2.1.2 電機(jī)學(xué)的基本電磁定律

電機(jī)及許多電器都是利用電磁現(xiàn)象及規(guī)律制造的，電能的傳遞與機(jī)電能量轉(zhuǎn)換是利用電磁耦合作用來(lái)實(shí)現(xiàn)的。機(jī)電能量轉(zhuǎn)換的媒介是磁場(chǎng)，在工程中，通常將磁場(chǎng)問(wèn)題簡(jiǎn)化為磁路問(wèn)題。大量的電機(jī)與電氣設(shè)備都含有線圈和鐵心。當(dāng)繞在鐵心上的線圈通電后，鐵心就會(huì)被磁化而形成鐵心磁路，磁路又會(huì)影響線圈的電路。因此，電機(jī)電器技術(shù)不僅有電路問(wèn)題，同時(shí)也有磁路問(wèn)題。

1. 電路基本定律

由電路理論我們知道，電路基本定律遵循：基爾霍夫第一定律∑i＝0和基爾霍夫第二定律∑e＝∑u。

2. 磁路基本定律

磁路是由鐵心與線圈構(gòu)成的讓磁通集中通過(guò)的閉合回路，如圖2-2所示的磁路可看成均勻磁路，即材料相同截面相等的磁路。該磁路中各點(diǎn)的磁場(chǎng)強(qiáng)度H大小相等。由物理學(xué)可知，描述磁路及磁場(chǎng)的基本物理量有磁感應(yīng)強(qiáng)度B、磁場(chǎng)強(qiáng)度H、磁通量Φ及磁導(dǎo)率μ。下面簡(jiǎn)要回顧磁路的基本定律。

（1）安培環(huán)路定律

在磁路中，沿任意閉合路徑，磁場(chǎng)強(qiáng)度的線積分等于與該閉合路徑交鏈的電流的代數(shù)和。即

式中，N為線圈匝數(shù)。

計(jì)算電流代數(shù)和時(shí)，與繞行方向符合右手螺旋定則的電流取正號(hào)，反之取負(fù)號(hào)。

（2）磁路的基爾霍夫第一定律

（3）磁路歐姆定律

設(shè)均勻磁路長(zhǎng)為l，磁路面積為S，則B、H與μ之間的關(guān)系為：。由安培環(huán)路定律，知，令，則磁路歐姆定律為

式中，Rm與Ф成反比，反映對(duì)磁通的阻礙作用，稱為磁阻。其與磁路的幾何尺寸、磁介質(zhì)的磁導(dǎo)率有關(guān)，單位：H－1。F＝NI是產(chǎn)生Ф的原因，稱為磁動(dòng)勢(shì)，單位：A。

式（2-3）與電路歐姆定律形式相似。但電路中的電阻是耗電能的，而磁阻Rm是不耗能的。鐵磁材料的Rm不為常數(shù)，式（2-3）用來(lái)對(duì)磁路做定性的分析，一般不用來(lái)做定量分析。

3. 電磁感應(yīng)定律

線圈磁鏈變化將在線圈中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，分兩種情況：

（1）磁場(chǎng)相對(duì)靜止，線圈中磁通本身隨時(shí)間交變引起的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)稱為變壓器電動(dòng)勢(shì)，即

規(guī)定電動(dòng)勢(shì)正方向與磁通正方向符合右手螺旋定則。

（2）磁場(chǎng)大小恒定，導(dǎo)體以勻速運(yùn)動(dòng)切割磁力線而在導(dǎo)體產(chǎn)生切割電動(dòng)勢(shì)稱為速率電動(dòng)勢(shì)，即

判斷速率電動(dòng)勢(shì)方向遵循右手定則。

4. 電磁力定律

載流導(dǎo)體在磁場(chǎng)中受力為

受力方向由左手定則確定，在電機(jī)學(xué)中主要用于分析旋轉(zhuǎn)電機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩。

5. 能量守恒定理

電機(jī)、變壓器在能量傳遞、轉(zhuǎn)換過(guò)程中，應(yīng)符合能量守恒定律：