系统建模与动力学分析5

导线所受电磁力为
f BIl
(8)
电磁力的方向可以使用左手定则确定，即平伸左手，让磁 力线垂直穿过手心，四指所指的方向是电流的方向，则大 拇子所指的方向即为电磁力的方向。
电磁感应定律 变化着的磁场也会产生电动势，如果是一 个闭合回路，还会产生感生电流，这种现象就是电磁感应 现象。它表现在两个方面：一是导体在磁场中如果做切割 磁力线的运动会产生感生电动势；二是在螺线管中，如果 磁通发生变化时，在螺线管的线圈中会产生电动势。
磁路中铁心的作用
若将铁磁材料进行周期性磁化， B-H曲线则为封闭曲线，如右图 所示，称为磁滞回线。 图中可见，磁密的变化落后于 磁场强度的变化，也即磁通的 落后于励磁电流。这种现象称 为磁滞现象。 图中 Br , Hc 分别称为剩余磁通密度（简称为剩磁）和矫顽力。 剩磁和矫顽力较小的铁磁材料称为软磁材料，反之，剩磁和矫顽力较
则有 NiFe H Fel RmFe ; Ni H Rm
于是，对于磁通的不同取值只要将曲线1与曲线2上对应的横坐标相加
，即可得到铁心磁路中有气隙时的磁化曲线3。
右上图中，曲线1表示铁心磁路的磁化曲线，

曲线2表示气隙的磁化曲线。
电磁学基本理论
电磁力定律 当一带电的导线放在磁场中的时候，它会受 到电磁力的作用，如果磁力线的方向与导线相互垂直，则
(2)
若电流的正方向与闭合回线的方向符合右手螺旋关系，电 流取正号，否则取负号。
对于螺线管的情况，有 Hl Ni F
(3)
式中： Ni 为作用在磁路上的磁动势或磁势，
其单位为安匝或安。
电磁学基本理论
2、磁路中的欧姆定律
由（3）式、（1）式，得
F Ni Hl B l l
对于分段均匀的情况
磁路的总磁势等于各段磁压降之和如
铁心磁压降、气隙磁压降等之和。
即
F Ni H Fel H
式中 H Fe , l, H , 分别表示铁心磁路
的磁场强度，铁心磁路的长度，气
隙的磁场强度，气隙的长度。
将励磁电流表示为两分部分之和，即 i iFe i
电磁学基本理论
磁场强度 它是衡量在单位长度上的电流的大小。在国际 单位制中其单位是安培/米。并有 B H ，其中 是衡 量各种物质对于磁的传导能力大小的物理量，叫磁导率。
在国际单位制中，磁导率的单位是 亨利/米（H/m）。
磁路的基本定律
1、安培环路定律（也称全电流定律）即
Hdl i
(4)

S

定义磁路的磁阻为
Rm

l
S
(5)
则（4）式可表示为
F Rm
(6)
注意： 铁磁材料的磁导率通常不是一个常数，因此，磁阻
通常也不是常数，它随磁通密度大小的变化而有所不同。
对分段均匀磁路有 F Rmi
(7)
i
Байду номын сангаас
磁路中铁心的作用
1、铁心的增磁功能 铁心是用高磁导率的铁磁材料制成，一般铁磁 材料的磁导率是真空磁导率的数千倍，因此，可以在一个较小的激磁 电流作用下，产生较大的磁通。
2、铁心磁路使磁通在空间按一定形状分布 由于铁心的增磁功能， 使得电机的定子、转子之间的耦合场得以增强，并可以使定子内圆表 面的磁感应强度按一定规律在圆周上分布。
铁磁材料的磁化特性 磁性材料的磁通密度与磁场强度之间 的关系曲线，称为磁化曲线或B_H曲线。 图中线段Oa为起始段，开始磁化时， B随H的增大而缓慢增加，磁导率较小。 线段ab，称为线性区，磁导率基本保 持不变。在线段bc，B值增加变慢，称 为饱和。磁化曲线开始拐弯的点（如B点），通常工作点在其附近。
机电系统
电机是一种进行能量传递或机电能量转换的电磁机械 装置。根据电机是否转动，可将其分为静止电机和旋 转电机（电动机）两大类。
静止电机主要是指各种类型的变压器。其基本作用是 完成电能的转换，即将一种电压下的电能变为另一种 电压下的电能。
电动机是将电能转换为机械能的电磁机械装置。根据 供电的类型和工作方式，主要有直流电动机、交流电 动机和步进电机。
决定，即感应电动势的方向始终与磁通量变化的相反。
直流电动机原理
直流电动机的基本结构如右图所示， 主要由定子（静止部分）和转子 （转动部分）以及对转子起支撑 作用的端盖组成。定子主要包括 机座和固定在机座内圆表面的主 磁极两部分。机座既是主磁路的 一部分，也作为电动机的机械支撑。 主磁极的作用是用来产生磁场，主 磁极上有励磁绕组。绝大部分直流 电机都是由励磁绕组通以直流电流 来建立磁场。 主磁极也有采用永久磁铁的，称为 永磁直流电机。
大的铁磁材料称为硬磁材料。大部分电机的磁路均由软磁材料制成。 铁磁材料的磁化特性与铁心磁路的磁化曲线的关系
对于均匀磁路，有 BS, Ni HL, B H
由此可知，只要将铁磁材料的磁化特性的纵坐标、横坐标分别乘以一 定的比例系数，就可得到铁心磁路的磁化曲线。
磁路中铁心的作用
磁感应强度（又叫磁通密度）用来描述磁场的大小和方向 ，是一个矢量，用B表示，在国际单位制中，其单位是特 斯拉（Tesla）。
磁通量 它表示在某个特定的截面内穿过这个截面的磁 感应强度的通量，用 表示。并有
SBdS or B S (1)
在国际单位制中，磁通量的单位是韦伯（Weber）。
电磁学基本理论
1）、导体切割磁力线所产生的电动势
如果磁场的磁力线、导体的运动方向以及导体的走向， 三者相互正交时，所产生的感应电动势为
E Blv
(9)
感应电动势的方向可由右手定则确定。
2）、螺线管中磁通变化
所产生的电动势为
E N d dt
(10)
感应电动势的方向由楞次定律
电动机作为控制系统的执行机构，是机电系统的基本 要素。
电磁学基本理论
电磁感应的基本概念 当一定大小的电流流过时，就会产 生一定的磁场。磁场的强弱以及磁场的方向一般使用磁感 应强度来表示。也常使用磁力线来形象地表示磁场的强弱 和方向。磁力线密，磁场的强度大；磁力线疏，磁场的强 度小，磁场的方向与产生这种磁场的电流的方向是有关系 的，这种方向关系可用右手螺旋定则来描述。