B lim
F Idl 0 Idl

磁力线/磁通线：


B的另一解释：磁通密度 磁通管

B / A
A
通过磁场内任一闭合曲线所有磁力线 概念实质化：磁通在磁通管内的流动
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Review——磁场的基本性质

磁场的叠加性 给定边界条件下磁场分布的唯一性



膝部ab段

磁化呈阶梯现象 磁畴突然转向产生感应电动势，出现响声 某处出现磁导率的最大值μmax

μ特别大：较小的外磁场变化可导致较大的磁感应

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2）磁化曲线和磁滞回线

饱和段bc


未转向磁畴很少 需要消耗更多能量和更强的外磁场 磁导率μ减小 所有磁畴方向与外磁场一致——饱和 磁导率接近真空 过程可逆

磁场重要性质：

磁场的任一点上，磁感应强度B既无源，也无汇， 磁力线是闭合曲线。那么，磁场是无源场。
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安培环路定律/全电流定律

磁场重要性质：安培环路定律

注：I的方向 图3－10 l 磁场强度H沿任一闭合回路l的线积分等于穿越该回路界定面 积所有电流代数和
I Hdl
1、电磁结构的种类和特性

基本特性

能量转变：电能－力和机械功 (静态)吸力特性

F＝f(δ) 或者 M＝f(a) 此时是假定衔铁运动无限缓慢得到的特性
考虑运动过程的时间轴 反作用力：衔铁运动时所克服的机械负载的阻力Fr Fr＝f(δ)
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动态吸力特性


机械特性/反力特性

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Hl IN

注：等效假定条件 P77
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二、磁路的参数与等效磁路

当已知UM和Φ 磁阻和磁导：
RM UM

理想化（磁路等截面积）磁阻和磁导：
RM UM


1 RM U M


Hl l BA A

A
l

参考：图3－13

磁路的能源：NI（一般为激磁部分） 主磁通和各漏磁通
电器学
第六讲 电磁机构理论
概述

电磁机构

构成：磁系统＋励磁线圈

磁系统：磁导体＋气隙

作用

输入：电测量元件 驱动机构：能量转换 灭弧装置的磁吹源 独立设备或元件

自动储能机构、电磁离合器等 牵引电磁铁、制动电磁铁、起重电磁铁等

能量过程

做功：电——磁——力——功和机械能 控制：电——磁——力——指令
b
dl r 0 l r 2



磁场计算以H计算较为方便 磁压降(磁路的欧姆定律)： 安培(全电流)定律： 磁通计算： 磁场强度H的含义：

U ab Hdl a i Hdl
l
BA
BdA
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单位长度磁路上消耗的磁势 单位长度磁路上的磁压降
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磁性材料及其基本特性，设计方法
1、电磁结构的种类和特性

分类

励磁电流

直流、交流（单相、三相）； 并励、串励、永久磁铁、交直流同时磁化；

励磁方式


结构形式

内衔铁 图3－1 —— 动铁心在线圈中 外衔铁 图3－2 —— 动铁心在线圈外
直动式、转动式
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运动方式

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1、电磁结构的种类和特性

一、各类（静态）吸引特性

图3－1

注意：止座结构对吸力特性的影响

图3－2 静态吸力特性的成立条件

电路参数始终保持不变 或者运动过程无限慢 衔铁的运动实质就是其做功的过程
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吸力特性与能量特性 P70

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动态特性分析

电流、磁通、磁链、吸力、速度等与气隙或时间之间 的关系 电磁系统的工作循环

磁通连续性定理 安培环路定律

i Hdl
l
H沿任一闭合回路l的线积分等于穿越该回路所界定面积的全部电 流的代数和

一、磁路基本定律

磁路的基尔霍夫第一定律


3 1 0 磁路的基尔霍夫第二定律
2

流进和流出节点的磁通代数和为零

磁路中沿任一闭合回路的磁压降的代数和等于回路中各磁动势的 代数和

磁动势性 磁通的分布性
电流在导体流动会产生焦耳热 磁通的流动只不过是磁场存在的反映
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磁通非实体，无能量交换，仅为计算手段


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磁路和电路的比较

相同点：

两者的基本物理量和基本定律之间存在对偶关系 基本量

磁势、磁通、磁压降、磁阻、磁阻抗等 电势、电流、电压降、电阻、阻抗等

微分形式

rotH J
磁场是有旋场 反映：磁场与建立它的电流之间的关系

标量磁位和磁压降

H J
Hdl
标量磁位：无物理意义的纯计算量 磁压降/标量磁位差 U
H gradU m

b
Ua
dU
b
a

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注：该值与积分路径有关（图3－11） b Hdl I U ab U a U b Hdl
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3、电磁机构中的磁场及其路化

磁场

磁场是一种特殊的物质 磁场是电流所建立的一种空间 电流之间相互作用力的中介 磁场对电流的作用力微观上，是对运动电荷的作用 力——洛仑兹力

左手定律 图3－9 B＝与其垂直的单位电流元所受的力

注：

f q(v B) dF I (dl B)


高磁导率合金

自动及通信装置中的变压器、继电器 特高磁导率的电磁元件
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软磁材料种类

高频软磁材料

铁淦氧（铁氧体） 相对磁导率较小，仅数千 矫顽力很小，电阻率极大 适用于：高频弱电电磁元件

非晶态软磁合金

液体过渡态的合金 磁性能与坡莫合金相近 机械性能远大于坡莫合金
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硬磁材料

硬磁材料特点

磁滞回线宽 磁能积BH较大 常用于永久磁铁——充磁后磁性能维持较长时间 铸造铝镍钴系 粉末烧结铝镍钴系 钡、锶、铁的氧化物 烧结的铁氧体材料 稀土钴系材料：稀土钴族元素＋钴


常用种类

钐钴、谱钴、谱钐钴等

稀土永磁材料：铵铁硼
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顺磁性材料


逆磁性材料



(铁)磁性材料特点：磁导率高或极高 非线性磁特性：

磁感应强度B和磁场强度H
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电磁学回顾

磁感应强度B（T）

因材料而异：磁导率单位H/m ＝与其垂直的单位电流元所受的力 毕奥－沙伐尔定律 毕奥－沙伐尔定律

磁场强度H（A/m）

F I (dl B ) 0 I dl r 0 B 4 l r 2 I B H H 4

涡流：感应电流围绕磁通呈现的旋涡状流动 磁滞损耗

外加交变磁场作用造成 与励磁电流的频率和磁滞回线的面积成正比

铜耗

焦耳热的反应，如铜等 图3－8 铁损与磁感应强度和频率的函数 实验曲线

损耗曲线

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4） (铁)磁性材料

软磁材料

矫顽力小，小到百分之几A/m 磁滞回线较窄 磁导率不高，剩磁也不大——磁滞现象不明显 矫顽力大，达数十万A/m 磁滞回线较宽 最大磁能积（BH ）大 可制作永磁铁
a
PRQ
PTQ

Hdl
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磁场的路化

磁通管 图3－12

管内处处与B平行 磁通沿着磁通管流动

等磁位面

磁场空间中磁位相等的所有点 等磁位线与磁力线相互正交
将磁通管和等磁位面划分为一些集中块 简化：


路化


集中化：磁通集中在磁性材料中 磁性材料作为主磁通管 剩余空间的磁通作为漏磁通
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磁阻：磁通管对磁通的阻碍作用
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磁场的路化

图3－13

大多数电磁机构的磁通分布很集中 磁导体磁导率为空气的数千倍

主磁通在磁导体中流动 漏磁通存在于磁导体外的路径
主磁通——电流 漏磁通——漏电流

与电路类似


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4、磁路的基本定律和计算任务

0、磁场基本定律

机械特性/反力特性

本质：负载特性 与吸力特性的统一


衔铁的吸合：电磁吸力为主 释放和复合：反作用力为主

参考图3－4
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