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电机学|常用电工定律

BB学长

1年前浏览2919

导读：介绍电机学常用的电动定律。

电路定律

基尔霍夫电流定律

集总参数电路中任一节点处，所有支路电流的代数和在任何时刻恒等于0，体现了电流的连续性。

基尔霍夫电压定律

集总参数电路中，沿任一回路内所有支路或元件电压的代数等于0。

基本电磁定律

基本物理量

1 磁感应强度

，单位T（1T=1Wb/m^2），磁感应强度是矢量，表示空间任何一点磁场的强弱和方向，又称为磁场密度。

2 磁通量

磁感应强度的通量为磁通(量)，，单位Wb，磁场中经过一个曲面的磁通。

3 磁场强度

，单位A/m，与通常方向相同，

4 磁导率

，单位H/m，磁介质中某点的磁通密度与磁场强度量值的定义。

基本电磁定律

1 安培环路定律

磁场中，磁场强度沿任意闭曲线C的线积分，等于该曲线所包围全部电流的代数和。（描述磁场强度与产生磁场的电流之间的关系）

电流的参考方向与闭曲线C的环形方向满足右手定则，该电流为正，否则为负。

2 法拉第电磁感应定律

电磁感应：磁场中有匝数为N的线圈，有磁通通过线圈，与线圈相链的为磁链。当随时间t变化时，线圈中将感应产生电动势。

电动势：

电动势的方向：楞次定律，该电动势倾向于在线圈中产生电流，电流产生的磁场总是倾向于阻止磁链的变化，因此可以采用右手定则。

运动电动势：可以看成导体在均匀磁场运动“切割”磁感应线时，该导体产生的电动势。

3 电磁力定律

载流导体在磁场中受到的力称为电磁力/安培力长度l导体处于磁通密度B的均匀磁场，导体长度方向与磁通密度方向垂直，导体流过电流i时，电磁力计算公式为：

方向由左手定则确定。

铁磁材料的特性

基本概念

1 磁导率

铁磁材料由铁磁性物质构成，主要包括铁镍钴及其合金。

电机中铁磁材料的磁导率在2000 -6000 ，表示真空的磁导率， H/m

2 磁化曲线

铁磁材料在外磁场中呈现很强磁性，称为磁化，可以用磁化曲线表示

（1）起始磁化曲线

当H从零逐渐增大，B随之增大，得到的曲线$B=f(H)为起始磁化曲线；

磁饱和：曲面后半段，B不随H增大而显著增大的状态；

空气等非铁磁性物质磁化曲线为直线，斜率为真空磁导率；

曲线拐弯处为膝点，电机中为了产生较强磁场，希望铁磁材料磁导率较高，因此磁通密度不能太高或太低。

（2）磁滞回线

电机中铁磁材料常受交变磁化，这种情况下B和H不再是起始磁化曲线关系，而是磁滞回线的关系：

磁滞：的变化滞后于H的变化；

剩磁：铁磁材料在时，由于磁滞而仍然保留的磁通密度，也成为剩余磁通密度；

矫顽力：当反向H达到-Hc时，B将为0，该磁场强度Hc称为矫顽力;

软磁材料：磁滞现象不明显，适用制造电机;

硬磁材料：Br，Hc均较大，可以用作制造永磁体，制造永磁电机，其性能由于Br，Hc和最大磁能积(BH)max表示

（3）铁磁材料损耗

磁滞损耗：铁磁材料在交变磁场反复磁化过程中，其磁畴在不断运动中相互摩擦，消耗能量，所产生的功率消耗。

涡流损耗：具有导电能力的铁磁材料，在交变磁场中，内部产生围绕磁通呈现漩涡状流动的感应电流为涡流；涡流在其流经路径的等效电阻上产生焦耳损耗为涡流损耗。

磁路定律

对复杂电磁常问题进行简化，用磁路和等效电路的方法分析。

磁路概念

（1）铁心：构成磁通的路径，采用导磁性能的铁磁材料制成闭合或近似闭合的环路。

（2）磁路：将三位空间分布的磁场，简化为限定在一定空间范围内的磁场。

主磁通，，线圈通电，产生磁场，铁心磁导率大，大部分磁通从铁心通过，通过路径为主磁路；

漏磁通，，少部分磁通，在线圈围绕的部分铁心及周围空间分布，通过路径为漏磁路。

磁路的欧姆定律

由安培环路定律可得：

（1）磁动势，，为作用在铁心磁路上的安匝数，称为磁动势/磁通势，单位A;

（2）磁阻，Rm，，为磁路磁阻，单位 ;

（3）磁导，Λ，Λ=1/Rm，单位H。

3 磁路的基尔霍夫第一定律

（1）气隙：电机磁路常有不同截面积、不同磁性材料的铁心组成，可能还有空气间隙。对此类磁路分析，需要根据材料截面积不同，分若干段，每一段都是均匀磁路。

（2）基尔霍夫第一定律：穿出（或进入）任意闭曲面的总磁通代数和恒为零，。

磁路的基尔霍夫第二定律

任意闭合磁路上磁动势的代数和恒等于闭合磁路各段磁位差的代数和。

-磁路与电路类比关系

能量守恒定律

电机运行中存在四种能量形式：电能、机械能、磁场储能和热能。

电能和机械能是电机的输入和输出能量；磁场储能是存储在电机磁场（主要是气隙磁场）中的能量；热能是电机运行中各种损耗转换而来的能量。

输入的机械能或电能=磁场存储的增量+热能+输出的电能或机械能。

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来源：BB学长

电磁力电路电机材料储能曲面

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首次发布时间：2023-06-24