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1、精选学习资料 - - - - - - - - - 第一章 电机中的电磁学基本学问 1.1 磁路的基本学问1.1.1 电路与磁路对于电路系统来说,在 电动势 E 的作用下电流 I 从 E 的正极通过导体流向负极；构成一个完整的电路系统需要电动势、电导体,并可以形成电流；在磁路系统中,也有一个 磁动势 F （类似于电路中的电势）,在 F的作用下产生一个（类似于电路中的电流）,磁通 从磁动势的 N 极通过一个通路（类似于电路中的导体）到 S极,这个通路就是磁路；由于铁磁材料磁导率比空气大几千倍,即 空气磁阻比铁磁材料大几千倍,所以构成磁路的材料均使用 导磁率高的 铁磁材料；然而非铁磁物质,如空气也能
2、通过磁通,这就造成铁磁材料构成磁路的四周空气中也必定会有磁通（,由于空气磁阻比铁磁材料大几千倍,因而 比 小的多 ,经常被称为 漏磁通 ,称为主磁通 ；因此磁路问题比电路问题要复杂的多；1.1.2 电机电器中的磁路之中, 如变压器、电机、继电器等；并且在电机和某些电磁路系统广泛应用在电器设备器的磁路中,一般仍需要一段空气隙,或者说空气隙也是磁路的组成部分；图 11 是电机电器的几种常用磁路结构；图a 是一般变压器的磁路,它全部由铁磁材料组成；图 b 是电磁继电器磁路,它除了铁磁材料外,仍有一段空气隙；图c 表示电机的磁路,也是由铁磁材料和空气隙组成；图b 是无分支的串联磁路,空气隙段和铁磁材料
3、串联组成；图 a 是有分支的并联磁路；图中实（或虚）线表示磁通的路径；a b c 图 1 1 几种常用电器的典型磁路a 一般变压器铁芯； b 电磁继电器常用铁芯； c 电机磁路1.1.3 电气设备中磁动势的产生名师归纳总结 为了产生较强的磁场,在一般电气设备中都使用电流产生磁场；电流产生磁场的方法第 1 页,共 18 页是：把绕制好的 N 匝线圈套装在铁心上,并在线圈内通入电流i ,这样在铁心和线圈四周的空间中就会形成磁场,其中大多数磁通通过铁心,称为主磁通；小部分环绕线圈,称为漏磁通,如图 12 所示；套装在铁心上用于产生磁通的N 匝线圈称为 励磁线圈 ,励磁- - - - - - -精选学
4、习资料 - - - - - - - - - 线圈中的电流 i 称为 励磁电流 ；如励磁电流为直流,磁路中的磁通是恒定的,不随时间变化,这种磁路称为 直流磁路 ,直流电机的磁路属于这一类；如励磁电流为沟通,磁路中的磁通是交变的,随时间变化,这种磁路称为 沟通磁路 ,沟通电机、变压器的磁路属于这一类；图 1 2 磁动势的产生和磁路欧姆定律值得留意的是,除了电流产生磁场外,电机电器中仍使用了大量的永久磁铁；而且随着科学技术的进展,永久磁铁的磁性将越来越强；可以预见永久磁铁将在电机电器中得到广泛的应用1.2 磁场的基本学问为了精确描述磁场的大小、方向及其性质,便于分析、运算和设计磁路,常用如下物理量描
5、述磁场；1.2.1 磁感应强度（磁通密度）B描述磁场强弱及方向的物理量称为磁感应强度B；为了形象地描画磁场,往往采纳磁感应线,常称为磁力线,磁力线是无头无尾的闭合曲线；图 13 中画出了直线电流及螺线管电流产生的磁力线；a b 图 13 电流磁场中的磁力线a 直线电流； b 螺线管电流磁力线的方向与产生它的电流方向满意右手螺旋关系,如图 1 3a所示；名师归纳总结 在国际单位制中, 磁感应强度 B 的单位为特 （特斯拉 ）,单位符号为 T ,即1 T1 Wb m2第 2 页,共 18 页（韦伯 /米2）；- - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - 1.2.2 磁
6、通穿过某一截面S 的磁感应强度B的通量,即穿过截面 S 的磁力线根数称为磁感应通量,简称磁通；用表示；即s BdS（11）SB图 1 4 匀称磁场中的磁通在匀称磁场中,假如截面S 与 B 垂直,如图1 4 所示,就上式变为（12）BS或 BS式中, B 为磁通密度,简称磁密,S 为面积；在国际单位制中,的单位名称为韦（韦伯）,单位符号Wb ；1.2.3 磁场强度 H运算导磁物质中的磁场时,引入帮助物理量磁场强度H ,它与磁密 B 的关系为式中,BH4（13）107H/m ；铁磁材料的为导磁物质的磁导率；真空的磁导率为00,例如铸钢的约为0的 1000 倍,各种硅钢片的约为0的 60007000
7、 倍；国际单位制中,磁场强度H 的单位名称为安（安培）/米,单位符号A m；1.3 电磁学的基本定律1.3.1 安培环路定律 描述电流产生磁场的规律 凡导体中有电流 流过时,就 会产生与该载流导体相交链的磁通；在磁场中,沿任意一个闭合磁回路的磁场强度线积分等于该回路所交链的全部电流的代数和,即名师归纳总结 lH d li（14）第 3 页,共 18 页式中,i 就是该磁路所包围的全电流；因此,式（1 4）也称 全电流定律 ；如 图1 5 所 示 , 电 流1i、2i、3i产 生 的 磁 场 , 沿 封 闭 曲 线 磁 场 强 度 满 足- - - - - - -精选学习资料 - - - - -
8、 - - - - lHdli 1i2i；图 15 中,与磁力线（闭合回线）符合右手螺旋关系的取正号,反之取负号；图 1 5 安培环路定律1.3.2 电磁感应定律描述磁场产生电势的规律当导体处于变化的磁场（磁通） 中时,导体中会产生感应电势,这就是电磁感应现象；这个感应电势的大小 和磁通随时间的变化率的负值成正比,这就是电磁感应定律；例如匝数为 N 的线圈所交链的磁通为,当该磁通随时间发生变化时,线圈产生的感应电动势为eNd（15）dt式（ 1 5）为电磁感应定律的数学描述；在电机学中,电磁感应现象有两个方面：一、变压器电动势图 16 为变压器电动势产生原理图；线圈 N 通入随时间而变的电流 1
9、i ,这时由 1i 所产生的磁通 也随时间而变,磁通 沿导磁材料闭合；这时线圈 N 和 N 2 同时交链磁通,从而在线圈 N 和 N 2 中都会感应电动势 1e 和 e ,感应电动势的正方向如图 16 所示,其表达式如下e 1N1d变压器电动势（16）dte 2N2d（17）dt图 16 名师归纳总结 - - - - - - -第 4 页,共 18 页精选学习资料 - - - - - - - - - 在此例中,由线圈N 中电流1i 的变化而 在自身线圈N 感应的电动势e 称为自感电动势,而由线圈 N 中电流 1i的变化在另一线圈 N 2 内感应的电动势 e 称为 互感电动势 ；感应电势仍可以表
10、示为磁链的方式,如式（16）和（17）可表示为 e 1 d 1/ dt和 e 2 d 2/ dt ,其中 1和 2为磁链 ,分别为 1 N 1、2 N 2；通常把单位电流产生的磁链定义为利）；于是有L/i ；二、旋转电动势线圈的电感 ,用符号 L 表示, 单位为 H ,亨（亨旋转电动势是由于线圈（或导体） 和磁场之间存在的运动,使得线圈中的磁通发生变化,而产生电动势,所以称之为旋转电动势；假如线圈（或导体）所处的磁通密度 B 为匀称磁密时,旋转电动势值的运算公式为：e B v l（18）式中, v 为导体运动的线速度,单位为 m s ； B 为导体所处的磁通密度,单位为 T ； l 为导体的有
11、效长度,单位为 m ； e 为导体中感应电动势,单位为 V ；旋转电动势方向由右手定就打算,即： 伸开右手, 使大拇指与其余四指相互垂直并在一个平面内,让磁力线穿过手心,大拇指指向导体相对于磁场的运动方向,就四指所指的方向为旋转电动势的方向；右手定就法如图 17 所示；图 17 确定旋转电动势方向的右手定就1.3.3 毕萨电磁力定律 描述电磁作用产生力的规律载流导体在磁场中会受到力的作用,这种力是磁场与电流相互作用所产生的,故称为电磁力；如磁场与导体相互垂直,就作用在导体上的电磁力值为：f B i l（19）式中, B 为导体所处的磁通密度,单位为 T；i为导体中的电流,单位为 A；l为导体在
12、磁场中的有效长度,单位为 m ； f 为作用在导体上的电磁力,单位为 N m；电磁力的方向可用图 18 所示的 左手定就 确定,即：伸开左手,大拇指与其余四指互相垂直,并保持在一个平面,让磁力线穿过手心,向即为电磁力的方向；四指指向电流的方向,就大拇指所指的方名师归纳总结 - - - - - - -第 5 页,共 18 页精选学习资料 - - - - - - - - - 图 18 确定载流导体受力方向的左手定就1.3.4 磁路欧姆定律图 12 是一个单框铁心磁路的示意图；铁心上绕有 N匝线圈,通以电流 i 产生的沿铁心闭合的主磁通,沿空气闭合的漏磁通；设铁心截面积为 S,平均磁路长度为 l ,
13、铁磁材料的磁导率为 不是常数,随磁感应强度 B变化 ；假设漏磁通可以不考虑 即令 0 ,假设磁通全部通过铁心 ,并且认为磁路 l 上的磁场强度 H 到处相等,于是,依据全电流定律有名师归纳总结 lHdlHlNi（ 110）第 6 页,共 18 页因HB/,B/S,可得FlNiS mFR m/或FNiHlBllSR mm（111）式中,FNi为磁动势,Rml为磁阻,m1S为磁导；SRml式（111）即所谓磁路欧姆定律,与电路欧姆定律相像；它说明,当磁阻R m肯定（即确定磁路情形下）磁动势F越大,所激发的磁通量也越大；当而磁动势F肯定时,磁阻R m越大,就产生的磁通量越小； 在磁路中,磁阻R m与磁导率成反比,空气的磁导率0 远小于铁心的磁导率Fe ,这说明漏磁
