電磁學(xué)的基本知識(shí)與基本定律
第1章 電磁學(xué)的基本知識(shí) 與基本定律
劉錦波
山東大學(xué) 控制科學(xué)與工程學(xué)院
第1章 預(yù)備知識(shí)
-----電磁學(xué)的基本知識(shí)與基本定律
本章內(nèi)容: ?電磁學(xué)的基本知識(shí)與基本定律； ?常用磁性材料（鐵磁材料與永磁材料）及其特性。
1.1 電路的基本定律
? 基爾霍夫電流定律(KCL) ? 基爾霍夫電壓定律（KVL）
1.2 磁場(chǎng)的基本知識(shí)
磁通密度（簡稱磁密）或磁感應(yīng)度)B
圖1.1 磁力線與電流之間的右螺旋關(guān)系
磁通量 ?
? ? ? B ? dS
S
(1-1)
若對(duì)于均勻磁場(chǎng)，若B與S垂直，則
? ? BS
(1-2)
磁場(chǎng)強(qiáng)度H
B ? ?H
磁勢(shì)：
F ? Ni
? ? N?
磁鏈：
1.3 基本電磁定律
? 電生磁的基本定律——安培環(huán)路定律 ? 磁生電的基本定律——法拉第電磁感應(yīng)定律
? 電磁力定律
? 磁路的歐姆定律
1.3.1 電生磁的基本定律——安培環(huán)路定律
? H ? dl ? ? i
L
k
? Ni
(1-3)
若閉合磁力線上 H 處處相等,則上式變?yōu)?
HL ? Ni
1.3.2 磁生電的基本定律——法拉第電磁感應(yīng)定律
圖1.2 磁通與其感應(yīng)電勢(shì)的正方向假定
變壓器電勢(shì)： 當(dāng)磁通按正弦規(guī)律變化時(shí)，即: 則上式變?yōu)?
d? d? e ? ?N ?? dt dt
? ? ? m sin ?t
(1-4)
e(t ) ? 2?fN? m sin(?t ? 900 ) ? 2 E sin(?t ? 90 )
0
? ? ? ?0? 為參考相量，則： 若取 ? m m
? ? ? j 4.44 fN? ? E m
(1-5)
圖1.3 磁通與感應(yīng)電勢(shì)的相量圖
速度電勢(shì)：
圖1.4 感應(yīng)電勢(shì)與磁場(chǎng)、導(dǎo)體運(yùn)動(dòng)速度之間的右手定則
e ? Blv
(1-6)
1.3.3 電磁力定律
圖1.5 通電導(dǎo)體產(chǎn)生的電磁力與電流、磁場(chǎng)之間的左手定則
1.3.4 磁路的歐姆定律
f em ? Bil
(1-7)
圖1.6 變壓器的簡單磁路
1.3.4 磁路的歐姆定律
對(duì)于均勻磁路： 式中，
l ? ? ?Rm ? (1-8) ? ?S ?m l 1 Rm ? 定義為磁路的磁阻。磁阻的倒數(shù): ? m ? 又稱為磁導(dǎo)。 ?S Rm F ? Ni ? Hl ? Bl ??
由于式(1-8)與電路的歐姆定律相似,故又稱為磁路的歐姆定律。
1.3.5 線圈電感
根據(jù)
? ? N?
? L? i
和式（1-8）得：
L ? N ?m ? N
2
2
?S
l
上式給出了電感與結(jié)構(gòu)參數(shù)以及磁性材料之間的關(guān)系式。
1.4 常用磁性材料及其特性
1.4.1 鐵磁材料的磁化及磁滯回線
圖1.10 鐵磁材料的磁化
圖1.11 磁性材料的磁滯回線
1.4.2 磁化曲線與飽和現(xiàn)象
圖1.12 鐵磁材料與非鐵磁材料的磁化曲線
1.4.3 軟磁材料與硬磁材料
圖1.13 鐵磁材料的磁滯回線
1.4.4 鐵磁材料中的鐵耗
磁滯損耗 ：由磁疇相互摩擦發(fā)熱造成 鐵耗 渦流損耗 ：由鐵心中感應(yīng)的渦流產(chǎn)生
2 p h ? K h f ? HdB ? C h fBm V
磁滯損耗: 渦流損耗:
(1-9) (1-10)
2 2 pe ? Ce f 2 Bm ?V
圖1.14 鐵磁材料的渦流現(xiàn)象 鐵耗:
n 2 2 pFe ? ph ? pe ? (Ch fBm ? Ce f 2 Bm ? )V 2 ? CFe f 1.3 B
m G
1.4.5 永久磁鐵的去磁曲線與各種永磁材料 的特點(diǎn)
圖1.15 永磁電機(jī)的磁路示意圖
各直線說明:
? 空載線
圖1.16 永久磁鐵的去磁曲線
OA ? 負(fù)載線 OC、OD D?A ? 回復(fù)線
圖1.17 幾種常用永磁材料的去磁曲線
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