磁路的基本定律
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
磁路的基本定律
磁路的基本定律磁路的基本定律磁路是指由铁芯和线圈组成的电器元件，在电机、变压器、电磁铁等电气设备中广泛应用。
学习磁路的基本定律对于理解和分析这些设备的工作原理具有重要意义。
一、磁通量1.1 磁通量的定义磁通量是指通过一个闭合曲面内部的总磁场线数，通常用字母Φ表示，单位为韦伯（Wb）。
1.2 磁通量的计算公式根据高斯定理，一个闭合曲面内部的总磁场线数等于该曲面上法向量方向上的磁感应强度积分。
因此，可以用以下公式计算：Φ = ∫B·dS其中，B为磁感应强度（单位为特斯拉），dS为曲面微元（单位为平方米），积分范围为该闭合曲面内部。
二、安培环路定理2.1 安培环路定理的定义安培环路定理是指在一个闭合回路上，沿着任意一条路径积分得到的电流总和相等。
即：∮H·dl = I其中，H为磁场强度（单位为安培/米），dl为路径微元（单位为米），I为该回路内的电流（单位为安培）。
2.2 安培环路定理的应用安培环路定理可以用于分析磁路中的磁通量和磁场强度之间的关系。
例如，在一个闭合回路上，如果有一段铁芯，那么根据安培环路定理，该铁芯内部的磁场强度H应该等于该回路内部电流I所产生的磁通量Φ与铁芯长度l之比。
即：H = Φ / l三、法拉第电磁感应定律3.1 法拉第电磁感应定律的定义法拉第电磁感应定律是指当一个闭合线圈中的磁通量发生变化时，会在线圈中产生感应电动势。
即：ε = -dΦ/dt其中，ε为感应电动势（单位为伏特），Φ为线圈内部的磁通量，t为时间。
3.2 法拉第电磁感应定律的应用法拉第电磁感应定律可以用于分析变压器、发电机等设备中的工作原理。
例如，在一个变压器中，当一侧线圈中的交流电流产生变化时，会在另一侧线圈中产生感应电动势，从而实现电能的传输和变换。
四、磁化曲线4.1 磁化曲线的定义磁化曲线是指在给定条件下，磁通量Φ和磁场强度H之间的关系。
通常用图表或曲线表示。
4.2 磁化曲线的特点磁化曲线的形态取决于铁芯材料的性质和工作状态。
电机学第五版第1章 磁路
图1-9 基本磁化曲线
1.2 常用的铁磁材料及其特性
2.磁化曲线和磁滞回线
图1-10 电机中常用铁磁材料的基本磁化曲线 (图中的×0.1、×10、×100等分别表示把横坐标的读数乘0.1、乘10、乘100)
1.2 常用的铁磁材料及其特性
主磁路：主磁通所通过的路径。 漏磁路：漏磁通所通过的路径。 励磁线圈：用以激励磁路中磁通的载流线圈。 励磁电流：励磁线圈中的电流（若为交流，称为激磁电流）。
直流：直流磁路（例如：直流电机） 按电流性质分类
交流：交流磁路（例如：变压器 ）
1.1 磁路的基本定律
2.磁路的基本定律
分析和计算磁场时，常常要用到两条基本定律，一条是安 培环路定律，另一条是磁通连续性定律。把这两条定律应用到 磁路，可得磁路的欧姆定律和磁路的基尔霍夫第一和第二定律， 下面对这些定律作一说明。
1.1 磁路的基本定律
2.磁路的基本定律 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∲LH·dl恰好等于该 闭合回线所包围的总电流值 ∑i(代数和) 。
附图1-2,有：
图1-2 安培环路定律
1.1 磁路的基本定律
2.磁路的基本定律
磁路的欧姆定律 作用在磁路上的磁动 势等于磁路内的磁通量乘以磁阻。
矫顽力 要使B值从减小到零，必须加上 相应的反 向外磁场，此反向磁场强度Hc 称为矫顽力。
磁滞 铁磁材料所具有的这种磁通密度B 的变化滞后于磁场强度H变化的现象。源自图1-8 铁磁材料的磁滞回线
1.2 常用的铁磁材料及其特性
2.磁化曲线和磁滞回线 基本磁化曲线 对同一铁磁材料，选择不同的磁场强度进行反复磁化，
0磁性材料和磁路及磁路基本定律
在开关电源中的应用
在开关电源中,为减少直流滤波电感的体 积，有时用永磁－硬磁材料产生恒定磁 场抵消直流偏置。
磁性材料
18
软磁性材料(magnetically soft material) 剩磁弱、矫顽力小、初始磁导率高
软磁材料是指那些插入通电绕组中，材料被磁化， 使绕组周围的磁场大大加强，而一旦去掉外部磁化 电流，材料本身的磁性就非常小。
39
请家长和孩子自由交流
25
骨架
磁性材料
26
电感和变压器设计
Low profile transformer on PCB(平面变压器)
磁性材料
27
电感和变压器设计
DC/DC Converter with Integrated PCB Magnetics
磁性材料
28
磁性材料
常见软磁铁氧体的功率处理能力
功率 GU 14 GU 18 GU 22 GU 26 GU 30 GU 42 E I 35
3.铁镍合金
分坡莫合金(含镍量34%--80%)和波明伐合金(镍45%, 铁30%, 钴25%),
4. 软磁铁氧体
MO.Fe2O3, M代表Cu, Mn, Ni, Mg, Zn, Co等二价金属原子.
5. 非晶态和微晶态材料 分铁基和钴基两种.
磁性材料
21
常见软磁材料型材
POT CORE(罐形)
RM CORE
B=0 的磁场强度(magnetic field strength)称为矫顽力Hc (coercive force). 矫顽力是划分软磁, 永磁, 半硬磁材料的一个依 据.
磁性材料
软磁性材料 Hc < 1 — 10 Oe 永磁性材料 Hc = 102 — 104 Oe 半硬磁材料 Hc = 20 — 300 Oe
第一部分-磁路基本定律
❖ 1.1 概述 ❖ 1.2 电机发展简史 ❖ 1.3 电机中的基本电磁定律 ❖ 1.4 铁磁材料特性 ❖ 1.5 磁路基本定律及计算方法
2
❖ 广义： ▪ 实施电能生产、传输、使用和电能特性 变换的机械和装置。
❖ 狭义： ▪ 电机是基于电磁感应定律、电磁力定律 （能进行电磁感应），由电路和磁路所 构成，能进行机电能量转换或信号变换 的电磁机械装置。
❖ 3、力结构材料铸钢、铸铁、钢板等
8
❖ 电能生产——由同步发电机生产； ❖ 高压输电——由升压变压器将发电机发出的电压升高
到输电电压再输送； ❖ 降压用电——由降压变压器将输来的高压电降为所需
低电压，供给用电设备； ❖ 生产机械的拖动——由各种电动机实现； ❖ 控制系统中的信号转换——由各种控制电机完成。
13
1. 全电流定律—安培环路定律
LH dl I
i1 i2 i3 dl
式中，若电流的正方
向与闭合回线L的环行方 向符合右手螺旋关系时，
H
L
i取正号，否则取负号。
L H • dl i1 i2 i3
14
❖ l和l’，两积分路径结果相同：
15
❖ 闭合回路中的磁通量随时间发生变化，该线圈中必然 有感应电势产生，称这种现象为电磁感应。
29
❖ 磁化曲线定义：将一块尚未磁化的铁磁材料进行磁化， 当磁场强度H由零逐渐增大时，磁通密度B将随之增大， 得到曲线B=f(H)。
t
Nv
x
eT
ev
e Blv
感应电动势的方向_右手定则
22
❖ 载流导体在磁场中要受到力的作用——电磁力。 ❖ 左手定则
F Bli
2020年6月29日星期一
23
电机学第1章磁路
涡流损耗
铁芯是有阻值的，当磁通交变时，铁芯中就会感应交变的电 势，进而在铁心内引起环流。这些环流通作涡流状流动，称 为涡流涡流引起的损耗，称为涡流损耗。
pw k w f B
2
2 m
思考：如何尽量减小涡流损耗？
• 为减小涡流损耗， 电机和变压器的铁 心都用含硅量较高 的薄硅钢片叠成。
后于磁场强度变化，通常在电机内也可理解为磁通落后于 激磁电流的现象，称为磁滞现象）。
磁滞回线：磁场强度H缓慢地循环变化，B－H曲线封 闭曲线 • 磁滞现象是铁磁材料的另一个特性。
B
Bm
b
a
Br
Hc
c f e
Hc
H
Hm
Hm
d
Bm
图1-7 铁磁材料的磁滞回线
基本磁化曲线：
对同一铁磁材料，选择不同的磁场强度进行反复 磁化，可得一系列大小不同的磁滞回线，再将各 磁滞回线的顶点联接起来，所得的曲线。
2.磁化曲线和磁滞回线
磁化曲线：将一块尚未磁化的铁磁材料进行磁化，当磁 场强度H由零逐渐增大时，磁通密度B将随之增大， 得到曲线B=f(H)。 特性：①具有高的导磁性能；②磁化曲线呈非线性（饱 和特性）它的磁化曲线具有饱和性，磁导率μFe不 是常数，且随H的变化而变化。 磁滞回线在oa段：当H增大→B增大，但B增大速度较慢 在ab段：当H增大→B增大，B增大速度快； 在bc段：B随H增大的速度又较慢； 在cd段：为磁饱和区（又呈直线段）。其中拐弯点b称 为膝点；c点为饱和点。 • 过了饱和点c，铁磁材料的磁导率趋近μ0。
R
k
mk
Fm
• 磁路和电路的比拟仅是一种数学形式上的类似、 而不是物理本质的相似。
第五章磁路与变压器
A*
A*
X
X
a* x
a x*
i
F1
A •
Xi a
• x
F2
A •
X a•
x
i
F1
A •
Xi a
x 同名端
•
F2
A •
X a
x•
同名端
二、线圈的接法 电器使用时两种电压（220V/110V）的切换：
1
*
3
*
2
4
220V： 联结 2 －3
110V： 联结 1 －3，2 －4
两种接法下线圈工作情况的分析
220V：联结 2 －3
i
1 10 *
N
3
U 220
*
2
N
4
励磁
i10
2
N
Φ m
U220 4.44 f (2N )Φm
Φ m
U 220
4.44 f 2N
220V：联结 2 －3
Φ m
U 220
4.44 f 2N
110V：联结 1 －3，2 －4
i10 1
*
1,3
3
U 110
*
2
2,4
4
U110 4.44 f (N )Φm
按绕组数分: 双绕组、多绕组及自耦变压器。
二. 构造
变压器铁心: 硅钢片叠压而成。 变压器绕组: 高强度漆包线绕制而成。 其它部件: 油箱、冷却装置、保护装置等。
线圈 铁心
铁心
壳式变压器
线圈 心式变压器
单相变压器的基本结构
i1 Φ
u1
铁芯
i2
u2 RL
原边 绕组
副边 绕组
电机学第一章 磁路
H
随着磁场强度H的增大，饱和程度增加，μFe减 小，Rm增大，导磁性能降低.
B
c b
B = f ( H)
d
μFe = f ( H )
a
B = μ0 H
H
设计电机和变压器时，为使主磁路内得到较大的 磁通量而又不过分增大励磁磁动势．通常把铁心 内的工作磁通密度选择在膝点附近
B
c b
膝点 饱和点
B = f ( H)
四、铁心损耗
1．磁滞损耗
定义: 铁磁材料置于交变磁场中时，磁畴相 互间不停地摩擦、消耗能量、造成损耗，这种 损耗称为磁滞损耗。 公式: n h h m
p = C fB V
应用:由于硅钢片磁滞回线的面积较 小，故电机和变压器的铁心常用硅钢片叠成。
2．涡流损耗
¾涡流：铁磁材料在交变磁场将 有围绕磁通呈蜗旋状的感应电动 势和电流产生，简称涡流。 ¾涡流损耗：涡流在其流通路径 上的等效电阻中产生的I2R损耗 称为涡流损耗。 ¾涡流损耗与磁场交变频率f， 厚度d和最大磁感应强度Bm的平 方成正比，与材料的电阻率成反 比。 ¾要减小涡流损耗，首先应减小 厚度，其次是增加涡流回路中的 电阻。电工硅钢片中加入适量的 硅，制成硅钢片，显著提高电阻 率
表1.1 磁路和电路对比表 序 号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 电 基本物理量 或基本定律 电 流 电 压 电 阻 电 导 电流密度 电导率 基尔霍夫 第一定律 基尔霍夫 第二定律 欧姆定律 路 符号或 定义 I U R=l/(γA) G=1/R J=I/A 单位 A V Ω S A/m2 S/m 磁 路 单 位 Wb A 1/H H Wb/m2(T) H/m 基本物理量或 符号或 基本定律 定义 磁 通 φ F 磁动势 磁 阻 磁 导 磁通密度 磁导率 磁通连续性 原理 Rm=l/(μA)
磁路及交流铁心线圈
1．磁路的欧姆定律
式中
为磁阻,
2．磁路基尔霍夫第一定律
3．磁路基尔霍夫第二定律
为磁导。
二、交流铁芯线圈
励磁电流为直流时，称为直流铁心线圈（如直流电磁铁、 直流继电器的线圈），当励磁电流为交流时，称为交流铁心线 圈（如交流电机、变压器的线圈）。
i
+
– e
u –
e+–+
N
主磁通 ：通过铁心闭合的 磁通。 与i不是线性关系。
O
到饱和值，这种现象称为磁 饱和性。从图中还可看出B 和H不成正比，所以磁性材 料的μ不是常数。
H
磁性材料的磁化曲线
（3）磁滞特性 若将磁性材料进行周期性磁化，磁感应强度 B随磁场强
度H 变化的曲线称为磁滞回线，如图所示。
从图中可见，当 H 已减到零 时， B 并未回到零值，而等于 Br 。这种磁感应强度滞后于磁场
磁路及交流铁心线圈
一、磁路及其基本定律
（一）磁路的概念 磁力线所通过的路径称为磁路。磁路主要由具有良好导 磁性能的磁性材料构成，如：硅钢片，铸铁等。
i1
u1 e1Βιβλιοθήκη N1N2e2
当线圈（通常被称为励磁线圈或励磁绕组）中通入电 流（通常被称为励磁电流）时，在线圈周围会形成磁场， 由于铁心的导磁性能比空气要好得多，所以绝大部分的磁 通将在铁心内通过，我们称它为主磁通或工作磁通；同时 有少量磁通会通过空气交链，我们称它为漏磁通，工程中 通常忽略不计。主磁通和漏磁通所通过的路径分别称为主 磁路和漏磁路。
或
3. 磁场强度H 磁场强度是计算磁场时所用的一个物理量，它也是个 矢量，根据安培环环路定理，沿任意闭合路径，磁场强度 的线积分等于该回路所包围的导体电流的代数和。
磁路的基本概念和基本定律
磁路的基本概念和基本定律在很多电工设备（象变压器、电机、电磁铁等）中，不仅有电路的问题，同时还有磁路的问题，这一章，我们就学习磁的相关知识。
一、磁铁及其性质：人们把物体能够吸引铁、钴等金属及其合金的性质叫做磁性，把具有磁性的物体叫做磁体（磁铁）。
磁体两端磁性最强的区域叫磁极。
任何磁体都具有两个磁极，而且无论把磁体怎样分割总保持有两个异性磁极，也就是说，N极和S极总是成对出现的。
与电荷间的相互作用力相似，磁极间也存在相互的作用力，且同极性相互排斥，异极性相互吸引。
1．1磁场与磁感应线磁铁周围和电流周围都存在磁场。
磁场具有力和能的特征。
磁感应线能形象地描述磁场。
它们是互不交叉的闭合曲线，在磁体外部有N极指向S极，在磁体内部由S极指向N极，磁感应线上某点的切线方向表示该点的磁场方向，其疏密程度表示磁场的强弱。
1．2描述磁场的物理量：磁感应强度B：在磁场中垂直于磁场方向的通电导线所受电磁力F与电流I和导线有效长度L的乘积IL的比值即为该处的磁感应强度，即B＝F/IL，单位：特斯拉。
磁感应强度是表示磁场中某点磁场强弱和方向的物理量，它是一个矢量，它与电流之间的方向关系可用右手螺旋定则来确定。
磁通∮：磁感应强度B和与它垂直方向的某一截面积S的乘积，称为通过该面积的磁通，即∮＝BS，由上式可知，磁感应强度在数值上可以看作与磁场方向相垂直的单位面积所通过的磁通，故又称为磁通密度，单位是伏.秒，通常称为“韦”。
磁通∮是描述磁场在空间分布的物理量。
磁导率u是说明媒体介质导磁性能的物理量。
1．3定则电流与其产生磁场的方向可用安培定则（又称右手螺旋法则）来判断。
安培定则既适用于判断电流产生的磁场方向，也可用于在已知磁场方向时判断电流的方向。
1.直线电流产生的磁场，以右手拇指的指向表示电流方向，弯曲四指的指向即为磁场方向。
2.环形电流产生的磁场：以右手弯曲的四指表示电流方向，拇指所指的方向即为磁场方向。
3．通电导体在磁场内的受力方向，用左手定则来判断。
第一讲、 概述 磁路基本定律
i
交流磁路磁通随时间变化
例如:变压器 交流电机
漏磁通
1.3磁路的基本定律
2．硬磁(永磁)材料 定义:磁滞回线宽、剩磁和矫顽力都很大的铁磁 材料称为硬磁材料，又称为永磁材料。
附图1-11b
根据滞回曲线和磁化曲线的不同，大致分成三类： (1)软磁材料
矫顽磁力较小，磁滞回线较窄。 (电机变压器铁心)
(2)永磁材料
矫顽磁力较大，磁滞回线 较宽。
(3)矩磁材料
剩磁大而矫顽磁力小， 磁滞回线为矩形。 (记忆元件)
Φ
铜损使线圈发热 铁损使铁心发热
减小铁损耗的方法
① 使用软磁材料减小Ph ② 增大铁心的电阻率 减小涡流及其损耗 ③ 用很薄的硅钢片叠成铁心 减小涡流及其损耗
0.35mm 0.30mm 0.27mm 0.22mm
(a) Φ
(b)
涡流损耗
磁路的概念:磁通所通过的路径
在电工技术中，利用磁性物质的高导磁性，制成一定形状的导磁的路径，可以认为磁通将主要集中在这个路径 内闭合，这个路径是磁通的主要路径。而周围空间磁通很少，它们在铁心外通过空气隙闭合，这是磁通的次要 路径。
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大得多
磁 路
磁性物质的磁性能?
（1） 高导磁性 （2） 磁饱和性 （3） 磁滞性
（1） 高导磁性
高磁导率的成因：
铸钢： ≈1 000 0 硅钢片： ≈ ( 6 000 ~ 7 000) 0 玻莫合金： 比 0 大几万倍。
示意图1-9
为了便于磁路计算，实际工程中应用基本磁化曲线（平均磁化 曲线）进行磁路计算。每种磁性材料的平均磁化曲线是确定的
磁化曲线
磁性物质的分类
电机及拖动基础知识要点复习
电机及拖动基础知识要点复习电机复提纲第一章：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：XXX。
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。
铁心损耗：1、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、换向：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、直流电机的应用：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：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。
cpt-01磁路
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。 膝点：磁化曲线开始拐弯 的b点，亦称为饱和点。
Hl Ni
2、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 Rm l /(A)
F Rm
作用在磁路上的磁动势为铁心磁路上的安匝数，即 F Ni 根据安培环路定律
F Ni Hl
磁通量Φ等于磁通密度乘以面积
磁场强度等于磁通密度除以磁导率
矫顽力——要使磁密从Br减小到0， 需外加一个方向的外磁场，此反 向外磁场的强度成为矫顽力Hc
3、基本磁化曲线
对同一铁磁材料，选择不同的Hm反复磁化，得到不同 的磁滞回线。将各条回线的顶点连接起来，所得曲线称为 基本（平均）磁化曲线。
磁路计算时所用的 磁化曲线都是基本磁化 曲线。
三、铁磁材料
1、软磁材料
F Hl 159 0.3A 47.7A
47.7 2 iF/N A 9.54 10 A 500
3、磁路的基尔霍夫定律 （1）磁路的基尔霍夫电流定律（磁通连续性定律/第一）
在磁路中，穿出或进入任何一闭合面的总磁通恒等于零
1 2 3 0
或
0
（2）磁路的基尔霍夫电压（第二）定律
沿任何闭合磁路的总磁动势恒等于各段磁位降的代数和
Ni H k lk H1l1 H 2 l 2 H 1 Rm1 2 Rm2 Rm
磁路的三个基本定律
磁路的三个基本定律一、磁路的欧姆定律1. 内容- 磁路中的磁通Φ（单位为韦伯，Wb）与磁动势F（单位为安匝，At）成正比，与磁阻R_m（单位为H^-1）成反比，即varPhi=(F)/(R_m)。
2. 相关概念- 磁动势F：磁动势是产生磁通的激励，等于线圈的匝数N与通过线圈的电流I 的乘积，即F = NI。
例如，一个线圈匝数为100匝，通过的电流为2A，则磁动势F=100×2 = 200安匝。
- 磁阻R_m：磁阻表示磁路对磁通的阻碍作用，它与磁路的长度l（单位为米，m）成正比，与磁路的横截面积S（单位为平方米，m^2）和磁导率μ（单位为亨/米，H/m）成反比，即R_m=(l)/(μ S)。
例如，对于一段长度l = 0.5m，横截面积S=0.01m^2，磁导率μ = 4π×10^-7H/m的磁路，其磁阻R_m=(0.5)/(4π×10^-7)×0.01≈3.98×10^7H^-1。
二、磁路的基尔霍夫第一定律（磁通连续性定律）1. 内容- 对于磁路中的任一闭合面，进入该闭合面的磁通等于离开该闭合面的磁通，即∑varPhi = 0。
2. 理解与示例- 这一定律类似于电路中的基尔霍夫电流定律。
例如，在一个有分支的磁路中，假设一个节点处有三条磁路分支，磁通分别为varPhi_1、varPhi_2和varPhi_3，如果规定进入节点为正，离开节点为负，则varPhi_1-varPhi_2-varPhi_3 = 0。
也就是说，磁通在磁路的节点处是连续的，不会凭空产生或消失。
三、磁路的基尔霍夫第二定律（安培环路定律的推广）1. 内容- 在磁路的任一闭合回路上，磁动势的代数和等于各段磁路磁压降（Hl，其中H为磁场强度，单位为安/米，A/m）的代数和，即∑ F=∑ Hl。
2. 相关概念与示例- 磁场强度H：磁场强度与磁导率μ和磁感应强度B（单位为特斯拉，T）的关系为B = μ H。
电机学：第一章 磁路2
主要内容：磁路基本定律，铁磁材料及交、直流磁路。
1-1磁路的基本定理
一、磁路的概念 同电流流过的路径称为电路一样，磁通经过的路径为磁路。 利用导磁性能良好的铁磁物质构成磁路。例如在电机、变压
器等设备中，应用铁磁物质制成一定的形状的磁路，使磁场主要 在这部分空间内分布。如图分别为变压器和直流电机的磁路。
用直流励磁 用交流励磁
磁路中磁通恒定 磁路中磁通交变
直流磁路 直流电机 交流磁路 变压器、感应电机
二、磁路的基本定律
磁路的基本定律有 安培环路定律，磁路的欧姆定律，磁路的基尔霍 夫第一定律，磁路的基尔霍夫第二定律。 1、安培环路定理（或称全电流定理）
在磁路中沿任一闭合路径L，磁场H的线积分等于该闭合回路所包围 的总电流，即：
基尔霍夫第二定律
Ni Hl Rm
电动势 E=IR 电流 I 电阻 R=L/σA =ρL/A 电导 G=1/R
电导率
欧姆定律 I= E R
基尔霍夫第一定律 i 0
基尔霍夫第二定律
e iR
电路与磁路的不同点：
1、电路中有电流就有功率损耗。磁路中恒定磁通下没有功率损耗。 2、电流全部在导体中流动，而在磁路中没有绝对的磁绝缘体，除
范围内。所以电机和变压器的铁心用导磁率较高的铁磁材料组成。
一、铁磁物质的磁化
1 、铁磁物质
铁磁物质的磁导率都很大，一般是
的几千倍。
0
铁磁物质
金属
铁、钴、镍： B高，居里温度高。缺点是电阻率 低，涡流耗严重。
非金属 铁氧体： 电阻率高，涡流损耗小，抗锈防腐。
2、铁磁物质的磁化
缺点是B低，温度稳定性差。
I
Rm R F E
注：由于铁磁材料的磁导率不是常数，所以Rm一般不是常数。 3、磁路的基尔霍夫第一定律
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内容提要
本章介绍磁路的基本知识和基本定律，并对无 分支磁路及有分支磁路的计算方法作简要说明。 另外，还介绍了铁磁物质的分类及其磁化特性。
第一节 磁路的基本定律
一、磁场的几个常用量 1．磁感应强度B，单位T 2. 磁通Φ，单位Wb 3. 磁场强度H，单位A/m
B μH μ μ0 4π107亨/米
A2、l2、2
A3、l3、3
N1i1
1
l1
1 A1
3
l3
3 A3
N1i1
N 2i2
1
l1
1 A1
2
l2
2 A2
交流磁路 若励磁电流为交流，磁路中的磁通是随时间变化而 变化的，这种磁路称为交流磁路
三、磁路的基本定律
1．安培环路定律(全电流定律)
沿着任何一条闭合回线L， 磁场强度H的线积分值等于 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
i1 i2 i3
L
n
l H dl I i i 1
由此可推断，磁路基尔霍夫第一、第二定律亦必 定与电路基尔霍夫第一、第二定律具有相同形式。
3、磁路基尔霍夫定律
（1）磁路基尔霍夫第一定律
进入或穿出任一封闭面的总磁通量的代数和等于 零，或穿入任一封闭面的磁通量恒等于穿出该封 闭面的磁通量（图）。
•
∑Φ=0
（2）磁路基尔霍夫第二定律 磁路基尔霍夫第二定律为
任一闭合磁路上磁动势的代数和恒等于磁压降的代数 和，即
∑F＝∑Ni＝∑Hl＝∑ΦRm
式中Hl(ΦRm)为磁压降， ∑ Hl为闭合磁路上磁压降的 代数和。
F为磁动势, ∑F为闭合磁路上磁动势的代数和 规定:当考察方向l 与线圈内电流方向满足右手定则时 F为正;当考察方向l 与磁通Φ方向一致时磁压降为正.
磁路与电路的比较
磁路
电路
磁通 Φ
电流 i
磁动势 F
电动势 e
磁阻 Rm 磁压降 Hl
电阻 R 电压降 u
磁导 Λm 欧姆定律 Φ = F / Rm 基氏第一定律 ΣΦ=0
电导 G 欧姆定律 i=u / R 基氏第一定律 Σi=0
基氏第二定律 ΣF=ΣHl=ΣΦR 基氏第二定律 Σe=Σu=ΣiR
例： A1、l1、1
H dl
(1.1)
图1.2 安培环路定律
式中电流的符号由 右手螺旋法则确定, 即当电流的方向与 积分路径的方向呈 右手螺旋关系时,该 电流为正,反之为负.
H dl
l
H
l
dl
I1
I2
I3
即积分与路径无关,只与路径内包含的导体电流的大 小和方向有关
2．磁路欧姆定律
图1.3 无分支铁心磁路 •设铁心截面积为A，平均磁路长度为l，铁磁材料的磁导率为μ(μ 不是常数，随磁感应强度B变化)。 假设漏磁可以不考虑(即令 Φσ ＝0，视单框铁心为无分支磁路)，并且认为磁路l上的磁场强 度H处处相等，于是，根据全电流定律有
Hale Waihona Puke 铁磁材料的起始磁化曲线 和μFe=f(H)曲线
二、磁路的概念
磁通所通过的路径称为磁路，磁通的路径可以是 铁磁物质，也可以是非磁体。图1—1所示为两种 常见的磁路。(变压器磁路）
励磁线圈和励磁电流 用以激励磁路中磁通的载流线圈称为励磁线圈，励 磁线圈中的电流称为励磁电流。
直流磁路 若励磁电流为直流，磁路中的磁通是恒定的，不随 时间变化而变化，这种磁路称为直流磁路
H dl Hl Ni
因H=B/μ，而B=Φ/A，由上式可得
式中,F=Ni 为磁动势 单位A，单位名称为 安培匝； Rm=l/(μA)为磁阻单位A/Wb
Λm=1/Rm 为磁导单位 Wb/A
Φ 为磁通 单位为Wb Φ
F
Rm
可以看出：磁通与电流、磁动势与电动势、磁阻 与电阻、磁导和电导保持一一对应关系。