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
刘锦波
山东大学 控制科学与工程学院
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 ?
? ? ? B ? dS
S
(1-1)
若对于均匀磁场，若B与S垂直，则
? ? BS
(1-2)
磁场强度H
B ? ?H
磁势：
F ? Ni
? ? 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
1.3.1 电生磁的基本定律——安培环路定律
? H ? dl ? ? i
L
k
? Ni
(1-3)
若闭合磁力线上 H 处处相等,则上式变为:
HL ? Ni
1.3.2 磁生电的基本定律——法拉第电磁感应定律
图1.2 磁通与其感应电势的正方向假定
变压器电势： 当磁通按正弦规律变化时，即: 则上式变为:
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? 为参考相量，则： 若取 ? m m
? ? ? j 4.44 fN? ? E m
(1-5)
图1.3 磁通与感应电势的相量图
速度电势：
图1.4 感应电势与磁场、导体运动速度之间的右手定则
e ? Blv
(1-6)
1.3.3 电磁力定律
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
1.3.4 磁路的欧姆定律
f em ? Bil
(1-7)
图1.6 变压器的简单磁路
1.3.4 磁路的欧姆定律
对于均匀磁路： 式中，
l ? ? ?Rm ? (1-8) ? ?S ?m l 1 Rm ? 定义为磁路的磁阻。磁阻的倒数: ? m ? 又称为磁导。 ?S Rm F ? Ni ? Hl ? Bl ??
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。
1.3.5 线圈电感
根据
? ? N?
? L? i
和式（1-8）得：
L ? N ?m ? N
2
2
?S
l
上式给出了电感与结构参数以及磁性材料之间的关系式。
1.4 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
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
磁滞损耗 ：由磁畴相互摩擦发热造成 铁耗 涡流损耗 ：由铁心中感应的涡流产生
2 p h ? K h f ? HdB ? C h fBm V
磁滞损耗: 涡流损耗:
(1-9) (1-10)
2 2 pe ? Ce f 2 Bm ?V
图1.14 铁磁材料的涡流现象 铁耗:
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
各直线说明:
? 空载线
图1.16 永久磁铁的去磁曲线
OA ? 负载线 OC、OD D?A ? 回复线
图1.17 几种常用永磁材料的去磁曲线
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