北航电机与拖动技术基础模块1基本电磁定律
电机与其拖动基础第一章磁路
旋转电机、直线电机 还有各种特殊用途、 特殊机构的电机，如：自整角机、球形电 机等
第一章 磁路
Magnetic Circuit 研究磁路的必要性：
电机是以磁场为介质进行机电能量转换的装置。
两个简单的物理事实：
1、变化的磁场会产生电场——由磁生电——机械能 向电能转换； 2、通电导体会在磁场中受力——电能向机械能的 转换。
绪论
• 什么是电机？
电机学中所说的电机，是指依靠电磁感应 作用而运行的电气设备，用于机械能和电 能之间的转换、不同形式电能之间的变换、 或者信号的传递与转换。
电机在国民经济中的运用
电机是完成多种能量形式转换的有效工具， 而电能又是最容易实现传输、变换的能量形
式，可以说，如果没有电机就没有现代工业，
从两个方面解释： （1）提高电机效率 （2）减小电机体积
二、磁化曲线和磁滞回线
1、起始磁化曲线
将一块未磁化的铁磁材料进行磁化，当磁场强度H由 零逐渐增加时，磁通密度B将随之增加。用B=f (H)描述的 曲线就称为起始磁化曲线。
B
B f (H)
d
b
a
uFe B H
Bu0H
H
铁磁材料的起始磁化曲线
A F e 0 .0,0 A δ 0 32 9 . 1 0 4 0 ,lF 5 e 0 .3 ,l 5 1 40
（3）计算每一段磁路的平均磁密；
B F eA F e0 0 ..0 00 0 T 0 01 T 9 9 ,B δA Φ δ30 . 2 . 1 0 0 4 0 5 T 000.99
一、简单串联磁路 [例1-2] 铁心由铸钢和空气隙构成，截面积AFe=0.0009 m2，
磁路平均长度lFe=0.3m，气隙长度δ=5×10-4m，求该磁路
电机理论的基本电磁定律
在电能的应用中，电动机起着重要的作用。在机 械工业、冶金工业、化学工业、交通运输及日常 生活等各个方面，电动机将电能转换成机械能， 为各种工作机械提供动力。随着新型电机、大功 率半导体器件、大规模集成电路的发展和计算机 技术的应用，电力拖动系统的品种、质量和性能 都有了进一步的提高，带动了数控机床、工业机 器人、交通运输、航空航天及家用电器等机电一 体化高科技产品的迅速发展。随着科学技术的进 步，工业、农业和国防等各部门都要求有性能更 好的新型电机及电力拖动系统，以满足各方面的 不同需求，电机与电力拖动系统也必将在国民经 济发展中发挥越来越重要的作用。
统两大类。 (3) 根据驱动电源的不同，电力拖动有直流电力拖动、交流电
力拖动两种方式。
0.3 电机与电力拖动的应用
在国民经济生产中，电机工业是机械工业的一个重 要组成部分，是机电一体化中机和电的结合点，是 工业企业电气化的心脏，对国民经济的发展有着重 要的作用。
电机是电力工业的主要设备之一。在发电厂，发电 机将原始能源(如热能、水能、化学能、核能和太阳 能等)转换为生产和生活中可使用的电能。变电站的 作用是经济地传输和分配电能，升压变压器把大型 发电机发出的低压电转换成高压电，输送到高压电 网上进行远距离传输，而在供给用户使用前，再把 来自高压输电网的电能经过降压变压器降压。可见， 在电能的生产、传输和分配过程中，发电机和变压 器起着重要的作用。
至于电力拖动系统，则是指驱使机器工作、机构运动的电 气机械装置，它通常为机器设备的一部分，其系统组成如 图0-1所示。
电机与拖动习题及解答
第1章 电磁学基础知识简答题1. 用电磁感应定律求感应电动势时，公式dt di L e ⋅-=、dt d e ψ-=、dtd Ne Φ⋅-=，以及Blv e =中，哪个公式是最普遍的形式其它公式必须在什么条件下适用答：式dtd e ψ-=是感应电动势的普遍形式。
其负号表示感应电动势的正方向与磁链的正方向符合右手螺旋关系，如果两者不符合右手螺旋关系，则应取正号。
2. 如果感应电动势的正方向与磁通的正方向之间不符合右手螺旋关系，则电磁感应定律应改写成dt d e ψ=或dtd Ne Φ⋅=，试说明其原因。
—3. 有两个线圈匝数相同，一个绕在闭合铁芯上，另一个是空芯的，两个线圈通入频率相同的交变电流，如果它们的自感电动势相等，试问哪个线圈的电流大为什么答：空芯的线圈电流大。
因为两者频率相等，产生同样的e，意味着产生同样的φ，根据N•I=φ•Rm，由于铁芯的磁导率大得多，即磁阻小得多，故空芯情况下的（N•I）空芯>>（N•I）铁芯，所以I空芯>>I铁。
芯4. 若磁路上有几个磁动势同时作用，磁路计算时能否使用叠加原理为什么5. 在一个恒定的磁场中，铁芯中是否存在磁滞损耗和涡流损耗为什么'6. 在交变磁场中，铁芯中的磁滞损耗和涡流损耗是怎样产生的它们与哪些因素有关7. 什么是铁磁材料的基本磁化曲线基本磁化曲线与起始磁化曲线有何不同8. 铁磁材料是如何分类的各有什么特点分析题1. 变压器原理图如图所示，试回答：&（1）当线圈N1施加正弦电压U1时，为什么在线圈N1及N2中都会感应出电动势（2）当电流I s增加时，标出这时N1及N2中感应电动势的实际方向。
答：（1）当线圈N1流过电流i1时，会在铁芯内建立磁通Ф，i1与Ф正方向符合右手螺旋关系，由于磁通Ф同时交链线圈N1和N2，所以当i1交变时，N1与N2所交链的磁链以同一个频率交变，所以在N1和N2中都会感应出电动势。
（2）按右手螺旋关系，标出Ф在N1和N2中感应出电动势e1和e2的正方向，如图中实线所示，感应电动势表达式分别为dtd Ne Φ11-=dtd Ne Φ22-= 》当电流 i 增加时，Ф也增加，0>dtd Φ，由以上表达式可知，01<e 、02<e ，说明此时N1和N2中感应出电动势的实际方向与e1和e2的正方向相反，如图中虚线（与实线方向相反）所示。
电机及电力拖动自动控制系统第一章电机学概论第二讲电机学基础知识
得
:磁路的磁阻，A/Wb :磁路的磁导，Wb/A
2）分段均匀磁路的欧姆定律
其中 : 铁心部分对应的磁阻 : 气隙部分对应的磁阻 : 铁心中消耗的磁动势 : 气隙中消耗的磁动势
铁磁材料包括铁、镍、钴以及它们的合金（其它材料 称之为非铁磁材料）。将铁磁材料放入磁场后，材料 内的磁场会显著增强。铁磁材料在外磁场中呈现很强 的磁性，此现象称为铁磁材料的磁化。
磁畴
未磁化 磁化后
1.5.1. 铁磁材料具有增磁作用（有很高导磁能力）
右图为同步电机转子线圈电 流产生的磁场很弱（磁力线 稀少）且分布在无限广阔的空 间。
3. 电路中导体的电阻率在一定温度下是不变的，但是磁路 中铁心的磁导率却不是一个常值，而是磁通密度的函数。
4. 对线性电路，计算时可以应用叠加原理，但对于铁心磁 路，饱和时磁路为非线性，计算时不能应用叠加原理。 所以磁路与电路仅是一种数学形式上的相似，而不是物理 本质的类似。
1.5 铁磁材料及其特性
因为 是 的数千倍，所以铁环中 的磁密与磁通是塑料环中的数千倍。
H与B 的关系与区别 ⑴ H 代表励磁电流本身产生的磁场的强弱，反应了 电流的励磁能力，与介质的性质无关， H ∝I。 ⑵ B 代表电流产生的以及介质被磁化后产生的总 磁场的强弱，其大小不仅与电流的大小有关，还与 介质的性质有关。
B μH
第二讲 电机学基础——磁路基础知识
1.4 与磁路相关的基本物理定律
1.5 铁磁材料及其特性
1.4 与电机磁路相关的基本物理定律
1.4.1与磁路相关的几个重要物理量
1）磁通Φ 直观理解——磁路中所包含磁力线条数。单位：韦 伯（Wb） 2）磁通密度B 磁感应强度。磁力线的疏密。单位：特斯拉（T）。
电机与拖动基础复习提纲
电机与拖动基础复习提纲电机与拖动基础复习提纲常用基础理论部分：1．铁磁物质的特性：高导磁、饱和特性、磁滞特性、铁心损耗。
直流电机部分：1．直流电机的工作原理（如何实现正反转、电枢电流如何换向的，发电与电动的原理）。
2．直流电机的结构：定子、转子，励磁方式、电枢的绕组方式。
定子部分：（1）主磁极主磁极的作用是产生气隙磁场。
主磁极由主磁极的铁心和励磁组部分组成（2）换向极两相邻主磁极之间的小磁极称为换向极，其作用是减小电机运动时电刷与换向器之间可能的火花。
换向极由换向极铁心和换向绕组组成，整个换向极也用螺钉固定于机座上。
（3）机座（4）电刷装置转子部分：（1）电枢铁心（2）电枢绕组（3）换向器（4）转轴励磁方式：1.他励直流电机2.并励直流电机3.串励直流电机4.复励直流电机电枢的绕组方式：单叠绕组：a=p单波绕组：a=13．直流电机的铭牌数据及其含义，电动机额定功率与发电机额定功率之间的区别，额定功率与额定电压和电流之间的关系。
（1）额定功率，是电机在额定运行状态时所提供的输出功率。
对电动机而言，是指轴上的输出的机械功率；对发电机而言，是指线端输出的电功率，单位为千瓦。
（2）额定电压Un,是电机的电枢绕组能够安全工作的最大外加电压或输出电压，单位为伏。
（3）额定电流In,是电机在额定运行状态时电枢绕组允许流过的最大电流，单位为安。
（4）额定转速Nn,是电机在额定运行状态时的旋转速度，单位为转/分。
额定功率与额定电压和额定电流的关系为直流电动机P=UIη直流发电机 P=UI4．直流电机（电动机和发电机）的感应电动势、电磁转矩、电压平衡方程式、转矩平衡方程式、直流电机的功率流程图。
及相关的数量关系。
（以例题、作业题为复习重点）1、电枢绕组的感应电动势：电枢绕组的感应电动势（Ea）是指正负电刷之间的感应电动势，即，每条支路中各串联线圈边感应电动势的代数和。
根据电磁感应定律，任意一条线圈边感应电动势幅值的大小，取决于线圈边所在的磁场的大小和线圈边相对于磁场的转速n。
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电机复习提纲第一章：一、概念：主磁通，漏磁通，磁滞损耗，涡流损耗磁路的基本定律:安培环路定律: 磁路的欧姆定律作用在磁路上的磁动势 F 等于磁路内的磁通量 Φ乘以磁阻Rm磁路与电路的类比：与电路中的欧姆定律在形式上十分相似。
E=IR磁路的基尔霍夫定律（1）磁路的基尔霍夫电流定律穿出或进入任何一闭合面的总磁通恒等于零（2）磁路的基尔霍夫电压定律沿任何闭合磁路的总磁动势恒等于各段磁路磁位差的代数和。
第二节 常用铁磁材料及其特性一、铁磁材料1、软磁材料：磁滞回线较窄。
剩磁和矫顽力都小的材料。
软磁材料磁导率较高，可用来制造电机、变压器的铁心。
2、硬磁材料：磁滞回线较宽。
剩磁和矫顽力都大的铁磁材料称为硬磁材料，可用来制成永久磁铁。
二、铁心损耗NiHL1、磁滞损耗——材料被交流磁场反复磁化，磁畴相互摩擦而消耗的能量。
2、涡流损耗——铁心内部由于涡流在铁心电阻上产生的热能损耗。
3、铁心损耗——磁滞损耗和涡流损耗之和。
第二章：一、尽管电枢在转动，但处于同一磁极下的线圈边中电流方向应始终不变，即进行所谓的“换向”。
二、一台直流电机作为电动机运行——在直流电机的两电刷端上加上直流电压，电枢旋转，拖动生产机械旋转，输出机械能；作为发动机运行——用原动机拖动直流电机的电枢，电刷端引出直流电动势，作为直流电源，输出电能。
三、直流电机的主要结构（定子、转子）定子的主要作用是产生磁场转子又称为“电枢”,作用是产生电磁转矩和感应电动势要实现机电能量转换，电路和磁路之间必须在相对运动，所以旋转电机必须具备静止的和转动的两大部分，且静止和转动部分之间要有一定的间隙（称为：气隙）四、直流电机的铭牌数据直流电机的额定值有：1、额定功率PN(kW)2、额定电压UN(V)3、额定电流IN(A)4、额定转速nN(r/min)5、额定励磁电压UfN(V)五、直流电机电枢绕组的基本形式有两种：一种叫单叠绕组，另一种叫单波绕组。
单叠绕组的特点：元件的两个端子连接在相邻的两个换向片上。
电机与拖动基础第一章
2. 电磁感应定律: 电磁感应定律:
电磁感应:变化的磁场会产生电场, 电磁感应:变化的磁场会产生电场,使导体中产 生感应电动势. 生感应电动势. 定义:无论何种原因使得与闭合线圈交链的磁链ψ 定义:无论何种原因使得与闭合线圈交链的磁链ψ随着时 变化时,线圈中将会产生感应电动势e 间t 变化时,线圈中将会产生感应电动势e
预备知识
研究电机时常用的基本概念和定律
1.1 磁路的基本概念 1.2 电机中常用的基本定律 1.3 电机中铁磁材料及其特点 小结
1-1
1.1 磁路的基本概念
1 磁感应强度B : (磁通密度) 磁感应强度B 磁通密度)
表示磁场内某点磁场强弱和方向的物理量. 表示磁场内某点磁场强弱和方向的物理量. 磁感应强度B的方向(矢量) 的方向(矢量) 与电流的方向之间符合右手螺旋定则. 与电流的方向之间符合右手螺旋定则. 均匀磁场: 各点磁感应强度大小相等, 均匀磁场: 各点磁感应强度大小相等,方向相同的 磁场,也称匀强磁场. 磁场,也称匀强磁场.
1-9
5. 磁路的基尔霍夫第二定律
在闭合磁回路中,磁路各段磁压降的代数和等 在闭合磁回路中, 于作用于该磁路上的磁动势之和. 于作用于该磁路上的磁动势之和.
∫ H dl = ∑HL= ∑NI = ∑F = ∑ΦR
上式中, 磁场强度, 上式中,H——磁场强度,A/m; 磁场强度 ; L——各段磁路的长度,m; 各段磁路的长度, ; 各段磁路的长度 N——线积分线路所包围的导体数; 线积分线路所包围的导体数; 线积分线路所包围的导体数 I——每根导体所流过的电流,A. 每根导体所流过的电流, . 每根导体所流过的电流 Rm——磁路的总磁阻,1/H 磁路的总磁阻, 磁路的总磁阻 F—— 磁动势
精品文档-电机与拖动基础(杨文焕)-第1章
n
Hklk i iN
(113)
1
第1章 电机中的电磁学基本知识
式中：Hk为磁路里第k段磁路的磁场强度(A／m)；lk为第k段磁 路的平均长度(m)；iN为作用在整个磁路上的磁动势，即全电 流数(安匝)；N为励磁线圈的匝数。
式(1-13)也可以理解为：消耗在任一闭合磁回路上的磁 动势，等于该磁路所交链的全部电流。
Wb。
第1章 电机中的电磁学基本知识 图 1-4 均匀磁场中的磁通
第1章 电机中的电磁学基本知识
1.2.3 磁场强度H
计算导磁物质中的磁场时，引入辅助物理量磁场强度H，
它与磁密B
B=μH
(1-3)
式中，μ为导磁物质的磁导率。真空的磁导率为μ0=4π× 10 －7 H/m。铁磁材料的磁导率远大于真空的磁导率(μ>> μ0)， 例如，铸钢的μ约为μ0的1000倍，各种硅钢片的μ约为μ0的 6000～7000倍。
单位为A；l为导体在磁场中的有效长度，单位为m；f为作用
在导体上的电磁力，单位为N·m。
第1章 电机中的电磁学基本知识
电磁力的方向可用图1-8所示的左手定则确定：伸开左手， 使大拇指与其余四指互相垂直并保持在一个平面内，让磁力线 穿过手心，四指指向电流的方向，则大拇指所指的方向即为电 磁力的方向。
1.2.2 磁通Φ 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Φ表示，即
B d S
(1-1)
在均匀磁场中，如果截面Ss与B垂直，如图1-4所示，则式
(1-1)
BS 或 B
式中：B为磁通密度，简称磁密；S为面积S 。
(1-2)
在国际单位制中，Φ的单位名称为韦(韦伯)，单位符号为
电机基本电磁定律
电机基本电磁定律电机基本电磁定律是电机运行原理的基础，它描述了电流通过导线时所产生的磁场与导线周围的磁场之间的相互作用关系。
这些定律包括法拉第电磁感应定律、安培环路定理和洛伦兹力定律。
法拉第电磁感应定律是电磁感应现象的基本规律之一。
根据法拉第电磁感应定律，当导线中的磁通发生变化时，导线两端会产生感应电动势。
这个感应电动势的大小与磁通的变化率成正比。
此外，感应电动势的方向与磁通变化的方向有关。
根据右手定则，当导线与磁场垂直时，感应电动势的方向可以通过右手握住导线，使大拇指指向磁场方向，其他四指的方向就是感应电动势的方向。
安培环路定理是描述电流产生磁场的定律。
根据安培环路定理，电流通过导线时，导线周围会形成一个磁场。
这个磁场的强度与电流的大小成正比，与导线的形状有关。
根据右手定则，当电流通过导线时，用右手握住导线，大拇指指向电流的方向，其他四指的方向就是磁场的方向。
洛伦兹力定律是描述带电粒子在磁场中受力的定律。
根据洛伦兹力定律，当带电粒子在磁场中运动时，它会受到一个与速度和磁场强度有关的力。
这个力的方向垂直于速度和磁场的方向，根据左手定则，当大拇指指向速度方向，食指指向磁场方向，其他三个手指的方向就是洛伦兹力的方向。
根据这些基本电磁定律，我们可以解释电机的工作原理。
电机是利用电流通过导线时所产生的磁场与外部磁场相互作用而产生的转动力。
当电流通过电机的线圈时，线圈周围会产生一个磁场。
根据洛伦兹力定律，线圈中的电流在磁场中运动时会受到一个力，这个力的方向垂直于线圈的电流方向和外部磁场的方向。
根据安培环路定理，线圈的磁场与外部磁场相互作用，产生一个转动力，将电机转动起来。
电机的运行需要满足法拉第电磁感应定律、安培环路定理和洛伦兹力定律，这些定律相互补充，共同揭示了电机的工作原理。
在电机设计和应用中，我们可以根据这些定律来优化电机的结构和性能，提高电机的效率和稳定性。
同时，这些定律也为电机的故障诊断和维修提供了理论基础。
电机理论中常用的基本电磁定律
电机理论中常用的基本电磁定律电机一般分为定子和转子。
定子和转子并没有连接在一起，定子和转子之间有气隙，那么电机的能量是如何从定子传给转子，从而带动其他生产机械的呢？气隙阻断了定子与转子机械的连接、电的连接，正因为如此电机一般以磁场为耦合场，利用电磁感应和电磁力的作用实现定子与转子之间的能量转换。
磁场承载着电机的能量转化，但是电机结构、形状比较复杂，并且电机磁场中铁磁材料和气隙并存，求解比较困难。
因此，在实际工程中，将电机各部分磁场等效为各段磁路，并认为各段磁路中磁通均匀分布、磁场强度保持恒定。
这种简化的磁场的准确度可以满足工程的要求。
一、磁场的几个常用物理量提到磁场，我们不免想到磁感应强度B、磁通Φ，这些都是我们熟知的。
这里还想为大家介绍几个电机定性分析中常用的几个物理量—磁链Ψ、磁导率μ和磁场强度H。
1.磁感应强度B磁感应强度B表征磁场强弱及方向的物理量，单位是特斯拉T。
磁感应强度反映了磁场在某点的强度，即单位面积内磁场线的密集程度，所以磁感应强度也称为磁通密度。
电机中作为耦合场的磁场，多是由电流产生，磁感应强度与产生它的电流方向可以用右手螺旋定则来确定,如图1所示。
图1 右手螺旋定则2.磁通Ф磁通Ф是指穿过某一截面S的磁感应强度B的通量,即Φ=B∙S。
通常用穿过某截面S的磁感线的数目来表示磁通Ф的大小。
磁通Ф是针对某一截面而言的。
因此磁通Ф是磁密在某一截面上的积分。
说磁通时一定要说穿过哪个截面的磁通。
3.磁链Ψ磁链Ψ是针对某一线圈的，因此说磁链时一定要说匝链某个线圈的磁链。
磁链Ψ是穿过各匝线圈的磁通量之和,因此磁链等于穿过线圈各匝磁通的积分。
当穿过某一线圈各匝磁通量相等时，匝链该线圈的磁链就是磁通乘以匝数，Ψ=NΦ。
当穿过某一线圈各匝的磁通量不相等时（如穿过线圈第一匝的磁通量和第二匝的磁通量可能不同），那么此时磁链等于穿过线圈各匝磁通的和，从首匝积分到末匝。
4.磁导率μ磁导率μ是反映物质导磁性能的物理量。
电机电力拖动概述及课程常用的物理概念电磁定律
电机电力拖动技术在轨道交通 、电动汽车等领域有广泛应用 ，如地铁、动车组、电动公交 车等。
家用电器
电机电力拖动技术也应用于各 种家用电器中，如空调、冰箱 、洗衣机等。
能源领域
风力发电、水力发电等领域也E
物理概念
力的概念
总结词
力的概念是物理学中描述物体间相互 作用的基本概念，是电机电力拖动课 程中重要的物理基础。
它主要由定子、转子、轴承等部分组成，通过定子磁场和转子电流相互作用产生旋 转力矩，使电机旋转。
交流电机具有结构简单、可靠性高、维护方便等优点，广泛应用于工业生产和日常 生活中。
步进电机
步进电机是一种将电脉冲信号转 换成机械旋转角度的电机。
它由定子、转子、驱动器等部分 组成，通过控制步进电机的输入 脉冲数和频率，可以精确控制电
总结词
描述两个静止点电荷之间的相互作用力，与它们所带电荷量 的乘积成正比，与它们之间的距离的平方成反比。
详细描述
库仑定律指出，两个点电荷之间的作用力与它们所带电荷量 的乘积成正比，与它们之间的距离的平方成反比。这个定律 是静电场的基本规律之一，适用于静止的点电荷之间的相互 作用。
安培定律
总结词
描述电流元之间的相互作用力，与电 流元的长度、电流的大小以及它们之 间的距离成正比。
详细描述
力是一个矢量，具有大小和方向两个 基本属性。在电机电力拖动中，力是 描述电动机、发电机等设备运行状态 的关键因素，如电磁力、摩擦力等。
运动的概念
总结词
运动的概念是描述物体位置随时间变化的过程，是理解和分析电机电力拖动系 统运行状态的基础。
详细描述
在电机电力拖动中，运动状态的变化与力、加速度、速度等物理量密切相关。 理解运动的概念有助于分析电机的启动、制动和调速等过程。
电磁学基本知识与基本定律
? 不同的磁 性材料有 不同的磁 导率同一 材料当其 磁通密度 不同时， 亦有不同 的磁导率
饱和区
线性区，磁导 率大且不变
起始段，磁导 率较小
? 磁通量
通过磁场中某一面积的磁感应线数称为 通过该面积的磁通量(磁通)，符号? 、单 位Wb ,? =BScos?.
? 磁通连续性原理
? 由于磁感应线是闭合的，因此对任意封 闭曲面来说，进入该闭合曲面的磁感应 线，一定等于穿出该闭合曲面的磁感应 线。如规定磁感应线从曲面穿出为正， 穿入为负，则通过任意封闭曲面的磁通 量总和必等于零
2.磁路欧姆定律：
?
?
F Rm
?
l
?S
F
?
Rm
?
l
?S
铁磁材料的 Rm 不为常数。
? ? 3.磁路的基尔霍夫第一定律： ? ? 0
? 磁路的基尔霍夫第二定律： Hl ? ? NI
说明磁通是连续的。
对比：电路中的两个基本定律
? ①基尔霍夫第一定律： i ? 0
? ? ②基尔霍夫第二定律： e ? u
漏磁通：围绕载流线圈、部分铁心 和铁心周围的空间，还存在少量分 散的磁通，这部分磁通称为漏磁通。
二、磁路基本电磁定律 1.全电流定律—安培环路定律
? 磁场强度矢量H沿 任一闭合路径的线
? ? 积分等于穿过该闭
合路径的限定面积 H ?dl ? I
中流过电流的代数 L 和。且积分回路的 绕行方向和产生该 磁场的电流方向符 合右手螺旋定则
电机及电力拖动基础
第一章 电磁学的基本知识与基本定理
本章知识主线： 一、磁路的概念 二、磁路基本电磁定律 ：5 个定律 三、磁材料及其特性 ：2条曲线
一、磁路的概念 1.两种常见的磁路
电机与拖动(职业技术学院)
第 1 章 磁 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 磁场的基本物理量电流的磁场直导线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线圈电流的磁场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1. 磁通Φ 单位：Wb2. 磁感应强度 B 单位：T 在均匀磁场中：2/B W b mA Φ=3. 磁场强度 H 单位：A/m※ H 与 B 的区别：① H ∝I ，与介质的性质无关。
② B 与电流的大小和介质的性质均有关。
4. 磁导率 μB Hμ=单位：H / m 。
真空中的磁导率：μ0 = 4π×10－7 H / m1.2 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μ ≈μ 0 1. 顺磁物质（如空气）：μ 略大于 μ 0 。
2. 反磁物质（如铜）： μ 略小于 μ 0 。
二、 磁性物质 1. 高导磁性0μμ>>※ 铸钢： μ ≈1 000 μ 0 硅钢片： μ ≈ ( 6 000 ~ 7 000) μ 0坡莫合金：μ 比 μ 0 大几万倍。
（1） 磁性物质内部存在着很多很小的“磁畴”。
（2）磁性物质的高导磁性被广泛应用于变压器 和电机中。
2. 磁饱和性μ ≠常数（1） 磁化曲线（B －H 曲线）磁畴（磁化前） 磁畴（磁化后）3. 磁滞性B 的变化总是滞后于H 的变化 按磁滞回线的不同，磁性物质可分为 (1) 硬磁物质B －H 曲线宽，B r 大、H c 大。
用于制造永磁铁。
(2) 软磁物质B －H 曲线窄， B r 小、H c 小。
用于制造变压器、电机和电器等的铁心。
(3) 矩磁物质B －H 曲线形状接近矩形， B r 大、H c 小。
用于计算机中，作记忆单元。
1.3 磁路的基本定律一、 磁路欧姆定律 1.恒定磁通的磁路欧姆定律起始磁化曲线Hu铁心中：气隙中：全电流定律:二、磁路基尔霍夫定律1.磁路基尔霍夫第一定律Φ3－Φ1－Φ2=0 任一闭合面：∑Φ= 02. 磁路基尔霍夫第二定律F1－F2=∮H d l = ∮H d l1.4 铁心线圈电路一、直流铁心线圈电路励磁电压与电流的关系: U=IR线圈的功率：P = R I2二、交流铁心线圈电路1. 电磁关系u = Ri－e－eσΦ的磁路为非线性磁路。
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2．磁饱和现象及剩磁
电机与拖动技术基础
2 ip Fe r
模块1 电机理论的基本电磁定律
3．铁芯损耗
（1）磁滞损耗 铁磁材料置于交变磁场中，材料被反复交变磁化，磁畴相互 不停地摩擦而消耗能量，并以产生热量的形式表现出来，造成的 损耗称为磁滞损耗。 （2）涡流损耗 当通过铁芯的磁通随时间变化时，根据电磁感应定律，铁磁材料 内将感应电动势和产生感应电流。这些电流在铁芯内部围绕磁通呈漩 涡状流动，称为涡流。涡流在铁芯中引起的损耗（ i 2 r ）称为涡流 损耗。 （3）铁芯损耗 磁滞损耗与涡流损耗之和，称为铁芯损耗，用 p Fe 表示。
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专题1.1 有关磁场的几个物理量
教学目标: 1）了解磁场的概念； 2）掌握磁感应强度、磁通量和磁场强度的概念及三者的关 系； 3）了解磁导率及磁动势的概念。
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• 磁场 磁感应强度
磁场是由电流产生的，它是存在于运动电荷周围 空间除电场外的一种特殊物质，对位于其中的运动电 荷有力的作量。
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感应电动势的正方向与磁通的正方向符合右手螺 旋关系，即右手的大拇指表示磁通的正方向，其余四 个手指表示电动势的正方向，则感应电动势可表示为：
e N d dt d dt
式中， 为磁链； 为磁通；N 为线圈匝数。
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• 2.切割电动势
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• 磁路的基尔霍夫第一定律
磁路中的任一闭合面内，在任一瞬间，穿过该闭合面 的各分支磁路磁通的代数和等于零，即
0
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• 安培环路定律（磁路基尔霍夫第二定律）
在磁场中，沿任意一个闭合磁回路的磁场强度矢量的 线积分，等于穿过该闭合路径的所有电流的代数和，这 就是安培环路定律。即有如下关系：
H dl
i
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• 磁路欧姆定律
由安培环路定律可得，
F IN Hl lB l Rm
A
式中， m R
l
A
，称为磁路的磁阻。则
F Rm
IN Rm
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• 电磁感应定律
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• 磁通量
磁通量简称磁通，用表示，它是指穿过某一截面 的磁感应强度的通量，通常用穿过某截面的磁感线的 数目来表示磁通的大小。磁通量与磁感应强度之间的 关系可用下式表示:
S
B dS
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• 铁磁材料的磁化特性
1．导磁性
铁磁材料包括铁、钴、镍以及它们的合金。所有的非铁磁材料的导磁系 7 数都接近于真空的导磁系数 0 4 10 H/m，而铁磁材料的导磁系数比 真空的大几千倍。因此，在同样大小的电流下，铁芯线圈产生的磁通比空心 线圈的磁通大很多。
f Bli
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专题1.3 电机所用材料和铁磁材料的特性
教学目标: 1）了解电机中所用的主要材料； 2）了解铁磁材料的磁特性。
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• 电机中所用的材料
通常将电机所用的材料分为四大类。第一类是导电材 料，用以构成电路，常用铝或铜制成。第二类是导磁材料， 用以构成磁路，常用0.35mm或0.5mm厚的两面涂有绝缘 漆的硅钢片叠成。第三类为绝缘材料，用此把带电部分分 隔开来，用云母、瓷等材料制成。第四类为机械支撑材料， 用钢铁或铝合金制成。
变化的磁场会产生电场，使导体中产生感应电动势， 这就是电磁感应现象。在电机中电磁感应现象主要表现在 两个方面： （1）线圈中的磁通变化时，线圈内产生感应电动势。 （2）导体与磁场有相对运动，导体切割磁感线时，导体内 产生感应电动势，称为切割电动势。
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• 1.感应电动势
• 磁场强度
H
磁场强度是描述磁场的一个辅助量，是为建立电流 与由其产生的磁场之间的数量关系而引入的物理量，其 方向与相同，其大小关系为:
B H
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专题1.2 电机理论中常用的基本电磁定律
教学目标: 1）掌握磁路定律、电磁感应定律和电磁力定律； 2）掌握电路定律和磁路定律之间的关系。
导体与磁场有相对运动，导体切割磁力线，在导体中 会产生感应电动势。在均匀磁场中，若直导体的有效长度 为、磁感应强度为、导体相对切割速度为，则其感应电动 势为：
e Blv
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• 电磁力定律
载流导体在磁场中会受到力的作用。由于这种力是 磁场和电流相互作用产生的，所以称为电磁力。若磁场 与载流导体相互垂直，导体的有效长度为、磁感应强度 为、导体中的电流为，则作用在导体上的电磁力为：