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1、第1章 磁路1.1 磁场的基本知识磁通密度磁通密度或磁感应磁感应强强度度 B 单位：特斯拉（单位：特斯拉（T） (magnetic flux density) (magnetic induction) 用于表征磁场的强弱和方向。用于表征磁场的强弱和方向。 磁通量磁通量 单位：韦伯（单位：韦伯（Wb）(magnetic flux) 穿过某一截面积穿过某一截面积S的磁力线总数的磁力线总数若对于均匀磁场，若若对于均匀磁场，若B与与S垂直，则垂直，则 磁场强度磁场强度 H 单位：安培单位：安培/米米 （A/m） (magnetic field strength) 为了分析磁场与电流的依存关系为了分析磁
2、场与电流的依存关系引入的辅助量引入的辅助量 磁磁动动势势 MMF 单位：安培单位：安培 （A）（magnetomotive force） 磁链磁链 （flux linkage） 磁导率磁导率 单位：亨利单位：亨利/米（米（H/m） (permeability) 真空的磁导率真空的磁导率 0 、相对磁导率相对磁导率r 反应导磁介质导磁性能的物理量反应导磁介质导磁性能的物理量 磁场强度和磁感应强度均为表征磁场性质（即磁场磁场强度和磁感应强度均为表征磁场性质（即磁场强弱和方向）的两个物理量。强弱和方向）的两个物理量。由于由于磁场是电流或者说运动电荷引起的磁场是电流或者说运动电荷引起的，而磁介质，而磁
3、介质（除超导体以外不存在磁绝缘的概念，故一切物质均除超导体以外不存在磁绝缘的概念，故一切物质均为磁介质为磁介质）在磁场中发生的磁化对源磁场也有影响）在磁场中发生的磁化对源磁场也有影响（场的迭加原理）。（场的迭加原理）。因此，磁场的强弱可以有两种表示方法。因此，磁场的强弱可以有两种表示方法。B和和H的的联系与联系与区别区别:单独由电流或者运动电荷所引起的磁场单独由电流或者运动电荷所引起的磁场（不包括介（不包括介质磁化而产生的磁场时）则用质磁化而产生的磁场时）则用磁场强度磁场强度H表示，其单位为表示，其单位为A/m，是一个辅助物理量是一个辅助物理量。在充满均匀磁介质的情况下，若在充满均匀磁介质的情
4、况下，若包括介质因磁化而产包括介质因磁化而产生的磁场在内时生的磁场在内时，用用磁感应强度磁感应强度B表示，是一个基本物表示，是一个基本物理量理量。在同样大小的电流作用下，铁芯线圈的磁通在同样大小的电流作用下，铁芯线圈的磁通比空心线圈的磁通哪个大？比空心线圈的磁通哪个大？为什么？为什么？此公式的深刻含义此公式的深刻含义1.2 基本电磁 （electromagnetic）定律w电生磁的基本定律电生磁的基本定律安培环路定律安培环路定律 w磁生电的基本定律磁生电的基本定律法拉第电磁感应定律法拉第电磁感应定律 w电磁力定律电磁力定律w磁路的欧姆定律磁路的欧姆定律 1.2.1 电生磁的基本定律电生磁的基本
5、定律安培环路定律安培环路定律 沿着任何一条闭合回线沿着任何一条闭合回线L，磁场强度，磁场强度H的线积分的线积分等于该闭合回线所包围的总电流值（代数和）等于该闭合回线所包围的总电流值（代数和）I2I3lH 计算电流代数和时，与绕行方向符合右手螺旋定则的电计算电流代数和时，与绕行方向符合右手螺旋定则的电流取正号，反之取负号。流取正号，反之取负号。若闭合磁力线是由若闭合磁力线是由N匝线圈电流产生，而匝线圈电流产生，而且沿闭合磁力线上且沿闭合磁力线上 H 处处相等处处相等,则上式变则上式变为为: 1.2.2 磁生电的基本定律磁生电的基本定律法拉第电磁感应定律法拉第电磁感应定律当磁通按正弦规律变化时，即
6、当磁通按正弦规律变化时，即: 则上式变为则上式变为: 磁通与其磁通与其感应电势感应电势的的参考方向参考方向为参考相量，则：为参考相量，则： 感应电势 磁通与感应电势的相量图磁通与感应电势的相量图感应电势与磁场、感应电势与磁场、导体运动速度之间导体运动速度之间的的右手定则右手定则通电导体产生的电磁通电导体产生的电磁力与电流、磁场之间力与电流、磁场之间的的左手定则左手定则1.1.2 2.3 .3 电磁力定律电磁力定律磁路：磁通所通过的路径磁路：磁通所通过的路径。 是以高导磁性材料构成的使磁是以高导磁性材料构成的使磁通被限制在结构所确定的路径之中通被限制在结构所确定的路径之中的一种结构的一种结构。
7、和电流在电路中被导体所限制和电流在电路中被导体所限制是极为相似是极为相似 。1.1.2 2.4 .4 磁路的欧姆定律磁路的欧姆定律w铁心导磁率远大于空气铁心导磁率远大于空气 w磁力线几乎被限定在铁心规定的路径中磁力线几乎被限定在铁心规定的路径中 w铁心外部的磁力线很少铁心外部的磁力线很少 主磁路：主磁路：主磁通所通过的路径主磁通所通过的路径。 漏磁路：漏磁路：漏磁通所通过的路径漏磁通所通过的路径。 励磁线圈：励磁线圈：用以激励磁路中磁通的载流线圈。用以激励磁路中磁通的载流线圈。励磁电流：励磁电流：励磁线圈中的电流。励磁线圈中的电流。直流直流: :直流磁路直流磁路 ，例如，例如: :直流电机直流
8、电机交流交流:交流磁路，交流磁路， 例如例如:变压器变压器主磁通主磁通漏漏磁磁通通漏漏磁磁通通漏磁通漏磁通对于均匀磁路对于均匀磁路定义为磁路的定义为磁路的磁阻磁阻（reluctance）称为称为磁导磁导（permeance） 由于与电路的欧姆定律相似由于与电路的欧姆定律相似,故又称为故又称为磁路的欧姆定律磁路的欧姆定律。磁阻的倒数磁阻的倒数根据根据 以及磁路的欧姆定律以及磁路的欧姆定律 电感与结构参数以及磁性材料之间电感与结构参数以及磁性材料之间的关系式的关系式1.1.2 2.5 .5 线圈电感线圈电感 通过任意闭合曲面通过任意闭合曲面S 的净磁通量必定恒为零。的净磁通量必定恒为零。 自然界不
9、存在独立的磁场源自然界不存在独立的磁场源。磁场中，磁力线通过任意闭合面后必然会从相反方向再次通过。磁场中，磁力线通过任意闭合面后必然会从相反方向再次通过。 磁力线是闭合的！磁力线是闭合的！磁路的基尔霍夫第一定律（磁通连续性原理）磁路的基尔霍夫第一定律（磁通连续性原理） 磁路由磁路由不同材料不同材料或或不同长度不同长度和和截面积截面积的的 n 段组成，则段组成，则称为磁路称为磁路称为磁路称为磁路各各各各段的磁压降段的磁压降段的磁压降段的磁压降磁路的基尔霍夫第二定律磁路的基尔霍夫第二定律 作用在任何闭合磁路的总磁动势恒等于各作用在任何闭合磁路的总磁动势恒等于各段磁路磁位降的代数和。段磁路磁位降的代
10、数和。1.1.3 3 常用磁性材料及其特性常用磁性材料及其特性1.3.1 铁磁材料的磁化及磁滞回线铁磁材料的磁化及磁滞回线铁磁材料的铁磁材料的磁化磁化（magnetization） 磁性材料的磁性材料的磁滞回线磁滞回线 (hysteresis loop)Br 剩磁剩磁 residual magnetismHc 矫顽力矫顽力coercive force1.3.2 磁化曲线与饱和现象磁化曲线与饱和现象 铁磁材料与非铁磁材料的磁化曲线铁磁材料与非铁磁材料的磁化曲线基本磁化曲线基本磁化曲线normal magnitization curve初始磁化曲线初始磁化曲线initial magnitizati
11、on curve 几种常见磁性物质的磁化曲线几种常见磁性物质的磁化曲线几种常见磁性物质的磁化曲线几种常见磁性物质的磁化曲线a a 铸铁铸铁铸铁铸铁 b b 铸钢铸钢铸钢铸钢 c c 硅钢片硅钢片硅钢片硅钢片O O0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1.00.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1.0 10103 3HH/(A/m)/(A/m)HH/(A/m)/(A/m)1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 10103 3B B/T/T1.81.81.61.61.41.41.21.2
12、1.01.00.80.80.60.60.40.40.20.2a ab ba ac c1.3.3 软磁材料与硬磁材料软磁材料与硬磁材料 铁磁材料铁磁材料（ferromagnetic material）的磁滞回线的磁滞回线软磁材料：磁滞回线窄、剩磁、矫顽力都小软磁材料：磁滞回线窄、剩磁、矫顽力都小硬磁材料：磁滞回线宽、剩磁、矫顽力都大硬磁材料：磁滞回线宽、剩磁、矫顽力都大1.3.4 铁磁材料中的铁耗铁磁材料中的铁耗hysteresis losseddy-current lossiron loss为什么电机中经常使用的铁磁材料是为什么电机中经常使用的铁磁材料是硅钢片（硅钢片（silicon stee
13、l sheet）？）？ 铁磁材料的涡流现象铁磁材料的涡流现象磁滞损耗磁滞损耗 涡流损耗涡流损耗铁耗铁耗注意注意 频率频率 f例例例例题题题题: : 有一环形铁心线圈，其内径为有一环形铁心线圈，其内径为有一环形铁心线圈，其内径为有一环形铁心线圈，其内径为10cm10cm，外径为，外径为，外径为，外径为1 15cm5cm，铁心材料为铸钢。，铁心材料为铸钢。，铁心材料为铸钢。，铁心材料为铸钢。 要得到要得到要得到要得到 0.9T 0.9T 的磁感应强度，的磁感应强度，的磁感应强度，的磁感应强度，求求求求：（1 1）所需励磁磁动势）所需励磁磁动势）所需励磁磁动势）所需励磁磁动势。 （2 2）如果）如果
14、）如果）如果磁路中含有一磁路中含有一磁路中含有一磁路中含有一个个个个长度等于长度等于长度等于长度等于 0.2cm 0.2cm空气隙，空气隙，空气隙，空气隙，所所所所需励磁磁动势需励磁磁动势需励磁磁动势需励磁磁动势。 （1 1）铸钢铁心的磁场强度，查铸钢的磁化曲线，铸钢铁心的磁场强度，查铸钢的磁化曲线，铸钢铁心的磁场强度，查铸钢的磁化曲线，铸钢铁心的磁场强度，查铸钢的磁化曲线， B B=0.9 T =0.9 T 时，磁场强度时，磁场强度时，磁场强度时，磁场强度 HH1 1= =770770 A/m A/m解解解解: :磁路的平均总长度为磁路的平均总长度为磁路的平均总长度为磁路的平均总长度为励磁磁
15、动势励磁磁动势励磁磁动势励磁磁动势（2 2）空气隙的磁场强度空气隙的磁场强度空气隙的磁场强度空气隙的磁场强度铁心的平均长度铁心的平均长度铁心的平均长度铁心的平均长度 对各段有对各段有对各段有对各段有 总磁通势为总磁通势为总磁通势为总磁通势为 通过上述例题，可以得出如下结论：通过上述例题，可以得出如下结论：通过上述例题，可以得出如下结论：通过上述例题，可以得出如下结论： (1) 如果要得到相等的磁感应强如果要得到相等的磁感应强度，采用高磁导率的铁心材料，可度，采用高磁导率的铁心材料，可使线圈的用铜量大大降低。使线圈的用铜量大大降低。 (2) 如果线圈中如果线圈中通通有同样大小的有同样大小的励磁电流，要得到相等的磁通，采励磁电流，要得到相等的磁通，采用磁导率高的铁心材料，可使铁心用磁导率高的铁心材料，可使铁心的用铁量大大降低。的用铁量大大降低。 (3) 当磁路中含有空气隙时，由当磁路中含有空气隙时，由于其磁阻较大，要得到相等的磁感于其磁阻较大，要得到相等的磁感应强度，必须增大励磁电流（线圈应强度，必须增大励磁电流（线圈匝数一定时）。匝数一定时）。 磁路中含有空气隙时，由于其磁路中含有空气隙时，由于其磁阻较大，磁磁阻较大，磁动动势几乎都降在空气势几乎都降在空气隙上面。隙上面。遗憾的是，气隙的存在往遗憾的是，气隙的存在往往避免不了。往避免不了。
