绪论2

单线圈铁心磁路 (Magnetic circuit with single winding)
讨论1 磁路包含气隙时的全电流定律 (Discussion 1 Ampere Circuital Theorem with air gap in magnetic circuit)
若磁回路中存在气隙， 当气隙长度δ远远小于铁心截面 的边长时， 铁心和气隙中分别为近似均匀磁场，则:
绪论 2 (Introduction 2)
电机中的能量转换与磁路
（ Energy Conversion and Magnetic Circuit in Electrical Machines ）
主要内容 （ Content ）
0.2 电机中的能量转换与磁路; （ Energy Conversion and Magnetic Circuit in Electrical Machines ） 0.3 与磁路相关的基本物理定律; （ Basic Physics Law related to Magnetic Circuit ） 0.4 铁磁材料及其特性. （ Ferromagnetic Materials and Their Magnetization Characteristics ）
0.3.1 与磁路相关的基本物理量
(Physical Quantities Related to Magnetic Circuit) a. 磁感应强度B（磁通密度） (Intensity of Magnetization / Density of Magnetic flux)
描述磁场强弱及方向的物理量。
0.3.2 全电流定律（安培环路定律）
(Ampere Circuital Theorem)
逻辑： 能量转换需要磁场 要转换很大的功率，需要很多的磁通
磁场由激磁电流产生，希望以小的激磁电流产生较多 的磁通。首要问题是: 研究激磁电流与磁路中磁通的关系： （1）全电流定律描述H-i 之间关系 （2）磁路欧姆定律描述磁通与电流的关系 (Ampere Circuital Theorem describes the relation between H and i) (Magnetic circuit law describes the relation between flux and current i)
发电机主体部分的示意图 (Schematic Diagram of Generator Main Part) 励磁绕组中有直流电流流过，在发电机运行时， 转子轴由于外力的驱动而旋转，从定子绕组出线端就 可以向外部电路输出电能。
Core of Stator 定子铁心 Core of Rotor 转子铁心 Winding of Stator 定子绕组
n
S
Schematic Diagram of Generator Main Part
0.2.2 能量转换装置中的磁场与磁路(Magnetic
Field and Magnetic Circuit ) 单相变压器 (Single-phase Transformer)
利用铁磁材料制成一定形状的回路 （ 可包括气 隙），其上绕有线圈，使磁通主要集中在回路中， 该回路称为磁路。 有线圈有铁心才能构成磁路
图
几种常见的磁路
(a) 变压器
(b) 接触器
(c) 继电器
(d) 四极电机
(e) 永磁式电磁仪表
§0-3. 与电机磁路相关的基本电磁定律
（ Basic Physics Law Related to Magnetic Circuit ） 0.3.1 与磁路相关的基本物理量
变压器与发电机磁路的形成（ Magnetic Circuit ）
电机、变压器磁场最重要的一个物理量是磁通。 磁通所通过的路径就是磁路。 (Magnetic Circuit is the path for magnetic flux to pass through) 磁路主要由铁磁材料构成，称为铁心磁路。
1) 简化形式的全电流定律 (Simple form of Ampere Circuital Theorem)
对于左下角的螺绕环磁路，设圆形回线l1 与环的中心圆重合，则有:
N i H 2 R
R
N 为线圈匝数，H为回线上各 点的磁场强度。 作用在磁路上的安匝数 （磁路磁动势）,单位 A。
讨论2 磁路包含两个线圈时的全电流定律 (Discussion 2 Ampere Circuital Theorem with two windings)
对于下图所示铁心上绕有匝数分别为 N1与 N 2 两个绕组， 分别通入电流 i1 与 i2 的情况，作用于磁路上的总磁动势 则为两个线圈安匝数的代数和，于是有:
Hl i
d.
磁导率μ( Magnetic Permeability )
磁导率μ表示物质导磁能力的大小。
B H
μ为磁导率，其单位为 H/m 磁场强度的单位为 A/m 真空的磁导率
0 4 107
H/m
铁磁物质：铁、钴、镍及其合金 (Ferromagnetic Materials: iron, cobalt, nickel and their alloy ） 非铁磁物质：空气、水、油、铜、铝 ( Nonferrous Materials ) 电机、变压器的磁路通常由磁导率达到数千倍0的铁与硅 合金构成，它被制成厚度为0.5mm或者更薄的硅钢片。 (Silicon steel sheet)
F Ni H FelFe H
其中: F=Ni ——磁路的总磁动势 HFelFe ——铁心上的磁压降 Hδδ ——气隙上的磁压降 可见，总磁势等于各段磁压降之和。 当磁路由k段均匀磁路串联时有 N

H k lk i
带气隙的铁心磁路 (Magnetic circuit with air gap)
(心式变压器)
Shell type transformer
(壳式变压器)
☆心式与壳式变压器 (Two Transformers )

i1
N1 N 2
i2
i1 i2

N1
N2
(a) Schematic diagram of core type transformer (心式变压器示意图)
(b) Schematic diagram of shell type transformer (壳式变压器示意图)
(Magnetic Field Intensity, H, [A/m])
H i 2 r
上面是铁环,下塑料环.磁通密度则分别为:
Fe H 与 0 H
因为 Fe是 0 的数千倍，所以，铁环 中的磁密与磁通是塑料环中的数千倍。 U Hl — 磁压降 m (For Fe is several thousand times of 0 , the magnetic density and magnetic flux in F Ni — 磁动势 iron ring are several thousand times of (Magnetomotive Force) those in plastics ring.)
§0.2 电机中的能量转换与磁路 （ Energy Conversion and Magnetic Circuit in Electrical Machines ）
电机中能量转换的两个实例（ Two examples ）
☆变压器 (Transformers)
Core type transformer
F N1i1 N 2i2 Hl
对于该图所示电流方向，上式两项 均取正号。对于一般的情况需要仔 细判断各线圈电流的方向，以便正 确选择磁势求和的正负号。
多线圈铁心磁路 Magnetic circuit with multiple windings
全电流定律 ΣF=ΣNi=ΣHl=ΣΦRm 任一闭合磁路上磁动势的代数和恒等于磁 压降的代数和。
(permeance/magnetic conductance)
则上式可写为：
F Rm 或 F m
磁路欧姆定律
欧姆定律：作用于磁路上的磁动势等于磁阻乘以磁通。 (Ohm’s Law: The magnetomotive force in the magnetic circuit is equal to the product of magnetic resistance and magnetic flux.)
电 气 回 路
电能
旋转电机能量转换端口 (Energy Conversion port of Rotating Machine)
转子 (Rotor)
C A 定子绕组 (Stator winding)
B 机械端口 (Mechanical port)
电端口 定子铁心 (Electric port) (Stator core)
(Physical Quantities Related to Magnetic Circuit)
0.3.2 全电流定律（安培环路定律）
(Ampere Circuital Theorem)
0.3.3 磁路的欧姆定律与电感
(Ohm’s Law for Magnetic Circuit and Inductance)
单位(Unit)：特斯拉（T）[T,Gs] ， 1Gs=10-4T
b. 磁通量φ (Magnetic Flux)
(垂直)穿过截面S的磁力线根数。

S
S
B.dS
在均匀磁场，且B 与S垂直时，有 B
单位：韦伯（Wb）[ Wb, Mx ] 1Mx=10-8Wb
c.
磁场强度 H
[A/m]
B S , B=μ H
Ni F B