第1章 电磁学的基本知识与基本定律

第1章电磁学的基本知识与基本定律第1章预备知识-----电磁学的基本知识与基本定律本章内容:•电磁学的基本知识与基本定律；•常用磁性材料（铁磁材料与永磁材料）及其特性。1.1电路的基本定律•基尔霍夫电流定律(KCL)•基尔霍夫电压定律（KVL）1.2磁场的基本知识磁通密度（简称磁密）或磁感应度)B图1.1磁力线与电流之间的右螺旋关系磁通量SdSB(1-1)若对于均匀磁场，若B与S垂直，则BS磁场强度HHB(1-2)磁势：NiFN磁链：1.3基本电磁定律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NiHL1.3.1电生磁的基本定律——安培环路定律NiidkLlH(1-3)若闭合磁力线上处处相等,则上式变为:H1.3.2磁生电的基本定律——法拉第电磁感应定律dtddtdNe(1-4)当磁通按正弦规律变化时，即:tmsin则上式变为:)90sin(2)90sin(2)(00tEtfNtem若取0mm为参考相量，则：mfNjE44.4(1-5)图1.2磁通与其感应电势的正方向假定变压器电势：图1.3磁通与感应电势的相量图Blve(1-6)图1.4感应电势与磁场、导体运动速度之间的右手定则速度电势：Bilfem(1-7)图1.5通电导体产生的电磁力与电流、磁场之间的左手定则1.3.3电磁力定律1.3.4磁路的欧姆定律图1.6变压器的简单磁路对于均匀磁路：mmRSlBlHlNiF式中，SlRm定义为磁路的磁阻。磁阻的倒数:mmR1称为磁导1.3.4磁路的欧姆定律由于式(1-8)与电路的欧姆定律相似,故又称为磁路的欧姆定律。(1-8)iL根据和式（1-8）得：NlSNNLm22上式给出了电感与结构参数以及磁性材料之间的关系式。1.3.5线圈电感1.4常用磁性材料及其特性1.4.1铁磁材料的磁化及磁滞回线图1.10铁磁材料的磁化图1.11磁性材料的磁滞回线剩磁矫顽力基本磁化曲线磁滞曲线1.4.2磁化曲线与饱和现象图1.12铁磁材料与非铁磁材料的磁化曲线1.4.3软磁材料与硬磁材料图1.13铁磁材料的磁滞回线1.4.4铁磁材料中的铁耗图1.14铁磁材料的涡流现象铁耗磁滞损耗涡流损耗：由磁畴相互摩擦发热造成：由铁心中感应的涡流产生磁滞损耗:nhhhmpKfHdBCfBV(1-9)222eempCfBV涡流损耗:(1-10)2221.32()nFehehmemFempppCfBCfBVCfBG铁耗:1.4.5永久磁铁的去磁曲线与各种永磁材料的特点图1.15永磁电机的磁路示意图图1.16永久磁铁的去磁曲线各直线说明:•空载线OA•负载线OC、OD•回复线AD图1.17几种常用永磁材料的去磁曲线1.5铁心线圈电路1.直流铁心线圈电路ΦΦ励磁U＋U－I→I→NI→URI=线圈的功率：P=RI2电压与电流的关系:2.交流铁心线圈电路(1)电磁关系励磁：u＋u－iΦeΦe→i→Ni→Φ→e→eddt=－Ndidt=－Lddt=－Nu=Ri－e－eΦ的磁路为非线性磁路。设=msinωt则e=－Nmcosωt=Emsin(t－90o)E=4.44fNΦm的磁路为线性磁路。漏电感：NiL=漏电抗：X=L=2fLE=－j4.44fNΦm漏磁电动势：E=－jXIu=uR－e－eσU=UR－Eσ－E=－E＋jLI＋RI=－E+(R＋jL)I=－E+ZI漏阻抗＋u－iΦeΦeU=－E忽略漏阻抗，有U4.44fNΦm=则当U、f一定时，Φm基本不变。(2)功率关系有功功率:P=UIcos=PCu+PFe铜损耗铁损耗=RI2+(Ph+Pe)磁滞损耗涡流损耗(1)磁滞损耗Ph(2)涡流损耗PeΦΦ铜损耗使线圈发热，铁损耗使铁心发热。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。涡流损耗(a)(b)0.35mm0.30mm0.27mm0.22mm