船舶电气设备与系统-第一章课件

第一章电与磁概述电工设备中发生的物理过程通常同时包含“电”和“磁”这两个紧密相连的现象，即电生磁，磁生电。例如在电路原理课程中讨论交流电路时所考虑的感应电动势，就是线圈中所链磁通随时间变化而引起的；不过当时我们用一个线性的电路参数“电感”来表达这个作用，仅从电路概念加以分析。本章重点阐述磁场基本概念和基本物理量，分析磁性材料的磁性能和磁路计算的基本定律。第一章电与磁概述1

第一章电与磁

本章主要讲解内容

第一节

磁场的基本概念和基本物理量

第二节

铁磁材料的磁性能

第三节磁路的基本概念

第四节

电磁感应第一章电与磁本章主要讲解内容2第一节磁场的基本概念和基本物理量一、磁场的基本概念

1．磁场与磁力线

（1）磁场:当小磁针靠近永久磁铁时会发生偏转现象，这表明在永久磁铁的周围有一种物质存在，这一物质称为磁场。

（2）磁力线:磁场的分布情况用闭合磁力线来描述。在磁铁的外部，磁力线从N极出发，经外部空间进入S极；再由S极经磁铁内部回到N极而组成闭合回线，即磁力线是闭合的。

返回本章第一节磁场的基本概念和基本物理量一、磁场的基本概念返3图1-1条形磁铁的磁场返回（3）磁场方向l1曲线上a点的磁场方向即为a点切线l2的方向，（4）磁场强弱磁力线的疏密反映了磁场各处磁性的强弱程度；靠近磁铁两端的磁力线密，磁场就强，远离磁铁两端的磁力线疏，磁场就弱。图1-1条形磁铁的磁场返回（3）磁场方向4返回2．电流的磁效应除了永久磁铁周围存在磁场外，当小磁针靠近通电导线(或通电导线绕成的螺旋管线圈)，小磁针会发生偏转，这说明通电导线的周围和磁铁一样也存在着磁场，这种现象，称为电流的磁效应。磁场是由电流产生的，磁场的强弱及方向由通过导线的电流决定。返回2．电流的磁效应5（a）通电直导体（b）通电螺线管线圈图1-2磁场与电流的方向返回2．电流的磁效应磁场方向的确定：（a）右手握住直导体，拇指指向电流方向，则弯曲的四指的指向即为磁场方向。（b）右手握住线圈，弯曲的四指指向电流方向，则拇指的指向即为螺旋管内部的磁场方向。（a）通电直导体（b）通电螺线管线圈返回2．6二、磁场的基本物理量

1．磁感应强度B磁感应强度B

是表示磁场空间某点的磁场强弱和方向的物理量，是矢量。其定义式为:q-电荷所带电量，单位是库伦（C）B-磁感应强度，单位是特斯拉（Tesla）V-电荷运动速度，单位是米/秒（m/s）f-电磁力，单位是牛顿（N）二、磁场的基本物理量q-电荷所带电量，单位是库伦（C）B7

均匀磁场：如果磁场内各点磁感应强度的大小和方向均同，则称其为均匀磁场。均匀磁场可用疏密均匀、方向相同的磁力线来表示（本书若没有特别说明，都指均匀磁场）。在均匀磁场中I–

通人导体的电流单位是安培(A)

f

-电磁力，单位是牛顿（N）l

-导体长度，单位是米(m)均匀磁场：如果磁场内各点磁感应强度的大小和方向均I–通8

2．磁通定义：

磁通的定义是磁感应强度（假设磁场为均匀磁场）与垂直于磁场方向的面积的乘积定义式：B

单位：特斯拉（Tesla）φ

单位：韦伯（Wb）2．磁通B单位：特斯拉（Tesla）φ9

3．磁场强度

磁场强度是计算磁场所用的物理量，其大小为磁感应强度和导磁率之比。

B

单位：特斯拉单位：安/米单位：亨/米IN为电流与线圈匝数的乘积，称为磁动势，用字F表示

F=NI(磁势单位为A)3．磁场强度B单位：特斯拉单位：安/米10

4．磁导率（导磁系数）和相对磁导率

（1）磁导率

定义：表征各种材料导磁能力的物理量。定义式：μ=B/H(H/m)

（2）相对磁导率

定义：一般材料的磁导率和真空中的磁导率之比，称为这种材料的相对磁导率。定义式：μr=μ/μ04．磁导率（导磁系数）和相对磁导率11第二节铁磁材料的磁性能

为了在一定的的磁势作用下能激励较强的磁场，以使电机和变压器等电器设备尺寸缩小、重量减轻、性能改善，必须增加磁路的磁导率。所以电机和变压器的铁心常用磁导率较高的铁磁材料制成，下面对常用的铁磁材料及其性质作简要说明。返回本章说明第二节铁磁材料的磁性能为了在一定的的磁势作用下能激121.高导磁性（a）(b)

图1-3磁性材料的磁化思考：磁畴、磁化1.高导磁性（a）132.磁饱和性图1-4磁化曲线图1-5与H的关系非饱和段：oa、ab段半饱和段：bc段饱和段：c点以后图1-42.磁饱和性图1-4磁化曲线图1-5与H143.磁滞性

如果励磁线圈中通入交变励磁电流,对铁心进行反复磁化，磁感应强的变化总是滞后于磁场强度的变化,这种现象称为磁滞现象.为消除剩磁所加的反向磁场强度值Hc称为矫顽力。图1-6磁滞回线3.磁滞性图1-6磁滞回线15由实验可知，铁磁材料不同，其磁滞回线和磁化曲线也不同。图1-7中示出了几种铁磁材料的磁化曲线。按磁性物质的磁性能，磁性材料可以分成三种类型：软磁材料、永磁材料、矩磁材料。铁磁材料的类型由实验可知，铁磁材料不同，其磁滞回线和磁化曲线也不铁磁材料的16⑴软磁材料具有较小的矫顽磁力，磁滞回线较窄。一般用来制造电机、电器及变压器等的铁心。常用的有铸铁、硅钢、坡莫合金及铁氧体等。铁氧体在电子技术中应用也很广泛，例如可做计算机的磁心，磁鼓以及录音机的磁带、磁头。⑴软磁材料17⑵永磁材料具有较大的矫顽磁力，磁滞回线较宽。一般用来制造永久磁铁。常用的有碳钢、钴钢及铁镍铝钴合金等。⑶矩磁材料

具有较小的矫顽力和较大的剩磁，磁滞回线接近矩形，稳定性良好。在计算机系统中可用作记忆元件、开关元件和逻辑元件。常用的有镁锰铁氧体及1J51型铁镍合金等。⑵永磁材料18铁磁物质的磁性是与磁畴结构分不开的。当铁磁物质受到强烈的振动，或在高温下由于剧烈热运动影响，磁畴取向性容易混乱。这时与磁畴联系的一系列铁磁物质（如高导磁率、磁滞等），就会全部消失。因此，管理人员在维修和安装电机时，都应注意。注意啦！！！注意啦！！！19第三节磁路的基本概念一、磁路

在工程上，为了得到较强的磁场，广泛利用了铁磁物质。在电机、变压器、继电器、仪表等电器设备

中应用铁磁物质制成一定的形状，即人为地造成磁

通的路径，磁通主要在这部分空间内闭合，其周围

则因导磁系数小得多而磁通极少。这种磁通的路径

称为磁路。

返回本章？磁路第三节磁路的基本概念一、磁路返回本章？磁路20图1-8（a）是永磁式（磁电式）仪表的磁路，图1-8（b）为电磁继电器的磁路，图1-8（c）为单相铁心式变压器的磁路，图1-8（d）为四极转枢式电机的磁路；图1-8几种常见磁路几种常见的磁路图1-8（a）是永磁式（磁电式）仪表的磁路，图1-8（b）图21二、磁路的基本定律与磁路的特点

磁路概念的建立，是基于铁磁物质的导磁系数大大地超过了非铁磁物质的导磁系数。然而，若以此与电路相比，在电路中，导电材料的电导系数一般比电路周围绝缘材料的电导系数大几千万倍以上，而磁路中的导磁材料的导磁系数一般不过比非磁性材料的导磁系数大几千倍。因此，在磁路中漏磁现象比电路中漏电的现象大为显著。把按照我们安排的路径而闭合的磁通称为主磁通，而把不按照这种路径闭合的磁通称为漏磁通。二、磁路的基本定律与磁路的特点22（a）（b）图1-9磁路中的磁场分布（a）23磁路定律磁路定律是由描述磁场性质的磁通连续性原理和安培环路定律导来的。图1-10有分支磁路的分配磁路定律图1-10有分支磁路的分配241.磁路的基尔霍夫第一定律

在磁路的分支处所连接着的各个铁梗中磁通的代数和应恒等于零。

2.磁路的基尔霍夫第二定律磁路中沿任意闭合回路磁压的代数和等于沿该回路磁势的代数和。1.磁路的基尔霍夫第一定律2.磁路的基尔霍夫第二定律25综上所述，磁路和电路有很多相似之处。与电路一样，计算磁路也是以磁路的基尔霍夫两条定律相似的定律为基础的。磁路的磁通、磁势、磁压、磁阻等量与电路中的电流、电动势、电压、电阻等量一一对应。而且，磁路的欧姆定律对应于电路的欧姆定律。另外必须指出，磁路和电路有一个本质的差别，即磁通并不像电流一样代表某种质点的运动。恒定磁通通过某磁阻并不像恒定电流通过电阻时那样具有能量形式的转换，会使电阻发热。恒定的磁通的维持不需要任何能量，与电路中的焦耳-楞次定律相似的磁路定律是不存在的。对比思考综上所述，磁路和电路有很多相似之处。与电路一样，计算磁路也是26三、恒定磁通无分支磁路的计算

磁路的计算可以分为两类：（1）已知磁通求磁势；（2）已知磁势求磁通。

在此我们仅讨论已知磁通求磁势，并且仅讨论无分支

磁路。

练习一下计算三、恒定磁通无分支磁路的计算练习一下计算27无分支磁路中已知磁通求磁势，可以按照下列步骤进行：1.按照材料和截面的不同进行分段；2.作出中心线，按照所给尺寸计算出磁路各段的截面S1、S2…和长度l1、l2…；3.按已知的磁通计算各个段落的磁感应强度：

无分支磁路中已知磁通求磁势，可以按照下列284.从各材料的B-H曲线（基本磁化曲线）上按已算出的磁感应强度B1、B2……找出与它们相对应的磁场强度H1、H2……5.按照磁路的基尔霍夫第二定律求出所需要的磁势：4.从各材料的B-H曲线（基本磁化曲线）上按已算出的29当所给磁路中有空气隙时，则可应用空气的导磁率μ0=

4π×10-7H/m，由空气隙的磁感应强度B0

计算其磁场强度H0

：注意当所给磁路中有空气隙时，则可应用空气的导磁率μ0=注意30第四节电磁感应

电磁感应现象是电磁学中最重大的发现之一，它揭示了电与磁相互联系和转化的重要方面。在电工技术中，运用原理制造的发电机、感应电动机和变压器等电器设备为充分而方便地利用自然界的能源提供了条件，在电子技术中，广泛地采用电感元件来控制电压或电流的分配、发射、接收和传输电磁信号；在电磁测量中，除了许多重要电磁量的测量直接应用电磁感应原理外，一些非电磁量也可用之转换成电磁量来测量，从而发展了多种自动化仪表。返回本章你知道吗第四节电磁感应电磁感应现象是电磁学中最重大的发现之一，31一、电磁感应定律1.电磁感应现象1820年奥斯特的发现第一次揭示了电流能够产生磁。法拉第很快就想到磁能否产生电，精心地实验研究了10余年后，终于在1831年第一次发现了电磁感应现象，并总结出电磁感应定律。什么是电磁感应现象？产生电磁感应现象的条件是什么？如图1-12

一、电磁感应定律32图1-12线圈的感应电势返回图1-12线圈的感应电势返回332.电磁感应定律为了表述电磁感应的规律，以一匝线圈为例。如图1-13所示设在时刻t1穿过导线回路的磁通量是φ1，在时刻t2

穿过导线回路的磁通量是φ2

，那么，在这段时间内穿过回路的磁通量的变化是，则磁通量的变化率反映了磁通量变化的快慢和趋势。图1-132.电磁感应定律图1-1334法拉第电磁感应定律精确的实验表明，导体回路中感应电动势的大小等于穿过回路的磁通量的变化率。这个结论叫做法拉第电磁感应定律。即：

（1-17）

式中的负号代表感应电动势方向。感应电动势的方向问题是法拉第电磁感应定律的重要组成部分。

法拉第电磁感应定律35式（1-17）只适用于单匝导线组成的回路如果回路不是单匝线框而是多匝线圈，如果穿过每匝线圈的磁通量相同，均为，则，称为磁链或全磁通。则式（1-17）可表达为

说明式（1-17）只适用于单匝导线组成的回路如果回路不是说明36由愣次定律可知，感应电动势的方向总是使得其感应电流产生的磁通来阻止原有磁通量的变化（增加或少）。即根据感应电流的方向可以说明感应电动势方向。感应电动势的方向由愣次定律可知，感应电动势的方向总是使得其感应电感应电动势的37图1-14感应电动势方向的确定返回图1-14感应电动势方向的确定返回38如图1-14，在图中把极插入线圈，可以看到磁棒插入过程中穿过线圈的向下的磁通量增加，根据右手定则可知，这时感应电流所激发的磁场方向朝上，其作用相当于阻止线圈中磁通量的增加。若线圈不动，磁铁向下运动，则通过线圈的磁通φ1的方向向下，而且对线圈来说磁通是增加的，由楞次定律知线圈感应电流产生的磁通φ2的方向与穿过它的磁铁磁通φ1方向相反，再根据右手定则知感应电流i从线圈内部a流向b，而感应电动势eL的方向与其一致，由a经线圈内部指向b，而线圈两端的电压由b指向a如图1-14所示。如图1-14，在图中把极插入线圈，可以看到磁棒插入过程39感应电动势的确定一般情形下，感应电动势的大小和方向可由下式来决定：（1-19）式中的负号体现了感应电动势eL的方向总是与磁通Φ的增量相关。感应电动势的确定40三、自感系数当一线圈中的电流变化时，它所激发的磁场通过线圈自身的磁通量（或磁通匝链数）也在变化，使线圈自身产生感应电动势。这种因线圈中电流变化而在线圈自身所引起的感应现象通常叫做自感现象，所产生的电动势叫做自感电动势。如图1-17实验。三、自感系数41（a）（b）图1-17自感现象的演示自感现象（a）（b）自感现象42（1-21）

（1-22）

（1-23）式1-23相量图如图1-18所示。

图1-18

43由式1-23可以看出，对于相同的电流变化率，比例系数L越大的线圈所产生的自感电动势越大，即自感作用越强。比例系数L称为自感系数，简称自感（电感）。根据式（1-21）和式（1-22）也有自感的两种定义。据式（1-22），自感在数值上等于线圈中电流强度变化率为1单位时，在这线圈中产生的感应电动势；或者，据式（1-21），自感在数值上等于线圈中电流强度为1单位时通过线圈自身的磁通匝链数。对式1-23的阐述由式1-23可以看出，对于相同的电流变化率，比例系数L越对式44三、铁心线圈电路铁心线圈分为两种：

1.通直流电励磁的直流铁心线圈，如直流电机的励磁线圈、电磁吸盘及各种直流电器的线圈；

2.通交流电励磁的交流铁心线圈，如交流电机、变压器及各种交流电器的线圈。三、铁心线圈电路45A.直流铁心线圈的磁路

通直流电励磁的直流铁心线圈的磁路的分析比较简单，因为励磁电流是直流，产生的磁通是固定的，由式

(1-22)知在线圈和铁心中不会感生电动势，在一定的直流电压U下,线圈中的电流I只和线圈本身的电阻R有关，即。这就是为什么交流线圈不能随意接直流电源的原因。直流铁心线圈的磁路A.直流铁心线圈的磁路直流铁心线圈的磁路46B.交流铁心线圈的磁路

外加电压与磁通φ的关系，转换为相量形式：注：（1）在相位上，磁通φ滞后于外加电压90°

（2）磁通的极大值φm取决于外加正弦电压的有效值与频率。

交流铁心线圈的磁路B.交流铁心线圈的磁路交流铁心线圈的磁路47四、功率损耗与涡电流

图1-21涡电流磁滞损耗有功损耗涡流损耗功率损耗磁滞损耗(ΔPh)：当铁磁体被反复磁化时,由于磁滞原因而引起的功率损耗。涡流损耗(ΔPe)：当铁心中磁通发生变化时,在铁心内引起感应电动势和电流(即涡流)。由于涡流在铁心中造成的功率损耗。四、功率损耗与涡电流图1-21涡电流磁滞损耗有功损耗涡48图1-22变压器铁芯中的涡流损耗及改善措施图1-22变压器铁芯中的涡流损耗及改善措施49图1-23转速记原理应用图1-23转速记原理50五、电磁铁

电磁铁是利用通电的铁心线圈吸引衔铁，再由衔带动控制触点闭合、断开或衔铁的动作可使其它机械装置发生联动。当电源断开时，电磁铁的磁性随着消失，衔铁或其它零件即被释放。电磁铁可分为线圈、铁心及衔铁三部分。如图1-24所示的是某种电磁铁的结构型式。五、电磁铁51图1-24电磁铁结构图电磁铁结构图1-24电磁铁结构图52IU直流励磁线圈电路的特点（R

为线圈的电阻）1.直流电磁铁IU直流励磁线圈电路的特点（R为线圈的电阻）1.直流电53直流电磁铁U一定I一定磁动势F=IN一定磁通和磁阻成反比

（线圈中没有反电动势）IU直流电磁铁U一定I一定磁动势F=IN一定磁通和54交流励磁线圈电路的特点ui2.交流电磁铁交流激励线圈中产生感应电势交流励磁线圈电路的特点ui2.交流电磁铁交流激励线圈中产生感55ui交流电磁铁电路方程：的感应电势和产生一般情况下很小ui交流电磁铁电路方程：的感应电势和56假设则ui假设则ui57有效值相量有效值相量58交流磁路中磁阻Rm对电流的影响电磁铁吸合过程的分析：在吸合过程中若外加电压不变,则Φ基本不变。iu交流磁路中磁阻Rm对电流的影响电磁铁吸合过程的分析：在吸合过59小电流小电磁铁吸合后(气隙小）

大起动电流大电磁铁吸合前(气隙大）注意：如果气隙中有异物卡住，电磁铁长时间吸不上，线圈中的电流一直很大，将会导致过热，把线圈烧坏。

小电流小电磁铁吸合后(气隙小）大60

第一章电与磁概述电工设备中发生的物理过程通常同时包含“电”和“磁”这两个紧密相连的现象，即电生磁，磁生电。例如在电路原理课程中讨论交流电路时所考虑的感应电动势，就是线圈中所链磁通随时间变化而引起的；不过当时我们用一个线性的电路参数“电感”来表达这个作用，仅从电路概念加以分析。本章重点阐述磁场基本概念和基本物理量，分析磁性材料的磁性能和磁路计算的基本定律。第一章电与磁概述61

第一章电与磁

本章主要讲解内容

第一节

磁场的基本概念和基本物理量

第二节

铁磁材料的磁性能

第三节磁路的基本概念

第四节

电磁感应第一章电与磁本章主要讲解内容62第一节磁场的基本概念和基本物理量一、磁场的基本概念

1．磁场与磁力线

（1）磁场:当小磁针靠近永久磁铁时会发生偏转现象，这表明在永久磁铁的周围有一种物质存在，这一物质称为磁场。

（2）磁力线:磁场的分布情况用闭合磁力线来描述。在磁铁的外部，磁力线从N极出发，经外部空间进入S极；再由S极经磁铁内部回到N极而组成闭合回线，即磁力线是闭合的。

返回本章第一节磁场的基本概念和基本物理量一、磁场的基本概念返63图1-1条形磁铁的磁场返回（3）磁场方向l1曲线上a点的磁场方向即为a点切线l2的方向，（4）磁场强弱磁力线的疏密反映了磁场各处磁性的强弱程度；靠近磁铁两端的磁力线密，磁场就强，远离磁铁两端的磁力线疏，磁场就弱。图1-1条形磁铁的磁场返回（3）磁场方向64返回2．电流的磁效应除了永久磁铁周围存在磁场外，当小磁针靠近通电导线(或通电导线绕成的螺旋管线圈)，小磁针会发生偏转，这说明通电导线的周围和磁铁一样也存在着磁场，这种现象，称为电流的磁效应。磁场是由电流产生的，磁场的强弱及方向由通过导线的电流决定。返回2．电流的磁效应65（a）通电直导体（b）通电螺线管线圈图1-2磁场与电流的方向返回2．电流的磁效应磁场方向的确定：（a）右手握住直导体，拇指指向电流方向，则弯曲的四指的指向即为磁场方向。（b）右手握住线圈，弯曲的四指指向电流方向，则拇指的指向即为螺旋管内部的磁场方向。（a）通电直导体（b）通电螺线管线圈返回2．66二、磁场的基本物理量

1．磁感应强度B磁感应强度B

是表示磁场空间某点的磁场强弱和方向的物理量，是矢量。其定义式为:q-电荷所带电量，单位是库伦（C）B-磁感应强度，单位是特斯拉（Tesla）V-电荷运动速度，单位是米/秒（m/s）f-电磁力，单位是牛顿（N）二、磁场的基本物理量q-电荷所带电量，单位是库伦（C）B67

均匀磁场：如果磁场内各点磁感应强度的大小和方向均同，则称其为均匀磁场。均匀磁场可用疏密均匀、方向相同的磁力线来表示（本书若没有特别说明，都指均匀磁场）。在均匀磁场中I–

通人导体的电流单位是安培(A)

f

-电磁力，单位是牛顿（N）l

-导体长度，单位是米(m)均匀磁场：如果磁场内各点磁感应强度的大小和方向均I–通68

2．磁通定义：

磁通的定义是磁感应强度（假设磁场为均匀磁场）与垂直于磁场方向的面积的乘积定义式：B

单位：特斯拉（Tesla）φ

单位：韦伯（Wb）2．磁通B单位：特斯拉（Tesla）φ69

3．磁场强度

磁场强度是计算磁场所用的物理量，其大小为磁感应强度和导磁率之比。

B

单位：特斯拉单位：安/米单位：亨/米IN为电流与线圈匝数的乘积，称为磁动势，用字F表示

F=NI(磁势单位为A)3．磁场强度B单位：特斯拉单位：安/米70

4．磁导率（导磁系数）和相对磁导率

（1）磁导率

定义：表征各种材料导磁能力的物理量。定义式：μ=B/H(H/m)

（2）相对磁导率

定义：一般材料的磁导率和真空中的磁导率之比，称为这种材料的相对磁导率。定义式：μr=μ/μ04．磁导率（导磁系数）和相对磁导率71第二节铁磁材料的磁性能

为了在一定的的磁势作用下能激励较强的磁场，以使电机和变压器等电器设备尺寸缩小、重量减轻、性能改善，必须增加磁路的磁导率。所以电机和变压器的铁心常用磁导率较高的铁磁材料制成，下面对常用的铁磁材料及其性质作简要说明。返回本章说明第二节铁磁材料的磁性能为了在一定的的磁势作用下能激721.高导磁性（a）(b)

图1-3磁性材料的磁化思考：磁畴、磁化1.高导磁性（a）732.磁饱和性图1-4磁化曲线图1-5与H的关系非饱和段：oa、ab段半饱和段：bc段饱和段：c点以后图1-42.磁饱和性图1-4磁化曲线图1-5与H743.磁滞性

如果励磁线圈中通入交变励磁电流,对铁心进行反复磁化，磁感应强的变化总是滞后于磁场强度的变化,这种现象称为磁滞现象.为消除剩磁所加的反向磁场强度值Hc称为矫顽力。图1-6磁滞回线3.磁滞性图1-6磁滞回线75由实验可知，铁磁材料不同，其磁滞回线和磁化曲线也不同。图1-7中示出了几种铁磁材料的磁化曲线。按磁性物质的磁性能，磁性材料可以分成三种类型：软磁材料、永磁材料、矩磁材料。铁磁材料的类型由实验可知，铁磁材料不同，其磁滞回线和磁化曲线也不铁磁材料的76⑴软磁材料具有较小的矫顽磁力，磁滞回线较窄。一般用来制造电机、电器及变压器等的铁心。常用的有铸铁、硅钢、坡莫合金及铁氧体等。铁氧体在电子技术中应用也很广泛，例如可做计算机的磁心，磁鼓以及录音机的磁带、磁头。⑴软磁材料77⑵永磁材料具有较大的矫顽磁力，磁滞回线较宽。一般用来制造永久磁铁。常用的有碳钢、钴钢及铁镍铝钴合金等。⑶矩磁材料

具有较小的矫顽力和较大的剩磁，磁滞回线接近矩形，稳定性良好。在计算机系统中可用作记忆元件、开关元件和逻辑元件。常用的有镁锰铁氧体及1J51型铁镍合金等。⑵永磁材料78铁磁物质的磁性是与磁畴结构分不开的。当铁磁物质受到强烈的振动，或在高温下由于剧烈热运动影响，磁畴取向性容易混乱。这时与磁畴联系的一系列铁磁物质（如高导磁率、磁滞等），就会全部消失。因此，管理人员在维修和安装电机时，都应注意。注意啦！！！注意啦！！！79第三节磁路的基本概念一、磁路

在工程上，为了得到较强的磁场，广泛利用了铁磁物质。在电机、变压器、继电器、仪表等电器设备

中应用铁磁物质制成一定的形状，即人为地造成磁

通的路径，磁通主要在这部分空间内闭合，其周围

则因导磁系数小得多而磁通极少。这种磁通的路径

称为磁路。

返回本章？磁路第三节磁路的基本概念一、磁路返回本章？磁路80图1-8（a）是永磁式（磁电式）仪表的磁路，图1-8（b）为电磁继电器的磁路，图1-8（c）为单相铁心式变压器的磁路，图1-8（d）为四极转枢式电机的磁路；图1-8几种常见磁路几种常见的磁路图1-8（a）是永磁式（磁电式）仪表的磁路，图1-8（b）图81二、磁路的基本定律与磁路的特点

磁路概念的建立，是基于铁磁物质的导磁系数大大地超过了非铁磁物质的导磁系数。然而，若以此与电路相比，在电路中，导电材料的电导系数一般比电路周围绝缘材料的电导系数大几千万倍以上，而磁路中的导磁材料的导磁系数一般不过比非磁性材料的导磁系数大几千倍。因此，在磁路中漏磁现象比电路中漏电的现象大为显著。把按照我们安排的路径而闭合的磁通称为主磁通，而把不按照这种路径闭合的磁通称为漏磁通。二、磁路的基本定律与磁路的特点82（a）（b）图1-9磁路中的磁场分布（a）83磁路定律磁路定律是由描述磁场性质的磁通连续性原理和安培环路定律导来的。图1-10有分支磁路的分配磁路定律图1-10有分支磁路的分配841.磁路的基尔霍夫第一定律

在磁路的分支处所连接着的各个铁梗中磁通的代数和应恒等于零。

2.磁路的基尔霍夫第二定律磁路中沿任意闭合回路磁压的代数和等于沿该回路磁势的代数和。1.磁路的基尔霍夫第一定律2.磁路的基尔霍夫第二定律85综上所述，磁路和电路有很多相似之处。与电路一样，计算磁路也是以磁路的基尔霍夫两条定律相似的定律为基础的。磁路的磁通、磁势、磁压、磁阻等量与电路中的电流、电动势、电压、电阻等量一一对应。而且，磁路的欧姆定律对应于电路的欧姆定律。另外必须指出，磁路和电路有一个本质的差别，即磁通并不像电流一样代表某种质点的运动。恒定磁通通过某磁阻并不像恒定电流通过电阻时那样具有能量形式的转换，会使电阻发热。恒定的磁通的维持不需要任何能量，与电路中的焦耳-楞次定律相似的磁路定律是不存在的。对比思考综上所述，磁路和电路有很多相似之处。与电路一样，计算磁路也是86三、恒定磁通无分支磁路的计算

磁路的计算可以分为两类：（1）已知磁通求磁势；（2）已知磁势求磁通。

在此我们仅讨论已知磁通求磁势，并且仅讨论无分支

磁路。

练习一下计算三、恒定磁通无分支磁路的计算练习一下计算87无分支磁路中已知磁通求磁势，可以按照下列步骤进行：1.按照材料和截面的不同进行分段；2.作出中心线，按照所给尺寸计算出磁路各段的截面S1、S2…和长度l1、l2…；3.按已知的磁通计算各个段落的磁感应强度：

无分支磁路中已知磁通求磁势，可以按照下列884.从各材料的B-H曲线（基本磁化曲线）上按已算出的磁感应强度B1、B2……找出与它们相对应的磁场强度H1、H2……5.按照磁路的基尔霍夫第二定律求出所需要的磁势：4.从各材料的B-H曲线（基本磁化曲线）上按已算出的89当所给磁路中有空气隙时，则可应用空气的导磁率μ0=

4π×10-7H/m，由空气隙的磁感应强度B0

计算其磁场强度H0

：注意当所给磁路中有空气隙时，则可应用空气的导磁率μ0=注意90第四节电磁感应

电磁感应现象是电磁学中最重大的发现之一，它揭示了电与磁相互联系和转化的重要方面。在电工技术中，运用原理制造的发电机、感应电动机和变压器等电器设备为充分而方便地利用自然界的能源提供了条件，在电子技术中，广泛地采用电感元件来控制电压或电流的分配、发射、接收和传输电磁信号；在电磁测量中，除了许多重要电磁量的测量直接应用电磁感应原理外，一些非电磁量也可用之转换成电磁量来测量，从而发展了多种自动化仪表。返回本章你知道吗第四节电磁感应电磁感应现象是电磁学中最重大的发现之一，91一、电磁感应定律1.电磁感应现象1820年奥斯特的发现第一次揭示了电流能够产生磁。法拉第很快就想到磁能否产生电，精心地实验研究了10余年后，终于在1831年第一次发现了电磁感应现象，并总结出电磁感应定律。什么是电磁感应现象？产生电磁感应现象的条件是什么？如图1-12

一、电磁感应定律92图1-12线圈的感应电势返回图1-12线圈的感应电势返回932.电磁感应定律为了表述电磁感应的规律，以一匝线圈为例。如图1-13所示设在时刻t1穿过导线回路的磁通量是φ1，在时刻t2

穿过导线回路的磁通量是φ2

，那么，在这段时间内穿过回路的磁通量的变化是，则磁通量的变化率反映了磁通量变化的快慢和趋势。图1-132.电磁感应定律图1-1394法拉第电磁感应定律精确的实验表明，导体回路中感应电动势的大小等于穿过回路的磁通量的变化率。这个结论叫做法拉第电磁感应定律。即：

（1-17）

式中的负号代表感应电动势方向。感应电动势的方向问题是法拉第电磁感应定律的重要组成部分。

法拉第电磁感应定律95式（1-17）只适用于单匝导线组成的回路如果回路不是单匝线框而是多匝线圈，如果穿过每匝线圈的磁通量相同，均为，则，称为磁链或全磁通。则式（1-17）可表达为

说明式（1-17）只适用于单匝导线组成的回路如果回路不是说明96由愣次定律可知，感应电动势的方向总是使得其感应电流产生的磁通来阻止原有磁通量的变化（增加或少）。即根据感应电流的方向可以说明感应电动势方向。感应电动势的方向由愣次定律可知，感应电动势的方向总是使得其感应电感应电动势的97图1-14感应电动势方向的确定返回图1-14感应电动势方向的确定返回98如图1-14，在图中把极插入线圈，可以看到磁棒插入过程中穿过线圈的向下的磁通量增加，根据右手定则可知，这时感应电流所激发的磁场方向朝上，其作用相当于阻止线圈中磁通量的增加。若线圈不动，磁铁向下运动，则通过线圈的磁通φ1的方向向下，而且对线圈来说磁通是增加的，由楞次定律知线圈感应电流产生的磁通φ2的方向与穿过它的磁铁磁通φ1方向相反，再根据右手定则知感应电流i从线圈内部a流向b，而感应电动势eL的方向与其一致，由a经线圈内部指向b，而线圈两端的电压由b指向a如图1-14所示。如图1-14，在图中把极插入线圈，可以看到磁棒插入过程99感应电动势的确定一般情形下，感应电动势的大小和方向可由下式来决定：（1-19）式中的负号体现了感应电动势eL的方向总是与磁通Φ的增量相关。感应电动势的确定100三、自感系数当一线圈中的电流变化时，它所激发的磁场通过线圈自身的磁通量（或磁通匝链数）也在变化，使线圈自身产生感应电动势。这种因线圈中电流变化而在线圈自身所引起的感应现象通常叫做自感现象，所产生的电动势叫做自感电动势。如图1-17实验。三、自感系数101（a）（b）图1-17自感现象的演示自感现象（a）（b）自感现象102（1-21）

（1-22）

（1-23）式1-23相量图如图1-18所示。

图1-18

103由式1-23可以看出，对于相同的电流变化率，比例系数L越大的线圈所产生的自感电动势越大，即自感作用越强。比例系数L称为自感系数，简称自感（电