磁学的基本知识与基本定律

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第1章,磁路,1.,1,磁场的基本知识,磁通密度,或,磁感应,强,度,B,单位：特斯拉（T）,(magnetic flux density),(magnetic induction),用于表征磁场的强弱和方向。,磁通量,单位：韦伯（Wb）,(magnetic flux),穿过某一截面积S的磁力线总数,若对于均匀磁场，若,B,与,S,垂直，则,磁场强度,H,单位：安培/米（A/m）,(magnetic field strength),为了分析磁场与电流的依存关系,引入的辅助量,磁,动,势,MMF,单位：安培（A）,（magnetomotive force）,磁链,（flux linkage）,磁导率,单位：亨利/米（H/m）,(permeability),真空的磁导率,0,、,相对磁导率,r,反应导磁介质导磁性能的物理量,磁场强度和磁感应强度均为表征磁场性质（即磁场强弱和方向）的两个物理量。,由于,磁场是电流或者说运动电荷引起的,，而磁介质（,除超导体以外不存在磁绝缘的概念，故一切物质均为磁介质,）在磁场中发生的磁化对源磁场也有影响（场的迭加原理）。,因此，磁场的强弱可以有两种表示方法。,B和H的,联系与,区别:,单独由电流或者运动电荷所引起的磁场,（不包括介质磁化而产生的磁场时）则用,磁场强度H,表示，其单位为,A/m,，,是一个辅助物理量,。,。,在充满均匀磁介质的情况下，若,包括介质因磁化而产生的磁场在内时,，,用,磁感应强度B,表示，是一个基本物理量,。,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哪个大？,为什么？,此公式的深刻含义,1.,2,基本电磁,（,electromagnetic,）,定律,电生磁的基本定律安培环路定律,磁生电的基本定律法拉第电磁感应定律,电磁力定律,磁路的欧姆定律,1.,2,.1,电生磁的基本定律,安培环路定律,沿着任何一条闭合回线L，磁场强度H的线积分等于该闭合回线所包围的总电流值（代数和）,I,2,I,3,l,H,计算电流代数和时，与绕行方向符合右手螺旋定则的电流取正号，反之取负号。,若闭合磁力线是由N匝线圈电流产生，而且沿闭合磁力线上 H 处处相等,则上式变为:,1.,2,.2,磁生电的基本定律,法拉第电磁感应定律,当磁通按正弦规律变化时，即:,则上式变为:,磁通与其,感应电势,的,参考方向,为参考相量，则：,感应电势,磁通与感应电势的相量图,感应电势与磁场、导体运动速度之间的,右手定则,通电导体产生的电磁力与电流、磁场之间的,左手定则,1.,2,.3 电磁力定律,磁路：磁通所通过的路径,。,是以高导磁性材料构成的使磁通被限制在结构所确定的路径之中的一种结构,。,和电流在电路中被导体所限制是极为相似,。,1.,2,.4 磁路的欧姆定律,铁心导磁率远大于空气,磁力线几乎被限定在铁心规定的路径中,铁心外部的磁力线很少,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。,直流:直流磁路，例如:直流电机,交流:交流磁路，,例如:变压器,主磁通,漏磁通,漏磁通,漏磁通,漏磁通,对于均匀磁路,定义为磁路的,磁阻,（reluctance）,称为,磁导,（permeance）,由于与电路的欧姆定律相似,故又称为,磁路的欧姆定律,。,磁阻的倒数,根据,以及磁路的欧姆定律,电感与结构参数以及磁性材料之间的关系式,1.,2,.5 线圈电感,通过任意闭合曲面S 的净磁通量必定恒为零。,自然界不存在独立的磁场源,。,磁场中，磁力线通过任意闭合面后必然会从相反方向再次通过。,磁力线是闭合的！,磁路的基尔霍夫第一定律（磁通连续性原理）,磁路由,不同材料,或,不同长度,和,截面积,的,n 段组成，则,称为磁路,各,段的磁压降,磁路的基尔霍夫第二定律,作用在任何闭合磁路的总磁动势恒等于各段磁路磁位降的代数和。,1.,3,常用磁性材料及其特性,1.,3,.1 铁磁材料的磁化及磁滞回线,铁磁材料的,磁化,（magnetization）,磁性材料的,磁滞回线,(hysteresis loop),Br 剩磁,residual magnetism,Hc 矫顽力,coercive force,1.,3,.2 磁化曲线与饱和现象,铁磁材料与非铁磁材料的磁化曲线,基本磁化曲线,normal magnitization curve,初始磁化曲线,initial magnitization curve,几种常见磁性物质的磁化曲线,a,铸铁,b,铸钢 c 硅钢片,O,0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1.0,10,3,H,/(A/m),H,/(A/m),1 2 3 4 5 6 7 8 9 10,10,3,B,/T,1.8,1.6,1.4,1.2,1.0,0.8,0.6,0.4,0.2,a,b,a,c,1.,3,.3 软磁材料与硬磁材料,铁磁材料,（ferromagnetic material）,的磁滞回线,软磁材料：磁滞回线窄、剩磁、矫顽力都小,硬磁材料：磁滞回线宽、剩磁、矫顽力都大,1.,3,.4 铁磁材料中的铁耗,hysteresis loss,eddy-current loss,iron loss,为什么电机中经常使用的铁磁材料是,硅钢片（silicon steel sheet）？,铁磁材料的涡流现象,磁滞损耗,涡流损耗,铁耗,注意 频率,f,例,题,:,有一环形铁心线圈，其内径为10cm，外径为,1,5cm，铁心材料为铸钢。要得到 0.9T 的磁感应强度，求,：,（1）所需励磁磁动势,。,（2）如果,磁路中含有一,个,长度等于 0.2cm空气隙，,所需励磁磁动势,。,（1）,铸钢铁心的磁场强度，查铸钢的磁化曲线，,B,=0.9 T 时，磁场强度,H,1,=,770,A/m,解:,磁路的平均总长度为,励磁磁动势,（2）,空气隙的磁场强度,铁心的平均长度,对各段有,总磁通势为,通过上述例题，可以得出如下结论：,(1)如果要得到相等的磁感应强度，采用高磁导率的铁心材料，可使线圈的用铜量大大降低。,(2)如果线圈中,通,有同样大小的励磁电流，要得到相等的磁通，采用磁导率高的铁心材料，可使铁心的用铁量大大降低。,(3)当磁路中含有空气隙时，由于其磁阻较大，要得到相等的磁感应强度，必须增大励磁电流（线圈匝数一定时）。,磁路中含有空气隙时，由于其磁阻较大，磁,动,势几乎都降在空气隙上面。,遗憾的是，气隙的存在往往避免不了。,