电磁感应原理与磁路分析
《磁路学习报告》
《磁路学习报告》磁路学习报告1. 引言磁路学是电磁学中的重要分支，研究磁场在不同形状和材料中的传输和变化。
它是电磁场理论的基础，也是电磁设备设计与应用的重要基础知识。
在这篇磁路学习报告中，我将介绍和探讨磁路学的基本概念、原理和应用，并分享我对这一主题的理解和观点。
2. 磁路学基本概念磁路是由导磁体组成的环形通路，磁场在其中传输和变化。
在磁路中，磁感应强度（磁场强度）与磁通量存在一定的关系，通过斯托克斯定理和安培环路定理可以得到磁场的一些重要性质和规律。
在磁路学中，磁路的参数包括磁阻、磁通量和磁势等，它们相互之间存在着一定的关系，通过这些参数可以描述和分析磁路的特性。
3. 磁路学基本原理磁路学的基本原理是麦克斯韦方程组在磁场较弱的情况下的近似解。
其中，麦克斯韦方程组中的法拉第电磁感应定律和安培定律对于磁路学的研究非常重要。
通过这些原理，我们可以推导出磁路中的磁场分布和磁场强度等重要参数，为磁路的设计和分析提供了理论基础。
4. 磁路学的应用磁路学在电磁设备的设计和应用中有着广泛的应用。
在电力系统中，通过磁路学的分析可以优化变压器的设计和运行，提高电能传输的效率。
在电机和发电机设计中，磁路学可以帮助我们分析磁场分布和磁场强度的均匀性，提高电机的性能和效率。
磁路学还可以应用于磁记录、磁传感器等领域，为电子技术和通信技术提供支持。
5. 我的观点和理解在学习和研究磁路学的过程中，我体会到了其在电磁学领域的重要性和应用价值。
磁路学的基本概念和原理为我们理解和分析磁场的传输和变化提供了理论基础，为电磁设备的设计和应用提供了指导。
我认为，磁路学的深入研究和应用可以进一步推动电磁技术在工业和科学领域的发展，对于提高电力传输和转换的效率和可靠性具有重要意义。
6. 总结和回顾磁路学是电磁学中的重要分支，研究磁场在不同形状和材料中的传输和变化。
通过研究磁路学的基本概念和原理，我们可以深入理解磁场的特性和规律，为电磁设备的设计、优化和应用提供理论基础。
第三章磁场及电磁感应-PPT
第四节 铁磁性物质
生活中使用螺丝刀拧螺钉时,螺丝刀上得螺钉很容 易掉下来。这时只需把螺丝刀放在磁铁(如音箱扬声器) 上摩擦几下就可以把螺丝吸起来。但就是当拿磁铁去 吸铜钥匙时,无论如何铜钥匙根本就吸不起来,您知道产 生这些现象得原因吗？
一、铁磁物质得磁化 1、物质分类 根据磁导率得大小不同,可将物质分成三类:略大于1 得物质称为顺磁物质,如空气、铝、锡等;略小于l得物 质称为反磁物质,如氢、铜、石墨等;顺磁物质与反磁物 质统称为非铁磁物质。远大于1得物质称为铁磁性物质, 如铁、钴、镍、硅钢、铁氧体等。
第一节 磁场
在磁场中可以利用磁感
线(也称为磁力线)来形象地表 示各点得磁场方向。所谓磁 感线,就就是在磁场中画出得 一些曲线,曲线得疏密程度表 示磁场得强弱;曲线上每一点 得切线方向,都跟该点得磁场 方向相同,如右图所示。
磁感线及磁场方向
若磁体周围磁场得强弱相等、方 向相同,我们把它定义匀强磁场,如右 图所示。
罗盘
第一节 磁场
一、磁场 1、磁体 某些物体具有吸引铁、钴、镍 等物质得性质叫磁性。具有磁性得 物体叫磁体。磁体分为天然磁体与 人造磁体。常见得条形磁铁、马蹄 形磁铁与针形磁铁等都就是人造磁 体,如右图所示。
2、磁极 磁体两端磁性最强,磁性最强得地方叫 磁极。任何磁体都有一对磁极,一个叫南极 ,用S表示;另一个叫北极,用N表示,如右图 所示。N极与S极总就是成对出现并且强度 相等,不存在独立得N极与S极。
常见人造磁铁 磁针得指向
第一节 磁场 当用一个条形磁铁靠近一个悬挂得小磁针(或条形磁铁)时,如
图所示。我们发现:当条形磁铁得N极靠近小磁针得N极时,小磁针N 极一端马上被排斥;当条形磁铁得N极靠近小磁针得S极时,小磁针S 极一端立刻被条形磁铁吸引。
电机学中的基本电磁定理
i2
i3
l
其中 H： 磁场强度，安/米(A/m)
dl
注：若i与l符合右手螺旋关系， 取正号，否则取 负号 。其中大拇指所指为i的方向，四指为l方向。 如图示为: ∑ i = i1 + i2 - i3
当气隙长度δ远远小于两侧 的铁心截面的边长时， 铁心和 气隙中为均匀磁场，则
F Ni H FelFe H
其中 F=Ni：磁路的磁动势 HFelFe：铁心上的磁压降 Hδ δ ：气隙上的磁压降
带气隙的铁心磁路
注：i 与 l 符合右手螺旋关系,电机学中习惯大拇指所 指为 l 的方向，四指为多匝线圈中 i 方向。
设有向回路 l 与圆 环的中心圆重合，则沿 着回线 l 磁场强度 H 处 处相等且其方向处处与 回线切线方向相同（称 为均匀磁场），同时闭 合回线所包围的总电流 由通有电流 i 的 N 匝线 圈提供，则：
e blv
运动电势的方向习惯用右手定则确定，如图所示。
2.3. 电磁力定律
载流导体在磁场中要受到电磁力，在导体与磁场 垂直的情况下，若导体中电流为i，导体长度为l，导 体所在处的磁通密度为b，则电磁力为：
f bli
注：电磁力方向由左手定则决定
电机的基本作用原理
三个定律，一个定理 1）安培环路定律（全电流定律）：电流在任一导 体中流通，则该导体周围将有磁场产生。 2）电磁感应定律：任一线圈中键链的磁通发生变 化，则在该线圈中将有感应电势产生。
3）电磁力定律：任一载流导体在磁场中将受力的 作用。
4）能量守恒定理：输入能量 = 输出能量 + 损耗能 量
电机的可逆运行原理
机械功率
发电机 电动机
第一章 磁路
第一章磁路电机是一种机电能量转换装置，变压器是一种电能传递装置,它们的工作原理都以电磁感应原理为基础，且以电场或磁场作为其耦合场。
在通常情况下，由于磁场在空气中的储能密度比电场大很多，所以绝大多数电机均以磁场作为耦合扬。
磁场的强弱和分布，不仅关系到电机的性能，而且还将决定电机的体积和重量；所以磁场的分析扣计箅，对于认识电机是十分重要的。
由于电机的结构比校复杂，加上铁磁材料的非线性性质，很难用麦克斯韦方程直接解析求解；因此在实际工作中．常把磁场问题简化成磁路问题来处理。
从工程观点来说，准确度已经足够。
本章先说明磁路的基本定律，然后介绍常用铁磁材料及其性能，最后说明磁路的计算方法。
1-1 磁路的基本定律一、磁路的概念磁通所通过的路径称为磁路。
图1—1表示两种常见的磁路，其中图a为变压器的磁路，图b为两极直流电机的磁路。
在电机和变压器里，常把线圈套装在铁心上。
当线圈内通有电流时、在线圈周围的空间(包括铁心内、外)就会形成磁场。
由于铁心的导磁性能比空气要好得多，所以绝大部分磁通将在铁心内通过，并在能量传递或转换过程中起耦合场的作用，这部分磁通称为主磁通。
围绕裁流线圈、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。
主磁通和漏磁通所通过的路径分别构成主磁路和漏磁路，图1—l中示意地表出了这两种磁路。
用以激励磁路中磁通的载流线圈称为励磁线圈(或称励磁绕组)，励磁线圈中的电流称为励磁电流(或激磁电流)。
若励磁电流为直流，磁路中的磁通是恒定的，不随时间而变化，这种磁路称为直流磁路；直流电机的磁路就属于这一类。
若励磁电流为交流(为把交、直流激励区分开，本书中对文流情况以后称为激磁电流)，磁路中的磁通随时间交变变化，这种磁路称为交流磁路；交流铁心线圈、变压器和感应电机的磁路都属于这一类。
二、磁路的基本定律进行磁路分析和计算时，往往要用到以下几条定律。
安培环路定律 沿着任何一条闭合回线L ，磁场强度H 的线积分值dlH L∙⎰ 恰好等于该闭合回线所包围的总电流值∑i ，(代数和)．这就是安培环路定律(图l —2)。
磁场与电磁感应
第三章磁场与电磁感应 一、概述：（一）、磁场与磁路1、 磁体和通电导体周围存在着磁场。
磁场具有力和能的特性，描述磁场强与弱以及磁场方向常用磁力线。
磁力线在磁体外部从N 极到S 极，在磁体内部从S 极到N 极形成闭合曲线。
磁力线密集的地方磁场强，磁力线稀疏的地方磁场弱，磁力线上某点切线方向为该点磁场方向。
N 、S 分别为磁体的指北极（简称北极）和指南极（简称南极），同性磁极相斥，异性磁极相吸。
2、 通电直导线的磁力线方向与电流方向之间的关系可用右手螺旋定则Ⅰ来确定；通电螺旋管的磁场方向与电流方向之间的关系可用右手螺旋定则Ⅱ来确定。
3、 描述磁场的主要物理量有：磁通、磁感应强度、磁导率、磁场强度。
4、 了解铁磁材料、磁路、磁路欧姆定律、会计算磁阻。
（二）、电磁感应1、 当导体相对磁场作切割磁力线运动或线圈中磁通发生变化时就会在导体中引起电动势，这种现象称为电磁感受应，由电磁感应产生的电动势称为感受应电动势，由感应电动势引起的电流称为感应电流。
2、 计算感应电动势大小可用法拉第电磁感应定律，判别感应电动势的方向可用楞次定律。
3、 当电路中含有两个或两个以上相互耦合的线圈时，若在某一线圈中通以交变电流，则该电流所产生的交变磁通会在其他线圈中产生感应电动势，这种现象称为互感现象。
由互感引起的感应电动势称为互感电动势。
互感电动势的大小与方向可根据同名端来判别。
4、 互感线圈的联接分为顺串、反串；顺并和反并。
变压器就是利用互感原理工作的电磁元件。
5、 R —L 电路接通或断开直流电源（接通或断开称为换路），其换路前和换路后的电流不变，即)()(00-+=t i t i L L其中t0为换路时刻。
换路后电流的变化速度与时间常数RL=τ有关，τ的单位为秒。
二、知识要点：（一）磁场与磁路1、磁场，凡有磁力作用的空间称为磁场，磁场是一种特殊物质，具有力和能的特性。
（1）磁现象○1磁性：物体吸引铁磁性物质的性质。
磁路分析
IN F l / S Rm 式中：F=IN 称为磁动势，此为产生磁通的激励； Rm 为磁阻，是磁路对磁通具有阻碍作用的物理量； l 为磁路的平均长度； S 为磁路的截面积。
上式与电路中的欧姆定律在形式上相似，与磁路对照如下： 磁 I N 路 电 路
+ –
磁动势 F 磁通 Φ 磁感应强度B 磁阻 R= l / S
• 磁场强度 H 是计算磁场时常用的物理量，也是 矢量。它与磁感应强度矢量的关系为
H B/
工程上常根据安培环路定律来确定磁场与电流 的关系
l
H dl I
上式左侧为磁场强度矢量沿闭合回线的线积分；右 侧是穿过由闭合回线所围面积的电流的代数和。 电流的符号规定为：闭合回线的围绕方向与电流成 右旋系时为正，反之为负。
以环形线圈为例，计算线圈内的磁场强度。
线圈内为均匀媒质，取磁力线 作为闭合回线，且以磁场强度 的方向为回线的绕行方向。于 是 x Nhomakorabea
l
H dl H x l x 2x H x
而
S I
Hx
其中N 为线圈的匝数；Hx 是半径为 x 处的磁场强度 。 乘积 I N 是产生磁通的原因，称为磁动势，用F 表示。
的关系来定义。
当然，对磁感应强度的定义也可从运动电荷的角 度进行定义。
q I l l qv t
I
S
Fmax B qv
B
N
Fmax
B
I
F
l
B
l
三个矢量也构成右旋系关系。 同理，v、B 和 F
如洛仑兹力公式所表示
F qv B
• §6-1 磁路及其分析方法 • §6-2 交流铁心线圈电路 • §6-3 变压器 • §6-4 电磁铁
磁场和磁路知识点总结
磁场和磁路知识点总结一、磁场基础概念1. 磁场的概念磁场是物质周围或者物质内部存在的空间,该空间内每一点都存在着磁力的作用，通常用B表示。
磁场是物质所具有的最基本的物理性质之一。
在物质中,由于电子自身的自转产生了绕轨道上前进的电流,而电流则产生磁场。
这就是原子、分子和物质微观结构形成的原因，说明了磁场的实质。
2. 磁感线磁感线是用来表示磁场的一种图示法，即表现磁场的方向、强度和区域的一种方法。
3. 磁场强度磁场强度，通常由H表示，是磁场介质内任一点单位长度磁体磁化，产生的磁场强度。
二、磁路的概念1. 磁路的概念磁路是由磁路主体和磁路气隙两个组成部分构成的。
它是闭合的，但绕封闭轮廓的电动机是有励磁的，则没有完全闭合磁路。
在不同的电供电压下，发生不同的电磁能量转化，是电机工作的基础。
2. 磁路设计的基本要求磁路设计是指设计电磁设备的磁路结构，又称磁路设计。
磁路设计的基本要求有很多，包括各种要素的选择及组合。
磁路设计应该是可以促进和推动电机效果，使电机保持最高效率的设计。
3. 磁路的分析磁路分析是为了定量计算磁路中各种参数的影响，及时发现磁路中可能存在的问题，进行技术分析和处理。
三、磁场与磁路的关系1. 磁场与磁路之间的联系磁场与磁路是相互联系的，磁场的产生、存在和变化，必然需要磁路作为周围环境。
反之，磁路中磁通的变化也必然会引起周围磁场的变化。
这种联系是磁场和磁路的关系。
2. 磁路与效应磁场与磁路的关系，不仅是在实际电磁设备中产生电机效应，磁路中的参数对于电磁设备的性能起着至关重要的作用。
任意一点的磁场强度、磁感应强度、磁通、磁势等都至关重要，同时又与磁路中各种参数有关。
不同的磁路、磁场产生和变化的结果，最终会在转换和作用电机效果过程中得到充分的体现，所以这点和电磁学颇为类似。
四、磁路的基本参数1. 磁路的导磁系数磁路的导磁系数，是磁路中的物质对磁通的相对通过能力。
磁路中磁通的大小是取决于磁路导磁系数的。
电机学 第1章 磁路基础知识
1.1
1.2
磁路和磁路基本定律 铁磁材料及其特性
南通大学《电机学》
磁路基础知识
1.1磁路和磁路基本定律 1.1.1描述磁场的基本物理量
1、磁感应强度B（磁密） 2、磁通 3、磁导率：表示物质导磁能力强弱的物理量 真空磁导率0=4×10-7H/m 铁磁材料磁导率 >>0 4、磁场强度H=B/
南通大学《电机学》
dΨ dt
为负，而e为正，将企图增加磁链。
磁路基础知识
1.1.2电磁感应定律
线圈磁链的变化，可以有以下两种不同的方式： 若磁场由交流电流产生，则磁通随时间变化，所产 生的电动势称为变压器电动势。
若通过线圈的磁通不随时间变化，但线圈与磁场之 间有相对运动，也会引起线圈磁链的变化，所产生 的电动势称为运动电动势。
南通大学《电机学》
磁路基础知识
1.1.2电磁感应定律
若电动势、电流和磁通的正方向如图所示，则感应电 动势可表示为
e dΨ dt
或
e N
dΦ dt
必须指出：在建立上式时，各电、磁 量的正方向十分重要，其物理概念是： 线圈中的感应电动势倾向于阻止线圈 中磁链的变化。
dΨ
1、磁链正向增加， d t 为正，而e为负值，将企图减少磁链； 2、磁链正向减少，
南通大学《电机学》 磁路基础知识
1.1.5磁路的基尔霍夫定律
1、磁路的基尔霍夫第一定律 闭合面A显然有：
－ Φ1＋ Φ 2＋ Φ 3＝ 0
A
i
N
即：
Φ＝ 0
2
1
3
图1-4 磁路的基尔霍夫第一定律
穿出(或进入)任一闭合面的总磁通量恒等于零(或 者说，进入任一闭合面的磁通量恒等于穿出该闭 合面的磁通量)
第二章 磁与电磁
2、闭合开关，当拨动滑动变阻器滑片，使一 次线圈中的电流迅速增加或迅速减少时，电流计指 针发生偏转，表明二次线圈回路中有感应电流。
结论：当穿过闭合回路的磁能量发生变化时， 回路中就有感应电流产生。
本质分析：
1、第一种说法：V↑↓（
Ｉ） ２、Φ
↑↓
V↑↓
Ｓ↑↓
Φ↑↓
Ｉ
所以无论是导体做切割磁力线运动还是磁通量 发生变化本质统一的，结果是一致的。
—— 左手定则
l
I
B
F
第三章 电磁现象和磁路
第六节 磁场对通电导体的作用力
二、平行载流直导体间的相互作用力
法国物理学家安培（1775—1836）发现，平行导线 间有相互作用力。 B1 F12 F B2 F2 F1 B1
B2
当电流方向相同时是吸引力 当电流方向相反时是排斥力
例题
如图所示，两根互相平行的通电直导体，给它们通以相 同方向的电流，它们将互相吸引还是排斥？
电磁感应：
磁转化为电的现象称 电磁感应。
A
N
B
运动方向(1) 运动方向(2)
感应电动势：
-
+
S
由电磁感应现象产生的电动势。
第三章 电磁现象和磁路
第七节 电磁感应
一、直导体中的感应电动势 （一）导体切割磁力线产生感应电流 （二）直导体中感应电动势方向的判定 右手定则：
平伸右手，拇指 与其余四指垂直，使 磁力线穿过手心，拇 指的指向表示导体的 运动方向，其余四指 的指向就是感应电动 势的方向。
第三章 电磁现象和磁路
第七节 电磁感应
（四）楞次定律-----判断感应电动势（电流） 的方向
在1834年，德国科学家楞次首先发现确定感应电流 方向普遍适用的规律，即楞次定律。
电流传感器的工作原理
电流传感器的工作原理电流传感器是一种用于测量电流的装置，它能够将电流转化为可测量的电信号。
电流传感器广泛应用于电力系统、工业自动化和电子设备中，用于监测和控制电流。
一、电流传感器的基本原理电流传感器的工作原理基于安培定律，即通过导体的电流与周围磁场之间存在着一种相互作用关系。
电流传感器利用这种相互作用关系来测量电流。
常见的电流传感器有两种工作原理：电磁感应原理和霍尔效应原理。
1. 电磁感应原理电磁感应原理是基于法拉第电磁感应定律。
当电流通过导线时，会产生一个磁场，而磁场的强度与电流的大小成正比。
电流传感器利用线圈和铁芯构成一个磁路，当被测电流通过线圈时，线圈中的磁场会产生磁通量变化，进而在线圈中感应出一个电压信号。
通过测量这个电压信号的大小，可以间接测量电流的大小。
2. 霍尔效应原理霍尔效应是指当导体中有电流通过时，垂直于电流方向的磁场会在导体两侧产生一种电势差。
这种现象被称为霍尔效应。
电流传感器利用霍尔元件来感应电流，并将电流转化为电压信号。
通过测量产生的电压信号的大小，可以间接测量电流的大小。
二、电流传感器的结构和特点电流传感器的结构和特点可以根据不同的工作原理来进行描述。
1. 电磁感应型电流传感器电磁感应型电流传感器通常由线圈和铁芯组成。
线圈绕在铁芯上，当被测电流通过线圈时，线圈中的磁场会使铁芯磁化，从而改变铁芯的磁导率。
这种磁导率的变化会导致线圈中感应出一个电压信号。
电磁感应型电流传感器的特点是测量范围广、响应速度快、精度高，但对外部磁场的干扰较敏感。
2. 霍尔效应型电流传感器霍尔效应型电流传感器通常由霍尔元件和磁路组成。
当被测电流通过霍尔元件时，霍尔元件感应出的电压信号与电流成正比。
霍尔效应型电流传感器的特点是响应速度快、精度高、抗干扰能力强，但测量范围相对较小。
三、电流传感器的应用领域电流传感器广泛应用于各个领域，以下是一些常见的应用领域：1. 电力系统监测与控制电力系统中的电流传感器用于监测和控制电流，确保电网的稳定运行。
中职电工基础(高教版)课件：第4章 磁与电磁感应02
4.3磁路的欧姆定律 一、磁路磁通所经过的路径叫做磁路。
如图1所示为几种常见磁路形式。
利用铁磁材料可以尽可能地将磁通集中在磁路中，与电路相比，漏磁现象比漏电现象严重的多。
全部在磁路内部闭合的磁通叫做主磁通。
部分经过磁路，部分经过磁路周围物质的闭合磁通叫做漏磁通。
为了计算简便，在漏磁不严重的情况下可将其忽略，只计算主磁通即可。
二、磁路的欧姆定律如果磁路的平均长度为L ，横截面积为S ，通电线圈的匝数为N ，磁路的平均长度为L ，线圈中的电流为I ，螺线管内的磁场可看作匀强磁场时，磁路内部磁通为 S L NI S LNI HS μμμ===Φ 一般将上式写成欧姆定律得形式，即磁路欧姆定律m m R F =Φ（式中 F m ——磁通势，单位是安培，符号为A ；R m ——磁阻，单位是][1利亨，符号为H -1； 图1 磁路Ф——磁通，单位是韦[伯]，符号为Wb 。
其中，NI F m =，它与电路中的电动势相似， S L R m μ=，它与电阻定律S L R ρ=相似。
小结表1 磁路与电路的比较磁 路电 路 磁通势NI F m =电动势E 磁通Ф电流I 磁阻S L R m μ=电阻S L R ρ= 磁导率μ 电阻率ρ磁路欧姆定律mm R F =Φ 电路欧姆定律R E I =4.4 电磁感应现象& 4.5 电磁感应定律一、电磁感应现象1、引言：英国物理学家法拉第坚信，电与磁决不孤立，有着密切的联系。
为此，他做了许多实验，把导线放在各种磁场中想得到电流需要一定的条件，他以坚韧不拔的意志历时10年，终于找到了这个条件，从而开辟了物理学又一崭新天地。
2、产生感应电流的条件观察提问：A、研究对象：由导体AB，电流表构成的闭合回路，磁场提供：蹄形磁铁。
B、AB做切割磁感线运动，可见电流表指针偏转，结论：1、像这样利用磁场产生电流的现象叫做电磁感应现象，用电磁感应的方法产生的电流，叫感应电流。
2、闭合回路中的一部分道理在磁场中作切割磁感线运动时，回路中有感应电流。
第一章磁路
铁磁物质的磁导率
非铁磁材料的磁导率接近真空磁导率0 ，铁 磁材料的磁导率比非铁磁材料的磁导率大得多， 即 0 。 常用铁磁材料的磁导率 铸钢： ≈1000 0 硅钢片：≈(6000 ~ 7000) 0 玻莫合金： ≈(20000 ~ 200000) 0
二、磁化曲线及磁滞回线
？？？
F Hl 159 0 .3 A 47 .7 A
励磁电流
iF
N
9.54 10 A
2
磁路的基本定律
磁路的基尔霍夫第一定律
磁路的基尔霍夫第一定律:穿出或进入 任一闭和面的总磁通量恒等于零(或者说, 进入任一闭合面的磁通量恒等于穿出该闭 合面的磁通量),这就是磁通连续性定律。
在电路中有电流时，就有功率损耗 I R ；而在直流磁路中，维持一 定的磁通量 ，铁心中没有功率损耗。
2
在电路中可以认为电流全部在导线中流过，导线外没有电流，在 磁路中，则没有绝对的磁绝缘体，除了铁心中的磁通外，实际上总 有一部分漏磁通散布在周围的空气中。 电路中导体的电阻率 在一定的温度下是不变的，而磁路中铁心 的磁导率 Fe却不是常值，它是随铁心的饱和程度大小而变化的。
2、磁路欧姆定律
对于一个等截面无分支的铁心磁路，如图 由于：Ф ＝∫ＢdＡ＝ＢＡ Ｈ＝Ｂ／μ F=Ｎi=Hl=(B/μ )l= Ф l/(μ A) 所以： F= ФRm
Ф i N A
Ф i N 磁路 A
F
磁路
Ф
Rm
相当于电路的欧姆定律： U= RI 模拟电路图如图。
模拟电路图 Ф F
Rm
公式:
- Φ1 Φ2 Φ3 0
Φ 0
Rm2
又称磁路的并联定律。
第01章电磁感应原理与磁路分析
-14-
第1章 电磁感应原理与磁路分析
2）饱和非线性段。如图1-7b中曲线2的b-c段，随着外磁场H 的增加，磁通密度B增大缓慢甚至基本不再增大， 这种现象称为 磁饱和。
图1-6 真空与非导磁材料的B-H曲线
-12-
第1章 电磁感应原理与磁路分析
2．导磁材料的磁导率 在导磁材料中，磁场强度H与磁通密度B的关系可表示为
B μ0 μr H
（1-8）
其中，r为导磁材料的相对磁导率。由于r 的值不是常数，因而
B与H之间的关系不是线性关系。这样，式（1-8）并没有实用价 值，而是用B-H曲线来表达它们之间的关系。
-13-
第1章 电磁感应原理与磁路分析
1.2.2 铁磁材料 为了提高材料的导磁能力，人们在寻求自然材料的同时，通
过人工合成的办法获得各种高导磁材料。铁磁材料（包括铁、钴、 镍以及它们的合金）具有比真空大数百倍到数千倍的磁导率，因 此常作为电机的磁性材料。铁磁材料的主要特性如下：
1. B-H曲线的饱和非线性 由于铁磁材料的磁化特性是非线性的， 通常用B-H曲线来表 示。图1-7a给出了几种典型铁磁材料的B-H曲线， 由此可见其特 性分为两段：
-19-
第1章 电磁感应原理与磁路分析
3．涡流特性及其损耗 对于硅钢片一类具有导电性的铁磁材料还有一个重要特性，
即在交变磁场的作用下，铁心中会出现涡流，并由此产生涡流损
耗。
如图1-10所示，由于铁心是 导电的，在交变磁通的作用下，
根据电磁感应定律，铁心中将产
磁与磁路感应
Φ Blvt e Blv t t
如果导体和磁感线之间有相对运动时，用右 手定则判断感应电流方向较为方便； 如果导线与磁感线之间无相对运动，只是穿 过闭合回路的磁通发生了变化，则用楞次定律来 判断感应电流的方向。
§4-6
自感
一、自感现象
合上开关，HL2比HL1 亮的慢
断开开关，灯泡闪亮一 下才熄灭
三、自感电动势
由Nφ=LI，有
N Φ = LI
Φ 代入 eL N ，可得 t
I eL L t
四、RL电路过渡过程
电感线圈与电容器相似，都是电路中的储能 元件。
开关SA刚刚闭合时，电流不可能一下子由零 变到稳定值，而是逐渐地增大；而当切断电源时， 电流也不是立即消失，而是逐渐减小而消失。
NΦ L I
L的单位是亨利，用H表示。常采用较小的 单位有毫亨(mH)和微亨（μH）。
线圈的电感是由线圈本身的特性决定的。线 圈越长，单位长度上的匝数越多，截面积越大， 电感就越大。有铁心的线圈，其电感要比空心线 圈的电感大得多。 有铁心的线圈，其电感也不是一个常数，称 为非线性电感。电感为常数的线圈称为线性电感。 空心线圈当其结构一定时，可近似地看成线性电 感。
各种电器的线圈中，一般都装有铁心以获得 较强的磁场。而且在设计时，常常是将其工作磁 通取在磁化曲线的膝部，还常将铁心制成闭合的 形状，使磁感线沿铁心构成回路。
三、磁滞回线
理想状态下的磁滞回线：
实际的磁滞回线：
磁感应强度B的变化落后于磁场强度H 的变化，这一现象称为磁滞。 铁心在反复磁化的过程中，由于要不 断克服磁畴惯性将损耗一定的能量，称为 磁滞损耗，这将使铁心发热。
用ΔΦ表示时间间隔Δt内一个单匝线圈 中的磁通变化量，则一个单匝线圈产生的 感应电动势的大小为
第三章磁路与电磁感应1
质的磁性有关。
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物质的磁性
1. 非磁性物质 非磁性物质分子电流的磁场方向杂乱无章，几乎
不受外磁场的影响而互相抵消，不具有磁化特性。
非磁性材料的磁导率都是常数，有：
0 r1 当磁场媒质是非磁性材料时，有： B( )
B=0H
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安培环路定律（全电流定律）
Hdl I
I1 H
式中： H d l 是磁场强度矢量沿任意闭合
I2
线(常取磁通作为闭合回线)的线积分；
I 是穿过闭合回线所围面积的电流的代数和。
安培环路定律电流正负的规定： 任意选定一个闭合回线的围绕方向，凡是电流方
向与闭合回线围绕方向之间符合右螺旋定则的电流
即有： Φ
NI l
F
Rm
S
式中：F=NI 为磁通势，由其产生磁通；
Rm 称为磁阻，表示磁路对磁通的阻碍作用； l 为磁路的平均长度；
S 为磁路的截面积。
2. 磁路的欧姆定律
若某磁路的磁通为，磁通势为F ，磁阻为Rm，则
F
Rm
此即磁路的欧姆定律。
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3. 磁路与电路的比较 磁路
磁通势F
磁通
磁感应强度B
磁阻 R m l
S
I
N
F NI
Rm
l
S
电路
电动势 E 电流 I 电流密度 J 电阻 R l
S
I
+
_E
R
I E R
E l
S
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电磁感应现象的内容
电磁感应现象的内容电磁感应现象：1、电磁感应原理：电磁感应现象是指当一个时变磁场在一个电导体中穿行时，就会诱导出一个电流在其中流动，这就是电磁感应现象。
其原理是，当一个时变磁勘在一个电导体中穿行时，由于磁场具有时变性，因此它会引起电导体负载上电流的变化，发生电磁感应效应，这也是磁性感应的机理。
2、电磁感应定律：电磁感应定律描述了时变磁场如何在电导体中产生电流，即电磁效应。
它包括两个方面：第一，它表明在电导体中有一个时变磁场激励，将会产生一个差不多相同的电流。
第二，它强调电磁感应的多重性，即说明了由时变磁场引起的电流强度与感应电场的极化方程成正比。
3、电磁感应时变：时变的磁场会在电导体中产生一个感应电流，这就是磁性感应的原理。
与磁场影响不同，感应电场受到电导体的影响很大，同样的磁场可能会在不同的电导体中产生不同的感应电流。
4、电磁感应电流与电场：电磁感应时变会产生一个感应电场，这个感应电场是指由电流而引起的电场。
电磁感应电流不仅受时变磁场的激励，也受到相邻的电路的影响，这样的电流可以引起电场的变化，并发生动态效应。
5、电磁感应导纳：导纳是一种特殊的磁性现象，它描述了时变电流流过线圈数量与感应磁势之间的关系。
它表明，当线圈内时变电流改变时，线圈内电磁感应性势也会发生变化，这极大地影响了磁路中电流的模拟处理。
6、电磁感应驱动：电磁感应驱动是利用电磁感应现象发电或控制机械。
其原理是在一个有磁芯的线圈中经过时变的电流，就会建立磁势及运动的转换系统，改变磁势，然后让机械移动或发生反向动作等。
电磁驱动具有无摩擦力、快速响应、高精度控制等优点，广泛应用在电力、汽车、机械制造等领域。
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图1-6 真空与非导磁材料的B-H曲线
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第1章 电磁感应原理与磁路分析
2．导磁材料的磁导率 在导磁材料中，磁场强度H与磁通密度B的关系可表示为
B μ0 μr H
（1-8）
其中，r为导磁材料的相对磁导率。由于r 的值不是常数，因而
B与H之间的关系不是线性关系。这样，式（1-8）并没有实用价 值，而是用B-H曲线来表达它们之间的关系。
在一根导体中通以电流i，则在导体周围空间的某一平面上产生
的磁场强度H为
H i
Hi l
lc
（1-1）
i
lc
H
i i
图1-1 载电导体产生的磁场
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第1章 电磁感应原理与磁路分析
如果载流导体是匝数为N的线圈（如图1-2），则上式可表 示为
H Ni l
i （1-2）
u
图1-2 通电线圈产生的磁场
-4-
F Bli
Ii
B l
N
S
F
Ii
B
N
S
F=0
（1-6）
图1-4 载流导体在磁场中的电磁力
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第1章 电磁感应原理与磁路分析
当导体与磁力线平形时，F = 0，在其他位置，导体所受的 力介于两者之间。电磁力的方向可由左手定则确定，图1-5给出 了F、B与i三者之间的方向关系。
载流导体在磁场中产生电磁力的原理
第1章 电磁感应原理与磁路分析 引言
自1831年法拉第发现电磁感应定律的100多年来，各种类型 的电机不断发明并广泛应用于我们生产和生活的方方面面，电 磁感应原理奠定了电机的理论基础。本章将讨论电磁感应原理 和磁路分析方法。
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第1章 电磁感应原理与磁路分析
1.1 电磁感应原理
众所周知，电和磁是自然界的两种现象，近代通过物理学 家的深入研究，发现了电和磁的一些基本规律以及它们之间的 联系。本节将概要地介绍电磁感应的基本概念和定律，作为学 习本课程的物理基础。
1.1.1 磁场 除了天然磁体会产生磁场外，人们发现在导体中通过电流
时会在其周围产生磁场，还进一步发现了由电产生磁场的一些 基本规律。
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第1章 电磁感应原理与磁路分析
1. 磁场强度和方向
由载流导体产生的磁场大小可用磁场强度H 来表示， 磁力
线的方向与电流的方向满足右手螺旋关系。如图1-1所示，假定
通常，电机设计时应使其磁路的铁磁材料工作在线性区。
2.0 硅钢
1.6 铸钢
1.2
0.8 铸铁
0.4
B
1
2
c
b a
B/T
0
0 1000 2000 3000 4000 5000 6000
O
H /（A/m）
a)
b)
图1-7 铁磁材料的B-H曲线
1）线性段。 如图1-7b中曲线2的O-a段，随着外磁场H的增 加，磁通密度B成正比的增加。此时B-H曲线近似为直线，铁磁材 料的磁导率基本不变，磁性材料工作在线性区；
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第1章 电磁感应原理与磁路分析
2）饱和非线性段。如图1-7b中曲线2的b-c段，随着外磁场H 的增加，磁通密度B增大缓慢甚至基本不再增大， 这种现象称为 磁饱和。
F
是电动机最重要的理论基础。
B
i
图1-5 F、B 与i 三者之间的方向关系
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第1章 电磁感应原理与磁路分析 1.2 导磁材料及其特性
由电磁感应原理可知，通过磁场的作用可以产生电或力， 因此各种电机的工作原理离不开磁场和磁性材料，磁性材料是 构成各种电机的关键材料。人们发现自然界有的材料具有导磁 的特性，称为导磁材料。而没有导磁特性的称为非导磁材料。 1.2.1 B-H 曲线
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第1章 电磁感应原理与磁路分析
1.2.2 铁磁材料 为了提高材料的导磁能力，人们在寻求自然材料的同时，通
过人工合成的办法获得各种高导磁材料。铁磁材料（包括铁、钴、 镍以及它们的合金）具有比真空大数百倍到数千倍的磁导率，因 此常作为电机的磁性材料。铁磁材料的主要特性如下：
1. B-H曲线的饱和非线性 由于铁磁材料的磁化特性是非线性的， 通常用B-H曲线来表 示。图1-7a给出了几种典型铁磁材料的B-H曲线， 由此可见其特 性分为两段：
第1章 电磁感应原理与磁路分析
2. 磁通密度 通常把穿过某一截面S 的磁力线根数被称为磁感应强度，
用磁通 来表示。在均匀磁场中，把单位面积内的磁通量称为
磁通密度B，且有
BΦ S
（1-3）
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第1章 电磁感应原理与磁路分析
1.1.2 电磁感应定律 1. 电磁感应定律 1831年，法拉第通过实验发现了电磁学中最重要的规律—
—电磁感应定律，揭示了磁通与电动势之间存在如下关系： 1）如果在闭合磁路中磁通随时间而变化，那么将在线圈中
感应出电动势； 2）感应电动势的大小与磁通的变化率成正比，即
e N d
dt
（1-4）
法拉第电磁感应定律奠定了电机学的理论基础。
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第1章 电磁感应原理与磁路分析
2. 导体在磁场中的感应电动势 电磁感应定律告诉我们，磁场的变化会产生感应电动势。
如果磁场固定不变，而让导体在磁场中运动，这时相对于导体
来说，磁场仍是变化的，因此根据法拉第定律，同样会在导体
中产生感应电动势。这种导体在磁场中运动产生的感应电动势
的大小由下式给出
v
B
e Blv
（1-5）
e
图1-3 e、B 与v三者之间的方向关系 -7-
第1章 电磁感应原理与磁路分析
3. 载流导体在磁场中的电磁力 如果在固定磁场中放置一个通有电流的导体， 则会在载流 导体上产生一个电磁力， 又称洛仑慈力或安培力。 如图1-4所 示，载流导体受力的大小与导体在磁场中的位置有关。 当导体 与磁力线方向垂直时，所受的力最大，这时电磁力F与磁通密度 B、导体长度l以及通电电流强度i成正比，即
磁性材料的磁场强度H与磁通密度B存在一定的关系，其关 系用图形表示称为B-H曲线，也称为磁化曲线， 是表示磁性材 料最基本的特性。
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第1章 电磁感应原理与磁路分析
1. 真空磁导率 在真空中，磁场强度H与磁通密度B成正比关系，即
B 0H
（1-7）
真空磁导率
0 ≈ 410-7 H/m
H 800 000B
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第1章 电磁感应原理与磁路分析
非导磁材料，比如铜、铝、橡胶和空气等，具有与真空相 近的磁导率，因此在这些材料中，磁场强度H与磁通密度B的关 系可用图1-6中的B-H曲线来表示。
2.0 1.6 1.2
BHale Waihona Puke T0.80.40 0 200 400 600 800 1000 1200
H /（A/m）