电磁机构理论概述PPT课件
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电磁学基本理论 ppt课件
2
0
0 I
4a
ˆz a
ppt课件
O点产生的磁感应强度: 0 I
B B1 B2 B3
ppt课件 2
3. 库仑定律
F21
q1q2 ˆR21 a 2 4π 0 R21
其中： 0为真空中介电常数。
0
1 109 8.85 1012 36 π
q1
R21
q2
F/m
q1
4. 电场强度的计算 q1qt2 ˆR21 F21 a 2 4π 0 R21
R21
q 2t
E
q 1 1 q R2 R1 4π 0 R1 R2 4π 0 R R 1 2
R1 R l cos 2 l R2 R cos 2
因为： l R 则： R2 R1 l cos
2 l R2 R1 R 2 cos2 R 2 4
15
(三) 磁场
Fm
产生磁场的源： a.永久磁铁 b.变化的电场 c.电流周围，即运动的电荷
v
B
1. 什么是磁场？
Fm qv B
存在于载流回路或永久磁铁周围空间，能对运动电荷 施力的特殊物质称为磁场。 ˆv Fm a B lim qt 0 2. 磁感应强度 B的定义 qt v
ˆv 和磁感应强度 B 三者相互 可见： 磁场力 Fm 、运动速度 a 垂直，且满足右手螺旋法则。
ppt课件 16
3. 磁感应强度的计算
安培力实验定律：
dF21 ˆR ) 0 I 2dl2 ( I1dl1 a 4π R
2
电流元
I1
I 2dl2
I2
I1dl1
0
0 I
4a
ˆz a
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O点产生的磁感应强度: 0 I
B B1 B2 B3
ppt课件 2
3. 库仑定律
F21
q1q2 ˆR21 a 2 4π 0 R21
其中： 0为真空中介电常数。
0
1 109 8.85 1012 36 π
q1
R21
q2
F/m
q1
4. 电场强度的计算 q1qt2 ˆR21 F21 a 2 4π 0 R21
R21
q 2t
E
q 1 1 q R2 R1 4π 0 R1 R2 4π 0 R R 1 2
R1 R l cos 2 l R2 R cos 2
因为： l R 则： R2 R1 l cos
2 l R2 R1 R 2 cos2 R 2 4
15
(三) 磁场
Fm
产生磁场的源： a.永久磁铁 b.变化的电场 c.电流周围，即运动的电荷
v
B
1. 什么是磁场？
Fm qv B
存在于载流回路或永久磁铁周围空间，能对运动电荷 施力的特殊物质称为磁场。 ˆv Fm a B lim qt 0 2. 磁感应强度 B的定义 qt v
ˆv 和磁感应强度 B 三者相互 可见： 磁场力 Fm 、运动速度 a 垂直，且满足右手螺旋法则。
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3. 磁感应强度的计算
安培力实验定律：
dF21 ˆR ) 0 I 2dl2 ( I1dl1 a 4π R
2
电流元
I1
I 2dl2
I2
I1dl1
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04
当原线圈接通电源后，在铁芯中产生交变磁通，交变 磁通在副线圈中产生感应电动势，根据楞次定律，感 应电动势的方向与原电流方向相反。
电动机的工作原理
01
02
03
04
电动机是利用通电导线在磁场 中受到力的作用的原理工作的
。
电动机由转子（线圈）和定子 （磁极）组成，当电流通过转 子时，在磁场的作用下，转子
电场的基本概念
电场是由电荷产生的， 是电荷周围空间中存 在的特殊物质。
电场具有物质性，可 以传递电场力，对电 荷产生作用。
电场具有力的作用， 即电场力，对放入其 中的电荷产生力的作 用。
电场力的计算与表示
电场力的大小等于电荷量与电场强度的乘积，即$F=qE$。 电场力的方向与正电荷受到的电场力方向相同，与负电荷受到的电场力方向相反。
是由磁体或电流产生的空间场，对处 于其中的磁体或电流产生力的作用。
描述磁场强弱的物理量，单位是特斯 拉（T）。
磁感应线
描述磁场分布的假想曲线，磁力线密 集的地方磁场强度大，反之则小。
磁力的计算与表示
磁力大小
与磁场强度、电流大小、导体在 磁场中的有效长度以及相对位置
有关。
安培力公式
描述通电导线在磁场中所受的力的 大小，公式为F=BILsinθ。
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目录
• 电磁原理概述 • 磁场与磁力 • 电场与电场力 • 电磁感应 • 电磁波 • 电磁原理的应用
01 电磁原理概述
电磁现象的发现和应用
电磁现象的发现
人类早在古代就发现了电磁现象 ，如摩擦起电、静电感应等。
电磁现象的应用
随着科技的发展，电磁现象在生 活和工业中得到了广泛应用，如 无线通信、电力传输、电子设备 等。
第三章电磁结构理论
F qv B
磁力及其应用 （一) 带电粒子在磁场中受力 1.洛仑兹力
F qv B
2.应用之一
z
y
霍耳效应 B By y
1879年美国物理学 家霍耳发现：
b
金属导体
h
x I
对应图中沿Z方向 有电势差
在长方形导体薄片上通以电流，沿电流的垂直方向加磁场， 发现在与电流和磁场两者垂直的两侧面产生了电势差。
特点：剩余磁感应强度大，接近 饱和磁感应强度，矫顽力 小，磁滞回线接近于矩形。 应用：作计算机中的记忆元件。
第三节 电磁机构中的磁场及其路化
当电磁机构的励磁线圈通电以后，其周围的空间就 出现了磁场。通常，电磁机构的磁场都是三维场，其 计算非常复杂。因此，寻求一种简捷的计算方法是很 有必要的。 一、磁场的基本物理量 实验证明，一个电量为q的带电粒子以速度v在磁场 中运动时，将受到磁场对它的作用，即洛仑兹力的作用。 此力为
磁力线：同心圆 等磁位线：射线
如果将整个磁场按磁通管和等磁位面划分为许多 个串联和并联的小段，这就把磁场化为串并联的磁 路了。然而，磁通管和等磁位线均属未知，故磁场 的路化并不简单。但就大多数电磁机构而论，磁通 分布往往很集中，而且是沿着以磁性材料构成的磁 导体为主体的路径闭合。 以图3-13所示电磁机构为例，由于磁导体在未饱 和情况下的磁导率是空气的数千倍，故绝大部分磁 通是以磁导体为主的路径作为通路，犹如电流以导 体作为通路一样。倘若只考虑沿磁导体形成闭路的 磁通。
第一节 电磁机构的种类和特性
作为借电磁力吸引衔铁使之运动作功的电磁机构。 电磁力F与衔铁位移x或工作气隙的关系F＝f()自然 是它的基本特性。 如果衔铁是绕某个固定轴转动，则电磁机构的基本 特性是使衔铁转动的电磁力矩M与衔铁的角位移之间 的关系M＝f( )。这类特性称为吸引特性或吸力特性 。 严格地说，这种吸力特性应称为静态吸引特性，因 为它是在电路参数保持不变、或者衔铁无限缓慢地运 动条件下获得的。 但衔铁运动时电路参数总是会变化的，所以在衔铁 的运动过程中只能有动态的特性。
《电磁场的基本理论》PPT课件
安培
安培
10
例.半径为R=0.1m 的两块圆形平板电容器, 两板 间距为d<<R,充电过程某时刻两板之间电场的时 间变化率为 d E 1013V / m s
dt
求：1、此时刻两板间的I位; 2、两板间离中心线r1=0.02m处, r2=0.12m处的
B
E L2
I传 R L1
I传
r1 r2
d 11
q q 0 cos t
i Im sint
19
即电荷，电流都是随时间t按正弦（余弦）规律 变化的，是振荡的。
振荡电流 变化的磁场 变化的电场 变化的电场 发射电磁波
20
LC电路中的电流在自感线圈中产生磁场，电容器上的电荷在电容器
两极板间产生电场。电流和电荷相互交替地周期性变化，因此LC电
路是能产生电磁振荡的一种简单电路。
S
I传 S
D------为电位移的通量。
-
I传
充电时，板间为均匀电场
dD
d(
DS )
d(
ES )
d
S
dSΒιβλιοθήκη dQI传dt
dD I传 dt
I位
dD
dt
I传
6
讨论
（1）位移电流的大小：
I位
dD
dt
S
d
dt
将电容器中的电场随时间变化产生的磁效应， 等效为位移电流产生的。
整个电路中的电流就连续了。 （2）位移电流的方向：即 dD 的方向。
【解】
E L2
(1)因为d<<R,所以板间电场
I传 R L1
I传
均匀,忽略边缘效应。
r1
I位
dD
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电磁学PPT课件
目录
• 电磁学基本概念与原理 • 静电场分析与应用 • 恒定电流与稳恒磁场研究 • 电磁波传播与辐射特性探讨 • 电磁学在日常生活和工业生产中应用实例
01
电磁学基本概念与原理
Chapter
电场与磁场定义及性质
01
电场
由电荷产生的特殊物 理场，描述电荷间的 相互作用。
02
磁场
由运动电荷或电流产 生的特殊物理场，描 述磁极间的相互作用 。
3
方程组中各量的含义及相互关系
E（电场强度）、B（磁感应强度）、D（电位移 矢量）、H（磁场强度）、J（电流密度）、ρ（ 电荷密度）等。
电磁波产生、传播和接收过程
电磁波的产生
变化的电场和磁场相互激发，形 成电磁波。
电磁波的传播
电磁波在真空或介质中传播，速度 取决于介质的性质。
电磁波的接收
通过天线等接收装置，将电磁波转 换为电信号进行处理。
描述稳恒磁场的方法
介绍描述稳恒磁场的物理量，如磁感应强度、磁通量等，并给出相 应的定义和计算公式。
稳恒磁场的性质
列举稳恒磁场的基本性质，如磁场的叠加性、磁场的无源性等。
洛伦兹力与霍尔效应原理
洛伦兹力的定义和公式
阐述洛伦兹力的概念，即运动电荷在磁场中所受到的力，并给出 相应的计算公式。
霍尔效应的原理
03
电场性质
对电荷有力的作用， 具有能量和动量。
04
磁场性质
对运动电荷或电流有 力的作用，也具有能 量和动量。
库仑定律与高斯定理
01
02
03
库仑定律
描述真空中两个静止点电 荷之间的相互作用力，与 电荷量的乘积成正比，与 距离的平方成反比。
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• 电磁学基本概念与原理 • 静电场分析与应用 • 恒定电流与稳恒磁场研究 • 电磁波传播与辐射特性探讨 • 电磁学在日常生活和工业生产中应用实例
01
电磁学基本概念与原理
Chapter
电场与磁场定义及性质
01
电场
由电荷产生的特殊物 理场，描述电荷间的 相互作用。
02
磁场
由运动电荷或电流产 生的特殊物理场，描 述磁极间的相互作用 。
3
方程组中各量的含义及相互关系
E（电场强度）、B（磁感应强度）、D（电位移 矢量）、H（磁场强度）、J（电流密度）、ρ（ 电荷密度）等。
电磁波产生、传播和接收过程
电磁波的产生
变化的电场和磁场相互激发，形 成电磁波。
电磁波的传播
电磁波在真空或介质中传播，速度 取决于介质的性质。
电磁波的接收
通过天线等接收装置，将电磁波转 换为电信号进行处理。
描述稳恒磁场的方法
介绍描述稳恒磁场的物理量，如磁感应强度、磁通量等，并给出相 应的定义和计算公式。
稳恒磁场的性质
列举稳恒磁场的基本性质，如磁场的叠加性、磁场的无源性等。
洛伦兹力与霍尔效应原理
洛伦兹力的定义和公式
阐述洛伦兹力的概念，即运动电荷在磁场中所受到的力，并给出 相应的计算公式。
霍尔效应的原理
03
电场性质
对电荷有力的作用， 具有能量和动量。
04
磁场性质
对运动电荷或电流有 力的作用，也具有能 量和动量。
库仑定律与高斯定理
01
02
03
库仑定律
描述真空中两个静止点电 荷之间的相互作用力，与 电荷量的乘积成正比，与 距离的平方成反比。
电磁结构与原理ppt课件
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14
电气控制技术基础
（3）灭弧装置 灭弧装置因电流等级而异。有绝缘材料灭弧罩、多纵缝
灭弧室、栅片灭弧室、串联磁吹和真空灭弧室等。 交流接触器常用的型号有CJ10、CJ12系列，其新产品有
CJ20系列，引进生产的交流接触器有德国西门子的3TB系列、 法国TE公司的LC1、LC2系列、德国BBC的B系列等，这些引进 产品大多采用积木式结构，可以根据需要加装附件。
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9
电气控制技术基础
（1）速拉灭弧法 通过机械装置将电弧迅速拉长，从而 加快电弧的熄灭。这种灭弧方法是开关电器中普遍采用的最 基本的一种灭弧方法。
（2）冷却灭弧法 降低电弧的温度，可使电弧中的热游 离减弱，正负离子的复合增加，有助于电弧迅速熄灭。
（3）磁吹灭弧法 利用永久磁铁或电磁铁产生的磁场对 电流的作用力来拉长电弧；或者利用气流使电弧拉长和冷却 被熄灭。
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13
电气控制技术基础
（2）触头系统
触头系统是接触器的执行元件，起分断和闭合电路的作 用，有双断点桥式触头和单断点指形触头两类。其优缺点在 前面已作分析。从提高接触器的机械寿命和电寿命出发，采 用双断点触头比单断点触头有利，对交流接触器更是如此。 目前交流接触器的触头形式趋向于双断点触头，但在额定电 流大的接触器中，常采用单断点触头。
电气控制技术基础
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1
电气控制技术基础
2.1.2 电磁式电器
电磁式电器在低压电器中占有十分重要的地位，在电气 控制系统中应用最为普遍。如接触器、自动空气开关（断路 器）、电磁式继电器等。但它们的工作原理基本上相同。就 其结构而言主要由电磁机构和执行机构所组成，电磁机构按 其电源种类可分为交流和直流两种，执行机构则可分为触头 系统和灭弧装置两部分。
电器学——湖南大学课件2013第三章 电磁机构理论
B
B0 是真空情况下的磁
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
B
感应强度；
BJ 是磁化产生的磁感 应强度；
B 是介质中的总磁感 O
BJ
B0 H
应强度。
磁化曲线
B，μ
B
μ H
O μ与H的关系
磁性物质的μ不是常数，Φ与H也不存在正比关系。
第一篇 电器的理论基础 第二节 磁性材料及其基本特性
第三章 电磁机构理论
若将磁性材料去磁后，置于外磁场的作用下，使磁场强度H由零逐渐增大， 磁感应强度B也自零开始增大。
第一篇 电器的理论基础
第一节 电磁机构的种类和特性
第三章 电磁机构理论
电磁机构的机械特性因其 控制对象而异。
图3-4所示就是几种典型的 机械特性。机械特性是 电磁机构的负载特性， 但电磁机构的设计是以 此为依据的，所以将它 作为电磁机构的一种特 性来处理。
运动件受到的静阻力， 与弹簧、摩擦力‘运动 件质量有关。
电器学
第一篇 电器的理论基础 磁系统：磁导体＋气隙
第三章 电磁机构理论
第一篇 电器的理论基础
第一节 电磁机构的种类和特性
第三章 电磁机构理论
按励磁电流种类 按励磁方式 按结构形式
直流 交流 并励 串励 内衔铁 外衔铁
线圈与控制电源并联 线圈与负载串联 衔铁可伸入线圈内腔 衔铁只能在线圈外运动
第一篇 电器的理论基础
第一篇 电器的理论基础
第三章 电磁机构理论
第二节 磁性材料及其基本特性
居里点
各种磁性材料都各有一临界温度值居里点。若温度超过此值，
磁性材料便会因磁畴消失而变成顺磁性材料。居里点之值因材
料不同而异，例如，铁的居里点为770度、钴的为1120度，镍的
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感生电动势
由于磁场变化而产生的感应电动势。 其大小与磁通量变化的快慢有关，即 与磁通量对时间的导数成正比。
自感和互感现象在生活生产中应用
自感现象
当一个线圈中的电流发生变化时，它所产生的磁通量也会发生变化，从而在线圈自身中 产生感应电动势。自感现象在电子线路中有着广泛的应用，如振荡电路、延时电路等。
静电现象在生活生产中应用
静电喷涂
利用静电吸附原理进行 喷涂，提高涂层质量和
效率
静电除尘
利用静电作用使尘埃带 电后被吸附到电极上，
达到除尘目的
静电复印
利用静电潜像形成可见 图像的过程，实现文件
快速复制
静电纺丝
利用静电场力作用使高 分子溶液或熔体拉伸成
纤维的过程
03
恒定电流与电路基础知识
电流产生条件及方向规定
电流产生条件
导体两端存在电压差，形成电场 ，使自由电子定向移动形成电流
。
电流方向规定
正电荷定向移动的方向为电流方向 ，负电荷定向移动方向与电流方向 相反。
电流强度定义
单位时间内通过导体横截面的电荷 量，用I表示，单位为安培（A）。
欧姆定律与非线性元件特性
01
02
03
欧姆定律内容
在同一电路中，通过导体 的电流跟导体两端的电压 成正比，跟导体的电阻成 反比。
联系专业电工进行处理。
THANKS
感谢观看
特点介绍
正弦交流电具有周期性、连续性、可变性等 特点。其电压和电流的大小和方向都随时间 作周期性变化，且波形为正弦曲线。
三相交流电传输优势分析
传输效率高
三相交流电采用三根导线 同时传输电能，相比单相 交流电，其传输效率更高 ，线路损耗更小。
由于磁场变化而产生的感应电动势。 其大小与磁通量变化的快慢有关，即 与磁通量对时间的导数成正比。
自感和互感现象在生活生产中应用
自感现象
当一个线圈中的电流发生变化时，它所产生的磁通量也会发生变化，从而在线圈自身中 产生感应电动势。自感现象在电子线路中有着广泛的应用，如振荡电路、延时电路等。
静电现象在生活生产中应用
静电喷涂
利用静电吸附原理进行 喷涂，提高涂层质量和
效率
静电除尘
利用静电作用使尘埃带 电后被吸附到电极上，
达到除尘目的
静电复印
利用静电潜像形成可见 图像的过程，实现文件
快速复制
静电纺丝
利用静电场力作用使高 分子溶液或熔体拉伸成
纤维的过程
03
恒定电流与电路基础知识
电流产生条件及方向规定
电流产生条件
导体两端存在电压差，形成电场 ，使自由电子定向移动形成电流
。
电流方向规定
正电荷定向移动的方向为电流方向 ，负电荷定向移动方向与电流方向 相反。
电流强度定义
单位时间内通过导体横截面的电荷 量，用I表示，单位为安培（A）。
欧姆定律与非线性元件特性
01
02
03
欧姆定律内容
在同一电路中，通过导体 的电流跟导体两端的电压 成正比，跟导体的电阻成 反比。
联系专业电工进行处理。
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特点介绍
正弦交流电具有周期性、连续性、可变性等 特点。其电压和电流的大小和方向都随时间 作周期性变化，且波形为正弦曲线。
三相交流电传输优势分析
传输效率高
三相交流电采用三根导线 同时传输电能，相比单相 交流电，其传输效率更高 ，线路损耗更小。
2022电磁式电器结构及工作原理优秀ppt
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第1章
➢吸引线圈用以将电能转换为磁能，按通入电流种类不同分为交流电磁线圈 （矮胖型）和直流电磁线圈（瘦高型）。
➢根据线圈在电路中的连接方式，又分为串联线圈（电流线圈型）和并联线圈 （电压线圈）。
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（2）电磁机构工作原理
1） 反力特性
第1章
图1-2 电磁机构反力特性与吸力特性
a) 反力特性 b) 交流电磁机构吸力特性 c) 直流电磁机构吸力特性
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2） 吸力特性
➢ 交流电磁机构的吸力特性
第1章
➢直流电磁机构的吸力特性
交流电磁机构的吸力特性
3-反力特性 4-剩磁吸力特性
电磁式电器结构及工作原理
a) 、b)、c) 直动式电磁机构
d)、e) 拍合式电磁机构
（a)2反）力电➢特磁剩性机磁构b工的) 交作吸流原电理力磁特机构性吸力特性 c) 直流电磁机构吸力特性
直流电磁机构的吸力特性
1-衔铁 2-铁心 3-线圈
3）吸力特性与反力特性的配合
图1-3 电磁机构吸力特性与反力特性的配合
1-直流吸力特性 2-交流吸力特性 3-反力特性 4-剩磁吸力特性
第1章
电磁式电器结构及工作原理
1.电磁机构 （1）电磁机构结构型式
组成：吸引线圈、铁心、衔铁、空气隙。 动作：电流通入线圈产生磁场及吸力，通过气隙转 换成机械能，带动
衔铁运动使触头动作。
图1-1 常用电磁机构的结构形式
a) 、b)、c) 直动式电磁机构
d)、e) 拍合式电磁机
构
1-衔铁 2-铁心 3-线圈
第1章
➢吸引线圈用以将电能转换为磁能，按通入电流种类不同分为交流电磁线圈 （矮胖型）和直流电磁线圈（瘦高型）。
➢根据线圈在电路中的连接方式，又分为串联线圈（电流线圈型）和并联线圈 （电压线圈）。
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（2）电磁机构工作原理
1） 反力特性
第1章
图1-2 电磁机构反力特性与吸力特性
a) 反力特性 b) 交流电磁机构吸力特性 c) 直流电磁机构吸力特性
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2） 吸力特性
➢ 交流电磁机构的吸力特性
第1章
➢直流电磁机构的吸力特性
交流电磁机构的吸力特性
3-反力特性 4-剩磁吸力特性
电磁式电器结构及工作原理
a) 、b)、c) 直动式电磁机构
d)、e) 拍合式电磁机构
（a)2反）力电➢特磁剩性机磁构b工的) 交作吸流原电理力磁特机构性吸力特性 c) 直流电磁机构吸力特性
直流电磁机构的吸力特性
1-衔铁 2-铁心 3-线圈
3）吸力特性与反力特性的配合
图1-3 电磁机构吸力特性与反力特性的配合
1-直流吸力特性 2-交流吸力特性 3-反力特性 4-剩磁吸力特性
第1章
电磁式电器结构及工作原理
1.电磁机构 （1）电磁机构结构型式
组成：吸引线圈、铁心、衔铁、空气隙。 动作：电流通入线圈产生磁场及吸力，通过气隙转 换成机械能，带动
衔铁运动使触头动作。
图1-1 常用电磁机构的结构形式
a) 、b)、c) 直动式电磁机构
d)、e) 拍合式电磁机
构
1-衔铁 2-铁心 3-线圈
电器学-第三章资料
电器学 第三章 电磁机构理论
第一节 电磁结构的种类和特性
电磁机构：磁系统＋励磁线圈
磁系统：磁导体＋气隙
一、电磁铁： 电磁铁的定义：电磁铁是指通电后，对铁磁物质产
生吸力，将电能转化为机械能的电器或电器部件。 电磁铁的组成：由线圈、导磁体和反力弹簧组成。 电磁铁的分类原则与类型：
1、按衔铁运动方式分：直动式和转动式； 2、按导磁体形状分：U形、E形和螺管式； 3、按线圈电流种类分：直流和交流电磁铁； 4 、线圈连接方式：并联线圈和串联线圈。
（1）动作过程：由触动阶段tc和吸合运动tx阶段组成。前者的衔 铁是静止不动的，其时间是指自电磁系统的线圈接上电源起到衔 铁开始运动间的时间，用tc表示；而后者的衔铁吸合，动作时间用 tx表示，动作时间td = tc+tx 。
（2）释放过程：分为开始释放时间tk和返回运动时间tf两段，释放 时间ts =tk+tf。
ln
2 0l
k k2
1
k d 2 r12 r22 2r1r2
当x＞4R时，
2 0l
ln 2d
R
第五节 气隙磁导和磁导体磁阻的计算
可查表得到计算公式： 例:
2
0R
1
r 2 R2
第五节 气隙磁导和磁导体磁阻的计算
二、分隔磁场法 :
1、分析对象： 气隙较大、边缘磁通不能忽略的情况； 2、分隔磁场法的原理： 是把包括边缘磁通在内的全部气隙磁通，按其可能的路径分割成若干个 有简单几何形状的磁通管。先分别计算每个磁通管的磁导，再将并联的 磁通管磁导相加，结果即为所求的磁导。 （1）每一个磁通管的磁导，可由其平均截面积和平均长度之比决定，即
一.归算漏磁导 对于直流或串励交流磁路，磁动势为恒值; 对于交流（并励）磁路，磁链是恒值。
第一节 电磁结构的种类和特性
电磁机构：磁系统＋励磁线圈
磁系统：磁导体＋气隙
一、电磁铁： 电磁铁的定义：电磁铁是指通电后，对铁磁物质产
生吸力，将电能转化为机械能的电器或电器部件。 电磁铁的组成：由线圈、导磁体和反力弹簧组成。 电磁铁的分类原则与类型：
1、按衔铁运动方式分：直动式和转动式； 2、按导磁体形状分：U形、E形和螺管式； 3、按线圈电流种类分：直流和交流电磁铁； 4 、线圈连接方式：并联线圈和串联线圈。
（1）动作过程：由触动阶段tc和吸合运动tx阶段组成。前者的衔 铁是静止不动的，其时间是指自电磁系统的线圈接上电源起到衔 铁开始运动间的时间，用tc表示；而后者的衔铁吸合，动作时间用 tx表示，动作时间td = tc+tx 。
（2）释放过程：分为开始释放时间tk和返回运动时间tf两段，释放 时间ts =tk+tf。
ln
2 0l
k k2
1
k d 2 r12 r22 2r1r2
当x＞4R时，
2 0l
ln 2d
R
第五节 气隙磁导和磁导体磁阻的计算
可查表得到计算公式： 例:
2
0R
1
r 2 R2
第五节 气隙磁导和磁导体磁阻的计算
二、分隔磁场法 :
1、分析对象： 气隙较大、边缘磁通不能忽略的情况； 2、分隔磁场法的原理： 是把包括边缘磁通在内的全部气隙磁通，按其可能的路径分割成若干个 有简单几何形状的磁通管。先分别计算每个磁通管的磁导，再将并联的 磁通管磁导相加，结果即为所求的磁导。 （1）每一个磁通管的磁导，可由其平均截面积和平均长度之比决定，即
一.归算漏磁导 对于直流或串励交流磁路，磁动势为恒值; 对于交流（并励）磁路，磁链是恒值。
《电磁学》PPT课件
磁场
由运动电荷（电流）产生的特 殊物理场，描述磁极间的相互
作用。
电场性质
对放入其中的电荷有力的作用， 且力的方向与电荷的电性有关。
磁场性质
对放入其中的磁体或通电导线 有力的作用，且力的方向与电
流方向及磁场方向有关。
库仑定律与高斯定理
库仑定律
描述真空中两个静止点电荷之间的相 互作用力，与电荷量的乘积成正比， 与距离的平方成反比。
超导材料在电磁领域应用前景
01
超导材料的基本特 性
零电阻、完全抗磁性Fra bibliotek02超导材料在电磁领 域的应用
超导磁体、超导电缆、超导电机 等
03
超导材料应用前景 展望
高温超导材料、超导电子学器件 等
太赫兹技术发展现状和挑战
太赫兹技术的概念和特点
介于微波和红外之间的电磁波
太赫兹技术发展现状
太赫兹源、太赫兹探测器、太赫兹波谱仪等
05
电磁波传播与辐射理论
麦克斯韦方程组内容解读
麦克斯韦方程组的四个基本方程
01
高斯定律、高斯磁定律、麦克斯韦-安培定律、法拉第感应定律。
方程组的物理意义
02
揭示了电荷、电流与电场、磁场之间的内在联系，描述了电磁
场的产生、传播和变化规律。
方程组在电磁学中的地位
03
是电磁学的基石，为电磁波理论、电磁辐射和天线设计等领域
实例分析
通过具体磁路实例，如电磁铁、变压器等，分析磁路的结构、工作原理和性能特点。
铁磁材料特性及应用领域
铁磁材料特性
具有高磁导率、低矫顽力、高饱和磁感应 强度等特点，易于实现磁化和退磁。
VS
应用领域
广泛应用于电机、变压器、继电器、扬声 器等电气设备中，以及磁记录、磁放大等 领域。
电器学——湖南大学课件2013第三章 电磁机构理论
电机中的并励、串励等
f q(v B) dF I (dl B)
它要用于制造自动及通信装置中的变压器、继电器以及在弱磁 场中有特高磁导率的电磁元件。 (4)高频软磁材料 主要是习惯上称为铁淦氧的铁氧体。它是铁的 氧化物与其他金属氧化物烧结而成的。其相对磁导率仅数千， 但矫顽力小(数V/m)、且电阻率比铁大数百万倍。它适用于高 频弱电电磁元件。 (5)非晶态软磁合金 它是液体过渡态的合金，其磁性能与坡莫合
第一篇 电器的理论基础
第一节 电磁机构的种类和特性
第三章 电磁机构理论
反力特性种类
1 反力不随气隙变化而变化 直动式衔铁的重力；
2 反力随气隙直线变化 预压力的弹簧；
3 反力随气隙成折线变化 带触头和弹簧的电器
第一篇 电器的理论基础
第一节 电磁机构的种类和特性
第三章 电磁机构理论
第一篇 电器的理论基础
物质的磁性分类： 根据固体中电子与外部磁场之间交互作用的 性质与强度，将材料分为5类：
内部磁场
与外部无响
与外部磁场有强烈的相互作用： 铁磁性 亚铁磁性 X≥1
第一篇 电器的理论基础
第二节 磁性材料及其基本特性
第三章 电磁机构理论
二、磁化曲线与磁滞回线
磁性物质因磁化产生的磁场是不会无限制增加的，当外 磁场(或激励磁场的电流)增大到一定程度时，全部磁畴都 会转向与外场方向一致。这时的磁感应强度将达到饱和值。 B0 是真空情况下的磁 感应强度； B B BJ B0 H O B，μ B μ H
第一篇 电器的理论基础 第二节 磁性材料及其基本特性
第三章 电磁机构理论
•以去磁的磁性材料磁化所得的B=f(H)曲线称为起始磁化曲线。 •自此曲线开始饱和的c点开始退磁、即减小磁场强度，由于过程是不可逆的， B值将沿 ce段变化。对应c点的B值以Bs表示，称为饱和磁感应; •对应e点(H值已减小到零)的B值以Br表示，称为剩余感应。 •欲使B值减小到零，就需要施加反向磁场，而B值将沿ef段变化。对应于B=0这一点f的磁 场强度称为矫顽力-Hc。 •Bs值、Br值以及-Hc值是磁性材料的主要特征参数。
f q(v B) dF I (dl B)
它要用于制造自动及通信装置中的变压器、继电器以及在弱磁 场中有特高磁导率的电磁元件。 (4)高频软磁材料 主要是习惯上称为铁淦氧的铁氧体。它是铁的 氧化物与其他金属氧化物烧结而成的。其相对磁导率仅数千， 但矫顽力小(数V/m)、且电阻率比铁大数百万倍。它适用于高 频弱电电磁元件。 (5)非晶态软磁合金 它是液体过渡态的合金，其磁性能与坡莫合
第一篇 电器的理论基础
第一节 电磁机构的种类和特性
第三章 电磁机构理论
反力特性种类
1 反力不随气隙变化而变化 直动式衔铁的重力；
2 反力随气隙直线变化 预压力的弹簧；
3 反力随气隙成折线变化 带触头和弹簧的电器
第一篇 电器的理论基础
第一节 电磁机构的种类和特性
第三章 电磁机构理论
第一篇 电器的理论基础
物质的磁性分类： 根据固体中电子与外部磁场之间交互作用的 性质与强度，将材料分为5类：
内部磁场
与外部无响
与外部磁场有强烈的相互作用： 铁磁性 亚铁磁性 X≥1
第一篇 电器的理论基础
第二节 磁性材料及其基本特性
第三章 电磁机构理论
二、磁化曲线与磁滞回线
磁性物质因磁化产生的磁场是不会无限制增加的，当外 磁场(或激励磁场的电流)增大到一定程度时，全部磁畴都 会转向与外场方向一致。这时的磁感应强度将达到饱和值。 B0 是真空情况下的磁 感应强度； B B BJ B0 H O B，μ B μ H
第一篇 电器的理论基础 第二节 磁性材料及其基本特性
第三章 电磁机构理论
•以去磁的磁性材料磁化所得的B=f(H)曲线称为起始磁化曲线。 •自此曲线开始饱和的c点开始退磁、即减小磁场强度，由于过程是不可逆的， B值将沿 ce段变化。对应c点的B值以Bs表示，称为饱和磁感应; •对应e点(H值已减小到零)的B值以Br表示，称为剩余感应。 •欲使B值减小到零，就需要施加反向磁场，而B值将沿ef段变化。对应于B=0这一点f的磁 场强度称为矫顽力-Hc。 •Bs值、Br值以及-Hc值是磁性材料的主要特征参数。
第7讲 电磁机构理论(一)
一、磁路的基本定律 磁路的基尔霍夫第一定律
∑φ = 0
∑ Hl = ∑ IN
磁路的基尔霍夫第二定律 二、磁路的参数与等效磁路
ห้องสมุดไป่ตู้
RM =
UM
φ
φ 1 Λ= = RM U M
三、磁路的特点 1.磁路是非线性的 2.泄漏磁通导致的误差大 3.泄漏磁通主要集中于导磁体之间 4.磁路是分布性的 5.磁通不是实体，无能量损耗与交换 四、磁路计算的任务 1.设计任务-正求任务 2.验算任务-反求任务
三、铁损和损耗曲线 铁损：交流励磁时，磁导体中因磁滞和涡流现象导致的功率损耗 影响铁损的因素：励磁电流的频率、磁感应强度
四、磁性材料 (一)软磁材料：电工纯铁、硅钢、高磁导率合金、高频软磁材料 (二)硬磁材料 ：铸造铝镍钴系及粉末烧结铝镍钴系材料、钡、锶 和铁的氧化物烧结的铁氧体材料、稀土钴系材料、钕铁硼
第一节 电磁机构的种类和特性
电磁机构的种类 按励磁电流种类：直流和交流 按励磁方式：并励、串励、含永久磁铁及交直流同时磁化 按结构形式：内衔铁式 和外衔铁式 一、吸引特性 吸引特性(吸力特性)：电磁力F与衔铁位移x或工作气隙δ的 关系F=f(δ) 特性。 静态吸引特性和动态吸引特性
内衔铁式电磁机构的吸引特性
电磁机构的机械特性
a)脱扣器特性 b)起重特性 c)弹簧特性
第二节 磁性材料及其基本特性
一、磁畴、各向异性和居里点 磁畴、 磁畴：磁性材料内部能自发地磁化到饱和状态的小区域 各向异性：沿不同方向磁化的难易程度不同 居里点：磁性消失点 二、磁化曲线与磁滞回线 起始磁化曲线：以去磁的磁性材料磁化所得的B=f(H)曲线 基本磁化曲线：由许多不饱和对称磁滞回线顶点连接而成的曲线 磁滞回线：正反向饱和充磁形成的闭合曲线 去磁曲线：磁滞回线位于第二象限的部分
∑φ = 0
∑ Hl = ∑ IN
磁路的基尔霍夫第二定律 二、磁路的参数与等效磁路
ห้องสมุดไป่ตู้
RM =
UM
φ
φ 1 Λ= = RM U M
三、磁路的特点 1.磁路是非线性的 2.泄漏磁通导致的误差大 3.泄漏磁通主要集中于导磁体之间 4.磁路是分布性的 5.磁通不是实体，无能量损耗与交换 四、磁路计算的任务 1.设计任务-正求任务 2.验算任务-反求任务
三、铁损和损耗曲线 铁损：交流励磁时，磁导体中因磁滞和涡流现象导致的功率损耗 影响铁损的因素：励磁电流的频率、磁感应强度
四、磁性材料 (一)软磁材料：电工纯铁、硅钢、高磁导率合金、高频软磁材料 (二)硬磁材料 ：铸造铝镍钴系及粉末烧结铝镍钴系材料、钡、锶 和铁的氧化物烧结的铁氧体材料、稀土钴系材料、钕铁硼
第一节 电磁机构的种类和特性
电磁机构的种类 按励磁电流种类：直流和交流 按励磁方式：并励、串励、含永久磁铁及交直流同时磁化 按结构形式：内衔铁式 和外衔铁式 一、吸引特性 吸引特性(吸力特性)：电磁力F与衔铁位移x或工作气隙δ的 关系F=f(δ) 特性。 静态吸引特性和动态吸引特性
内衔铁式电磁机构的吸引特性
电磁机构的机械特性
a)脱扣器特性 b)起重特性 c)弹簧特性
第二节 磁性材料及其基本特性
一、磁畴、各向异性和居里点 磁畴、 磁畴：磁性材料内部能自发地磁化到饱和状态的小区域 各向异性：沿不同方向磁化的难易程度不同 居里点：磁性消失点 二、磁化曲线与磁滞回线 起始磁化曲线：以去磁的磁性材料磁化所得的B=f(H)曲线 基本磁化曲线：由许多不饱和对称磁滞回线顶点连接而成的曲线 磁滞回线：正反向饱和充磁形成的闭合曲线 去磁曲线：磁滞回线位于第二象限的部分
电磁机构
磁通分相
分磁环
44
分磁环的作用
当两股磁通所产生电磁吸力的合力最小值大于 反力，衔铁就不会发生振动。
由于合力中仍含有交变分量，有脉动现象存在。
45
三相电磁机构的电磁吸力
三个励磁线圈分别套在三个铁心柱上，接到三相电 源的三相上。它们产生的合力为
F = FA + FB + Fc
{ } ( ) ( ) =1 2
基尔霍夫第一定律 ∑Φmi=0 式中Φmi---第i支路正弦磁通的幅值
基尔霍夫第二定律 ∑ФiZ Mi=∑ijNj 式中Nj---第j个线圈的匝数
电磁感应定律 E=-jωNΦm
式中E---是感应电动势的有效值
39
电磁机构的吸力计算
能量平衡公式 适用于气隙较大时的吸力计算
忽略漏磁和铁心磁阻 考虑铁心磁阻 考虑漏磁
气隙磁导
磁场分割法
考虑磁通的边缘效应， 估计磁通可能路径，把 磁场分割成若干规则的 磁通管，以解析法求出 各个分割部分磁导。
Λδ = Λ0 + 2(Λ1 + Λ1' + Λ3 + Λ3' ) + 4(Λ5 + Λ7 )
26
磁导体的磁阻
直流励磁：磁导体内无功率损耗，只有磁阻 RM = l/µA = Hl / Ф
5
电磁机构的种类和特性
电磁机构的特性
吸力特性 直动式电磁铁 电磁力F = f﹙δ﹚ 转动式电磁铁 电磁力矩M = f﹙α﹚ 静态吸力特性：在电路参数不变的条件下获得
动态吸力特性：在电路参数变化的条件下获得 ﹙衔铁运动过程中﹚
6
电磁机构的种类和特性
反力特性
电磁机构的衔铁在运动中是克服机械负载
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外加交变磁场作用造成
与励磁电流的频率和磁滞回线的面积成正比
铜耗
焦耳热的反应，如铜等
损耗曲线
图3－8
铁损与磁感应强度和频率的函数
02.12.2020 实验曲线
15
4） (铁)磁性材料
软磁材料
矫顽力小，小到百分之几A/m 磁滞回线较窄 磁导率不高，剩磁也不大——磁滞现象不明显
硬磁材料
10
2）磁化曲线和磁滞回线
原始/起始磁化曲线
磁性材料去磁后，H逐步增大，B也逐步增大的曲线
图3－6中的oc段
膝点a和oa段
磁化通过磁畴界壁转移进行
不消耗能量，过程可逆
磁导率μ为常数，且与磁场强度H无关(B＝ μH)
膝部ab段
大部分磁畴趋向外磁场方向
消耗能量，过程不可逆
巴克豪森效应
电器学
第六讲 电磁机构理论
概述
电磁机构
构成：磁系统＋励磁线圈
磁系统：磁导体＋气隙
作用
输入：电测量元件
驱动机构：能量转换
灭弧装置的磁吹源
独立设备或元件
自动储能机构、电磁离合器等
牵引电磁铁、制动电磁铁、起重电磁铁等
能量过程
做功：电——磁——力——功和机械能
控制：电——磁——力——指令
一、各类（静态）吸引特性
图3－1
注意：止座结构对吸力特性的影响
图3－2 静态吸力特性的成立条件
电路参数始终保持不变 或者运动过程无限慢
吸力特性与能量特性 P70
衔铁的运动实质就是其做功的过程
02.12.2020
5
动态特性分析
电流、磁通、磁链、吸力、速度等与气隙或时间之间 的关系
矫顽力大，达数十万A/m 磁滞回线较宽 最大磁能积（BH ）大 可制作永磁铁
经适当充磁后，能长久保持较强的磁性
02.12.2020
16
软磁材料种类
电工纯铁
电解铁、羊炭基铁、工程纯铁 仅作为直流电磁机构的磁导体
硅钢
硅元素的作用：P73 适用于：交流电磁机构
高磁导率合金
逆磁性材料
氢、铜等：磁导率略小于真空
(铁)磁性材料特点：磁导率高或极高 非线性磁特性：
磁感应强度B和磁场强度H
02.12.2020
8
电磁学回顾
磁感应强度B（T）
因材料而异：磁导率单位H/m ＝与其垂直的单位电流元所受的力 毕奥－沙伐尔定律
磁场强度H（A/m）
FI(dlB)
B 0I
剩磁（ห้องสมุดไป่ตู้、k点）：H＝0时的磁感应强度B
02.12.2020 矫顽力（f、m点）：B＝0时的磁场强度H
13
2）磁化曲线和磁滞回线
注意：
交流磁化曲线和直流磁化曲线不同 交流磁滞回线和直流磁滞回线不同
P73
实际使用的磁化曲线——基本/平均磁化曲线
图3－7 若干不饱和对称磁滞回线顶点连接而成 原始/起始磁化曲线仅是实验室状态下的曲线
电磁系统的工作循环
参考：图3－3 电流：Ic、Iw、Ib 动作过程——对应td＝tc＋tx
触动阶段——对应tc
尚未克服反作用力
吸合运动阶段——对应tx
吸力大于反作用力 或者吸力总功大于反作用力总功
释放过程
开释阶段：吸力大于反作用力 返回运动阶段：吸力小于反作用力
02.12.2020
6
1、电磁结构的种类和特性
机械特性/反力特性
本质：负载特性 与吸力特性的统一
衔铁的吸合：电磁吸力为主 释放和复合：反作用力为主
参考图3－4
02.12.2020
7
2、磁性材料及其基本特性
常用(铁)磁性材料
铁、镍、钴、钇 合金 特点：磁导率为真空的几百甚至几千倍
顺磁性材料
空气、铝等：磁导率比真空略大
磁化呈阶梯现象
磁畴突然转向产生感应电动势，出现响声
μ特别大：较小的外磁场变化可导致较大的磁感应
某处出现磁导率的最大值μmax
02.12.2020
11
2）磁化曲线和磁滞回线
饱和段bc
未转向磁畴很少 需要消耗更多能量和更强的外磁场 磁导率μ减小
饱和状态c点及以后
所有磁畴方向与外磁场一致——饱和 磁导率接近真空 过程可逆
注意：
任一种磁性材料的磁化曲线均因工艺、结构、工作 环境而不同，没有固定的函数关系
02.12.2020
14
3）铁损和损耗曲线
铁损
因磁滞和涡流现象导致的功率损耗
正比于：磁通密度的平方
正比于：磁通交变频率的1.2~1.3次方（磁滞回线变宽）
涡流：感应电流围绕磁通呈现的旋涡状流动
磁滞损耗
02.12.2020
12
2）磁化曲线和磁滞回线
原始磁化曲线
去磁的磁性材料磁化过程
图3－6中的oc段（过程不可逆）
此时，逆向的H变化会使B沿ce曲线变动
磁滞回线
图3－6中的基本闭合的外围曲线、图3－7
多次重复后，达到稳定状态的磁化过程
磁滞：B的变化总迟于H
主要特征参数
饱和磁感应Bs（c点）
4 B H
dl r0 l r2 H I
4
dl r0 l r2
毕奥－沙伐尔定律
磁场计算以H计算较为方便 磁压降(磁路的欧姆定律)：
b
Uab
Hdl
a
安培(全电流)定律：
i l Hdl
磁通计算：
BA BdA
磁场强度H的含义：
单位长度磁路上消耗的磁势
02.12.2020 单位长度磁路上的磁压降
02.12.20磁20 性材料及其基本特性，设计方法
2
1、电磁结构的种类和特性
分类
励磁电流
直流、交流（单相、三相）；
励磁方式
并励、串励、永久磁铁、交直流同时磁化；
结构形式
内衔铁 图3－1 —— 动铁心在线圈中 外衔铁 图3－2 —— 动铁心在线圈外
运动方式
直动式、转动式
02.12.2020
3
1、电磁结构的种类和特性
基本特性
能量转变：电能－力和机械功
(静态)吸力特性
F＝f(δ) 或者 M＝f(a)
此时是假定衔铁运动无限缓慢得到的特性
动态吸力特性
考虑运动过程的时间轴
机械特性/反力特性
反作用力：衔铁运动时所克服的机械负载的阻力Fr
Fr＝f(δ)
02.12.2020
4
1、电磁结构的种类和特性
9
2、磁性材料及其基本特性（ P71）
磁畴
铁磁物质内部磁场范围的相对独立的天然磁化区 排列杂乱以致总体对外呈无磁性 外界磁场作用下形成一致对外磁性——否则无磁性
可磁化至饱和状态
各向异性：图3－5
磁化的方向性
居里点
临界温度值
磁性材料在此温度或以上，磁畴消失，变为顺磁材 料
02.12.2020