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第三章机电能量转换基础

3.1磁路3.1.1磁场的建立在载流导体周围存在磁场，磁场与产生磁场的电流之间的关系由安培环路定律表述。式中,若电流的正方向与闭合回路的正方向符合右手螺旋关系，i取正号，否则取负号。显然,图3-1中的i与1图3-1安培环路定律i取正,而i取负。23

假定有圆形磁环，其上均匀密绕线圈，设有向回路l与圆型磁环的中心圆重合，则沿回路l,磁场强度H（magneticfieldintensity）的大小处处相等，且方向与回路切线方向一致，同时闭合回路所包围的总电流由通有电流i的N匝线圈提供，对于这种磁路，安培环路定律可以简化为(3-2)式中l为回路的长度，Ni为作用在磁路上的安匝数，称为磁路的磁动势或磁势（magnetomotiveforce,MMF),单位为安匝，通常直接用“安”表示。这是安培环路定律的简化形式。

图3-2是带气隙的铁心磁路。当气隙长度δ远远小于铁心截面的边长时，可以认为，沿气隙长度δ，各处的磁场强度H的大小和方向都一样，于是安培环路定律可以简化为（3-3）返回式中，F为磁路的磁动势，Hl和Hδ分FeFeδ别为铁心和气隙上的磁压降，与电路类似，作用在磁路上的总磁动势等于该磁路各段磁压降之和。图3-2带气隙的铁心磁路

3.1.2磁路的欧姆定律1.均匀磁路的欧姆定律图3-3铁芯磁路作用在磁路上的磁动势等于磁阻乘以磁通.铁磁材料的磁导率μ通常不是一个常数,所以由铁磁材料构成的磁路的Fe磁阻和磁导通常也不是一个常数,它随磁路饱和程度的变化而具有不同的数值,这种情况称为磁路的非线性。

2.分段均匀磁路的欧姆定律图3-2所示磁路可以认为是分段均匀磁路。显然，式（3-3）可以改写为（3-10）分别是铁心部分和气隙部分对应的磁阻。组成该磁路各分段的磁通是同一个磁通，这种磁路称为串联磁路。显然，串联磁路的总磁阻等于各段磁阻之和。通常空气隙比较短，但是它在总磁阻中所占的份额通常却比较大（μμ）。把磁路和电路作对照，Fe0磁势相当于电势；磁阻相当于电阻；磁通相当于电流。与电路不同的是：磁路存在较大的漏磁，因而形成的漏感通常是不能忽略不计的；而电路的漏电流很小，在电路分析中通常是可以忽略不计的。

3.磁力线的物理模型若想用假想存在的磁力线来表示磁场的分布，磁力线应具有下列特征：?磁力线上每一点的切线方向就是该点磁感应强度B的方向；?磁力线的方向与产生它的电流方向之间的关系应遵守右手螺旋定则；?磁力线不会相交，因为磁场中每一点的磁感应强度的方向是确定的和唯一的；?载流导体周围的磁力线都是围绕导体的闭合曲线，没有起点，也没有终点；?磁力线的疏密表示磁感应强度的大小；?磁力线有拉力,这是产生电磁转矩的基础。

3.1.3磁路中铁心的作用1.铁心的增磁作用产生相同磁通，铁磁材料环所需激磁电流可能只有非铁磁材料环的几千分之一。2.串联磁路中的磁隙降低铁心的增磁作用在串联磁路中，一个很短的气隙，就可能显著的增加磁路的总磁阻，从而在励磁磁势相同的情况下，只能得到较小的磁通。3.铁心磁路使磁通在空间沿一定的路径分布使电动机定子内圆表面的磁感应强度（磁通密度）按一定规律在圆周上分布（比如按正旋规律分布或者按梯形波分布）。

3.2变压器电势与速度电势3.2.1电磁感应定律与电动势注意，只有线圈的磁通和电势正方向的规定符合右手螺旋关系，上式才取负号。这种电动势正方向的规定被用图3-7交流感应电动势的方向于本书的内容中。

3.2.2变压器电势与运动电势研究一个简单的,以磁场作为耦合场的机电装置—电磁铁,如图3-8所示。该装置由固定铁心、可动衔铁组成,磁链随电流和衔铁的位置而变化,即ψ=ψ(i,x)式中第一项是由电流随时间变化所引起的感应电势，通常称为变压器电势(transformer)；第二项是由可动部分的运动所引起,通常称为运动电势(motional)图3-8电磁铁

考虑一个物理上最简单的产生运动电势的例子:导线在匀强磁场中切割磁力线。假设B在空间不随时间变化,且磁力线、导线和导线运动方向三者垂直，则导线中感应的运动电势为(3-15)B—导线所在处的磁感应强度，单位为T；l—导线在磁场中的长度，单位为m；v—导线切割磁力线的速度，单位为m/s；e—感应电势，单位为V。运动电势的方向习惯用右手定则确定，即把右手手掌伸开，四指并拢，大拇指与四指垂直。让磁力线穿过手心，大拇指指向导线的运动方向，其它四指的指向就是导线中感应电势的方向。

3.3磁场能量与电感3.3.1磁场储能与磁共能以图3-9中的电磁铁为例。图中带有绕组的部分为固定铁心,其下面为活动铁心。当绕组通电且电流达到一定的数值后,活动铁心被吸引向上运动。说明由两个铁心和其间的空气隙组成的磁路系统中存有能量。返回1.