电机学第一章（磁路的基本定律）

磁路的基本概念

认识磁路

分别由变压器和四级直流电机的磁路介绍引入磁路以及其相关概念

变压器的磁路认识

1、变压器的磁路

这是一幅网上找到的变压器的图像，注意观察中间的铁芯的位置，这个位置的外面套了两个线圈，这两个线圈中通有电流。

2、四极直流电机的磁路

结合这三张图应该就可以清楚四极直流电机的结构构造。

基于以上实物图概念，看下面书上的“物理模型”（反正至少我上课的时候是没看懂这图几个意思的）应该就可以理解引入的磁路概念了。

3、正儿八经介绍概念

磁路相关名词	名词的定义	这名词究竟什么意思
主磁通	载流线圈的绝大部分磁通通过的路径	就是这个机器结构制造出来我们希望它的通电线圈要走的磁路这里的原理就是我们常用右手定则判断环形线圈周围产生的磁场
漏磁通	围绕着载流线圈和部分铁芯周围的空间，存在少量分散的磁通	就是我们一点也不希望这里会因为通电产生磁场，但是它就是会产生这里的原理其实就是物理中学到的直流导线周围的环形磁场
励磁线圈	别名：励磁绕组，产生磁通的载流线圈	其实就是通了电的线圈。
励磁电流	励磁线圈中的电流	其实就是给线圈通的电
直流磁路	当励磁电流是直流的时候，磁路称为直流磁路	其实就是线圈能够通交流或者直流电，为了区别这两种称呼，通直流电我们就叫它直流磁路。
交流磁路	当励磁电流是交流的时候，磁路称为交流磁路	其实就是线圈通交流电的时候，产生的磁路
激磁电流	上面提到的交流电流，给它一个新的称呼叫做激磁电流	就是重命名操作，以后见到这些名词的场合有：交流铁心线圈、变压器、感应电机的磁路

磁路基本定律

这个部分介绍了五条定律，它们之间的关系如下：

[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-mBZmhwCM-1615280992613)(C:\Users\21712\AppData\Roaming\Typora\typora-user-images\image-20210308091647042.png)]

PS:以下定律的介绍方式与电路的相关定律只是数学形式上的类比，没有物理本质的相似性

引入旧知识体系

安培环路定律

[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-1A3qg6o2-1615280992616)(C:\Users\21712\AppData\Roaming\Typora\typora-user-images\image-20210308094818558.png)]

电路基尔霍夫定律（应该忘记了……）

基尔霍夫第一定律基尔霍夫电流定律KCL

电路中任一瞬间，流入任一结点的电流等于流出该结点的电流。（流入该节点的电流代数和恒等于零）
其表达式可表示为：[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-X47JZSr4-1615280992617)(C:\Users\21712\AppData\Roaming\Typora\typora-user-images\image-20210308094509301.png)]

基尔霍夫第二定律基尔霍夫电压定律KVL

在任一瞬间，从回路中任一点出发，沿回路循行一周，则在这个方向上电位升之和等于电位降之和。（电位升代数和恒等于零）;其表达式可表示为：[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-sAG5L7Vc-1615280992618)(C:\Users\21712\AppData\Roaming\Typora\typora-user-images\image-20210308094524123.png)]

新的知识体系

磁路的欧姆定律

Ni=Hl

实际上就是当闭合回路的磁场强度H处处相等的时候的特殊表现形式。

值得一提的是，这个形式既然建立在如此苛刻的条件下，所以一般情况不使用这个定理计算，而是采用安培环路定律

这里引入了几个新的变量定义

当我们把Ni=Hl与B（磁通密度）=μH以及φ=BA（A就是面积）集合起来，就得到了一个新的公式：Ni=φ*l/μA

这个新公式有点不美观，所以我们给与它新的定义名字，让它变美，同时与电路具有一些公式上的相似性。

磁动势

F=Ni,单位为A（安培），磁动势的方向与线圈电流的方向符合右手螺旋关系。

实际就是给予N匝线圈的电流总和一个定义

磁阻

R_m=φ*l/μA，单位为：A/Wb，它的导数称之为磁导，单位是亨。

公式与电路的相似性分析

作用在磁路上的磁动势F等于磁路的磁通两φ乘以磁阻R_m。与欧姆定律：作用在电路上的电动势E（以前叫做U）等于电路的电流I乘以电阻R

需要注意：φ和F之间不是线性关系。

磁路的基尔霍夫第一定律

[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-NLjiVSEY-1615280992620)(C:\Users\21712\AppData\Roaming\Typora\typora-user-images\image-20210308101229178.png)]

磁路的基尔霍夫第二定律

[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-2KiO33SP-1615280992620)(C:\Users\21712\AppData\Roaming\Typora\typora-user-images\image-20210308101241476.png)]常用的铁磁材料及其特性

铁磁材料的磁化

知道两个概念：

1、磁化

铁磁材料放入磁场以后，材料里面的磁场显著增强的过程

2、磁畴（chou）

铁磁材料内部存在着许多很小的被称为磁畴的天然磁化区。

磁化曲线和磁滞回线

初始磁化曲线

描述一个材料（注意，这里说的是材料，没有说非的是铁磁材料）磁化过程的曲线。这条曲线具有四个阶段。

初始磁化过程	该过程的H-B曲线特点	原因
开始阶段	斜率较小	外磁场弱
第二阶段	斜率很大，近似于直线型增加	外磁场增强，材料内部大量磁畴开始转向（该过程参考物理学磁化示意图），这个阶段结束的位置叫做膝点
第三阶段	斜率越来越小	大部分磁畴已经趋向于外磁场方向，可转向的磁畴越来越少，这个阶段叫做饱和
第四阶段	基本是一条与B=μH特性相平行的直线	这属于饱和以后的状态
膝点	这个点在工程上的意义是：为了使得主磁路内获得较大的磁通量，而又不过分增大磁动势，所以一般我们都把电机的铁心的B选择在这个点附近

磁滞回线

[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-DgS7oSVF-1615280992621)(C:\Users\21712\AppData\Roaming\Typora\typora-user-images\image-20210309132541310.png)]

[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-uwrBdxUj-1615280992622)(https://gimg2.baidu.com/image_search/src=http%3A%2F%2Fimage.bubuko.com%2Finfo%2F201601%2F20180110174831137869.png&refer=http%3A%2F%2Fimage.bubuko.com&app=2002&size=f9999,10000&q=a80&n=0&g=0n&fmt=jpeg?sec=1617858815&t=31d862afa1c41f3c3efe4f5232a554f5)]

磁化材料

软磁材料：

用以制造电机和变压器的铁心。（磁导高，性能比较好）

硬磁材料：（永磁材料）

用作刮胡刀、小型电风扇的小电机的铁心就是这个

铁心损耗

磁滞损耗

铁磁材料置于交变磁场中，材料被反复磁化，磁畴之间相互摩擦，于是就有损耗。

涡流损耗

铁心材料是导电的，所以当铁心里面通过交变的电流的时候，就会产生交变的磁场，于是就会有涡流，于是涡流就会相互作用，引起涡流损耗。

分析表明：频率越高，磁通密度越大，感应电动势越大，涡流损耗越大1，铁心电阻率越大，涡流经过的路径越长，涡流损耗就越小。

铁心损耗=磁滞损耗+涡流损耗

涡流损耗

铁心材料是导电的，所以当铁心里面通过交变的电流的时候，就会产生交变的磁场，于是就会有涡流，于是涡流就会相互作用，引起涡流损耗。

分析表明：频率越高，磁通密度越大，感应电动势越大，涡流损耗越大1，铁心电阻率越大，涡流经过的路径越长，涡流损耗就越小。

铁心损耗=磁滞损耗+涡流损耗

记得这个结论：铁心损耗与频率、磁通密度、铁心重量成正相关。