电机与拖动 第01章-电磁感应原理与磁路分析.ppt

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1、第1章电磁感应原理与磁路分析电机及拖动基础1.1电磁感应原理1.2导磁材料及其特性1.3磁路与磁路分析1引言自1831年法拉第发现电磁感应定律的100多年来，各种类型的电机不断发明并广泛应用于我们生产和生活的方方面面，电磁感应原理奠定了电机的理论基础。本章将讨论电磁感应原理和磁路分析方法。第1章电磁感应原理与磁路分析21.1电磁感应原理众所周知，电和磁是自然界的两种现象，近代通过物理学家的深入研究，发现了电和磁的一些基本规律以及它们之间的联系。本节将概要地介绍电磁感应的基本概念和定律，作为学习本课程的物理基础。1.1.1磁场

2、除了天然磁体会产生磁场外，人们发现在导体中通过电流时会在其周围产生磁场，还进一步发现了由电产生磁场的一些基本规律。第1章电磁感应原理与磁路分析31.1.1磁场41.1.1磁场51.1.1磁场61.磁场强度和方向由载流导体产生的磁场大小可用磁场强度H来表示，磁力线的方向与电流的方向满足右手螺旋关系。如图1-1所示，假定在一根导体中通以电流i，则在导体周围空间的某一平面上产生的磁场强度H为（1-1）第1章电磁感应原理与磁路分析7如果载流导体是匝数为N的线圈（如图1-2），则上式可表示为（1-2）第1章电磁感应原理与磁路分析82.

3、磁通密度通常把穿过某一截面S的磁力线根数被称为磁感应强度，用磁通来表示。在均匀磁场中，把单位面积内的磁通量称为磁通密度B，且有（1-3）第1章电磁感应原理与磁路分析9第1章电磁感应原理与磁路分析1.1.2电磁感应定律1.电磁感应定律1831年，法拉第通过实验发现了电磁学中最重要的规律——电磁感应定律，揭示了磁通与电动势之间存在如下关系：1）如果在闭合磁路中磁通随时间而变化，那么将在线圈中感应出电动势；2）感应电动势的大小与磁通的变化率成正比，即（1-4）法拉第电磁感应定律奠定了电机学的理论基础。10楞次定律表述为：感应电流

4、的磁场总是阻碍引起感应电流的磁通量的变化。即要想获得感应电流(电能)必须克服感应电流产生的安培力做功，需外界做功，将其他形式的能转化为电能。法拉第电磁感应定律是反映外界做功能力的，磁通量的变化率越大，感应电动势越大，外界做功的能力也越大。第1章电磁感应原理与磁路分析112.导体在磁场中的感应电动势电磁感应定律告诉我们，磁场的变化会产生感应电动势。如果磁场固定不变，而让导体在磁场中运动，这时相对于导体来说，磁场仍是变化的，因此根据法拉第定律，同样会在导体中产生感应电动势。这种导体在磁场中运动产生的感应电动势的大小由下式给出（1

5、-5）第1章电磁感应原理与磁路分析122.导体在磁场中的感应电动势第1章电磁感应原理与磁路分析133.载流导体在磁场中的电磁力如果在固定磁场中放置一个通有电流的导体，则会在载流导体上产生一个电磁力，又称洛仑兹力或安培力。如图1-4所示，载流导体受力的大小与导体在磁场中的位置有关。当导体与磁力线方向垂直时，所受的力最大，这时电磁力F与磁通密度B、导体长度l以及通电电流强度i成正比，即（1-6）第1章电磁感应原理与磁路分析14当导体与磁力线平形时，F=0，在其他位置，导体所受的力介于两者之间。电磁力的方向可由左手定则确定，图1-

6、5给出了F、B与i三者之间的方向关系。第1章电磁感应原理与磁路分析载流导体在磁场中产生电磁力的原理是电动机最重要的理论基础。151.2导磁材料及其特性由电磁感应原理可知，通过磁场的作用可以产生电或力，因此各种电机的工作原理离不开磁场和磁性材料，磁性材料是构成各种电机的关键材料。人们发现自然界有的材料具有导磁的特性，称为导磁材料。而没有导磁特性的称为非导磁材料。1.2.1B-H曲线磁性材料的磁场强度H与磁通密度B存在一定的关系，其关系用图形表示称为B-H曲线，也称为磁化曲线，是表示磁性材料最基本的特性。第1章电磁感应原理与磁路

7、分析161.真空磁导率在真空中，磁场强度H与磁通密度B成正比关系，即第1章电磁感应原理与磁路分析（1-7）真空磁导率0≈410-7H/m17非导磁材料，比如铜、铝、橡胶和空气等，具有与真空相近的磁导率，因此在这些材料中，磁场强度H与磁通密度B的关系可用图1-6中的B-H曲线来表示。第1章电磁感应原理与磁路分析182．导磁材料的磁导率在导磁材料中，磁场强度H与磁通密度B的关系可表示为（1-8）其中，r为导磁材料的相对磁导率。r为介质相对磁导率，按r的大小可将介质分为顺磁质（r>1）、抗磁质(r<1)和铁磁质(

8、r>>1)。由于r的值不是常数，因而B与H之间的关系是非线性的关系。这样，式（1-8）并没有实用价值，而是用B-H曲线来表达它们之间的关系。第1章电磁感应原理与磁路分析19现定义一个新的变量磁动势Fm（表示面S内全电流总和，用以描述线圈产生磁场的能力）（1-16）再由式（1-3）和式（1