通常将能量守恒定律用功率平衡方程式来表示。电机稳态时，磁场储能增量为0，因此功率平衡方程式为：,为输入功率，,为输出功率，,为各种损耗之和。,第五节 能量守恒定律,
