磁场中的主要物理量xl

• 通常用磁感应强度线来描绘磁场中各点 的情况。其方向代表该点磁感应强度的 方向，其大小用该点附近磁感应强度线 的疏密程度来表示。
• 磁感应强度线是连续的闭合曲线，且任 意两根磁感应强度线不可能相交。如果 磁场是由电流产生的，电流也是闭合流 动的，即磁感应强度线总是与电流线相 互交链的。
磁力线
(1)磁感应线的回转方向和电流方向之间的关系遵守右手 螺旋法则(2)磁场中的磁感应线不相交，每点的磁感应强 度的方向确定唯一(3)载流导线周围的磁感应线都是围绕 电流的闭合曲线
• 3. 磁路的面积
• 磁路中铁磁材料部分的截面积用磁路的 几何尺寸直接计算。但如果铁芯由涂有 绝缘漆的薄钢片叠装而成时，这就使得 铁芯的有效截面积比其外表实际截面积 一小些，应考虑填充因数。
电机的制造材料
• 导电、导磁、绝缘、散热和机械支撑 – 铜是最通用的导电材料 – 钢铁是良好的导磁材料为了减小铁芯中 的涡流损耗，导磁材料应当用薄片钢， 称为电工钢片（硅钢片）。成分中含有 少量的硅，使它有较高的电阻，同时又 有良好的磁性能。 – 绝缘材料
电路与磁路的类比
I + U R + F
Φ Rm

Φ -i曲线
2
1
2）空气的磁化曲线
思考题：画带气隙的铁心磁 路的磁化曲线 。气隙长度不 1 同，曲线之间有何不同？
3
4
i
3、4）带气隙的铁心磁路 的磁化曲线 (δ3< δ4)
0
i1
i2
• 四、铁心损耗(磁滞损耗和涡流损耗) • 磁滞损耗 铁磁材料置于交变磁场中时，材 料被反复交变磁化．与此同时，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。 • 磁带损耗PFe与磁场交变的频率f、铁心的体 积V和磁滞回线的面积成正比 。 • 涡流损耗 因为铁心是导电的．故当通过铁 心的磁通随时间变化时，根据电磁感应定 律，铁心中将产生感应电动势，并引起环 流。这些环流在铁心内部围绕磁通作旋涡 状流动．称为涡流，涡流在铁心中引起的 损耗，称为涡流损耗。
• 载流导体位于磁场中时，导体上受到力 Fe
磁路基本定律
一、电机中的典型磁路（主、漏磁通） 单相变压器
i1
输入电能
N1 N2
输出电能
i2
电能 磁 场 电能
旋转电机
转子
C A
定子绕组
B
机械端口 电端口
定子铁心
旋转电机横截示意图面
电能
磁 场
机械能
磁路: 磁通所走的路径。
二、磁路的基本定律
1. 安培环路定律
•
在国际单位制(SI)中，由后面介绍的
安培环路定律可知，磁场强度的单位是
安/米，符号为A/m。 • 磁导率(permeability)是反映物质导磁能 力或物质被磁化能力的物理量。
• 磁场强度H、磁导率 在同样大小的电流作用下，铁芯线圈的 B=H 磁通比空心线圈的磁通大得多 – 磁导率，决定于介质性质，H／m。变化 范围很大。 – 真空磁导率0=4×10-7H／m – 非铁磁物质如空气、铜、铝和绝缘材料等， 近似等于真空磁导率 – 铁磁物质如铁、镍、铝及其合金，磁导率 远大于真空磁导率达数千甚至上万倍。通 常以相对磁导率表示铁磁物质的磁导率 比真空磁导率增大的倍数
绪论
一、 磁场中的主要物理量 1. 磁感应强度和磁通 • 磁感应强度(magnetic induction)是 磁场的基本物理量，它是根据洛仑兹力 来定义的，是一个矢量，用符号B来表 示。其方向与磁场的方向一致，可以用 能够自由转动的小磁针来测定。
•
放在磁场中某处的小磁针N极 所指的方向就是该点磁感应强度 的方向；其大小是运动电荷在磁 场中受到磁场力的作用，当运动 电荷与磁场的方向垂直时，它所 受到的磁力最大，记为Fmax。
• 磁通量
– 通过磁场中某一面积的磁感应线数称为通过 该面积的磁通量(磁通)，符号、单位Wb
• =BScos
• 2. 磁场强度和磁导率
• 磁场强度是描述磁场的另一个重要的物 理量。 • 磁场中某点的磁场强度只取决于产生这 个磁场的运动电荷(或电流)的分布，而与 介质无关。也就是说，在确定的运动电 荷(或电流)分布所产生的磁场中，如果分 别充满不同的介质，则磁场中同一点的 磁场强度H是相同的。而磁感应强度随着 介质的不同而不同，不同的程度取决于 介质的磁导率μ。
1.3 2 p fe f Bm
p h fB
2 m
磁场储能
• 磁场是一种特殊形式的物质，磁场中能够储存能 量，在磁场建立过程中，能量由外部能源转换而 来。 • 电机——通过磁场储能来实现机、电能量转换 • 体积能量密度
Wm
1 2
1 2
BH
1 2
BHdv
V
B2

• 磁场能量主要存储在气隙中
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
方向，四指为多匝线圈中i方向。
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
2.磁路的欧姆定律
其中:
BA
B :磁通密度，特斯拉(T ) Φ ：磁通，韦伯（Wb） A：铁心的截面积 ，平方米（m2 ）
• 电磁感应定律：当线圈环绕的磁链发生变 化时，线圈中产生感应电动势。感应电动 势的大小等于磁链随时间的变化率。感应 电动势的方向可由楞次定律给出。 • 假定感应电动势的参考方向与磁通的参考 方向成右手螺旋关系，感应电动势的表达 式
d e dt
两种感应电势
线圈中磁链的变化 (1)磁通本身就是由交流电流所产生，也就是 说磁通本身随时间在变化着，这样产生的 电势称为变压器电势。（线圈与磁场相对 静止） (2)磁通本身不随时间变化，但由于线圈与磁 场间有相对运动而引起线圈中磁链的变化， 这样产生的电势称为运动电势或速度电势
沿空间任意条闭合回路，磁场强度H的线积分等 于该闭合回路所包围的电流的代数和。
H dl
l
i
H
i1
i2
i3
l
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。
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
e=Blv
d e dt
e Blv
• 楞次定律：当闭合线圈环绕的磁链发生变 化时，线圈中感应电流所产生的磁场总是 企图抵消原磁场的变化。 • 闭合线圈中产生感应电流的原因是感应电 动势，因此感应电动势的方向与感应电流 方向相同。当线圈不闭合时，感应电流为 零，但感应电动势依然存在。
电磁力
Bm
H m Br
O
B
Q
P
Hm
H
P
'
Hc
Bm
磁滞回线
矫顽力
Hc
四 铁磁性材料 实验表明，不同铁磁性物质的磁滞回线形状相 差很大.
B B B
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
O
H
O
H
O
H
软磁材料
硬磁材料
矩磁铁氧体材料
二、 铁磁材料的磁化特性与铁心磁路磁化曲 线的关系
均匀磁路 B-H曲线 Φ＝BA及Ni=HL
1）铁磁材料的磁化曲线
在线性或可以近似地认为是线性的介质中有
B=μ H
其中μ是磁导率， H/m
将φ =BA和B=μ
H 代入Ni ＝Hl，得
B
l Ni l A l Rm:磁路的磁阻，A/Wb 定义： Rm A
1 A 定义： m R l m
m:磁路的磁导，Wb/A
则可写为
F Rm 或 F m
•
在具体介绍各种磁路的计算之前先说 明以下几个共同的问题。 • 1. 铁芯材料磁特性的选取 恒定磁通磁路的计算一般选取该磁路 所用铁磁材料的基本磁化曲线作为其磁 特性的表征。通常，基本磁化曲线也称 为直流磁化曲线。
•
• 2. 磁路的长度 • 在进行磁路计算时，一般都取其平均长 度（中心线长度）作为磁路的长度。
•
恒定磁通磁路就是产生磁通的励磁电 流是不随时间变化的直流电流，其产生 的磁通势、磁通也都不随时间而变化， 有时也称为直流磁路。恒定磁通磁路的 线圈中不会产生感应电动势。从电路的 角度来看，当线圈两端加直流电压时， 其电流只取决于线圈的电阻，与磁路的 性质无关。从磁路欧姆定律可知，磁路 的磁通势也是恒定的，但磁通的大小却 与磁路的性质有关，它随磁阻的增加而 减小，而铁磁材料的磁阻又与磁路的饱 和程度有关。
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。
• 磁路的基尔霍夫第一定律 – 流入磁路节点的磁通的代数和应等于零
c y1 y 2 0
磁压（磁位差）：H沿路径的线积分称该路径 上的磁压。 Um=∫Hdl 磁势：磁场回路所匝链的电流 F=∑I * 磁势、磁压的单位均为：A • 磁路的基尔霍夫第二定律 • 沿着任一闭合回路，其总磁压等于总磁势
电磁感应定律
• 磁链：一个线圈放在磁场中，线圈所环绕的 总磁通叫做磁链。 • 如果线圈只有一匝，则线圈的磁链就等于磁 通；如果线圈有多匝，则线圈的磁链就等于 各匝磁通之和 。 • 感应电动势：一个线圈放在磁场中，当磁场 发生变化时，线圈中会产生电动势，这种电 动势称为感应电动势。当线圈闭合时，就会 产生感应电流。
第二节 铁磁材料及其磁化特性
• 不同的磁性材 料有不同的磁 导率 • 同一材料当其 磁通密度不同 时，亦有不同 的磁导率
饱和区
线性区，磁导 率大且不变
起始段，磁导率较小
三
磁滞回线 当外磁场由 H m 逐渐 减小时，磁感强度 B并不 沿起始曲线 0P 减小 ，而 是沿 PQ比较缓慢的减小， 这种 B的变化落后于H的 变化的现象，叫做磁滞现 象 ，简称磁滞. 由于磁滞，当磁场强 度减小到零（即 H 0 ） 时，磁感强度 B 0，而 是仍有一定的数值 Br ， r B 叫做剩余磁感强度(剩磁).