1.2 磁场的基本定律与磁路的基本物理量（课件）-《电机与拖动基础》同步精品课堂（高等教育出版社）

电机与拖动基础 同步精品课堂（中职专业课） 1.2 磁场的基本定律与磁路的基本物理量 1 知识目标 熟悉和掌握磁场的基本定律与磁路的基本物理量。 能力目标 对学会对简单磁路及其等效电路、毕奥-萨伐尔电磁力定律等内容进行掌握。 情感目标 培养学生利用电机拖动技术解决实际工程问题的能力。 三维目标 情境引入 什么是电路系统和磁路系统？ 思考 电机是一种以电磁感应为基础来实现机电能量转换或信号转换的电磁机械装置。电机主要由两大系统组成，即电路系统和磁路系统。 要学习电机与拖动的基本理论，必须掌握电路和磁路的基本知识、电力拖动的基本知识，以及生产机械的负载转矩特性。本章围绕电磁学和电力拖动进行阐述，先介绍磁路、铁心线圈电路和电力拖动的基本知识，再讨论生产机械的负载转矩特性，最后分析电力拖动的稳定运行条件。 新知学习 一 、磁场的基本定律 磁场的基本定律包括磁通连续性定理、安培环路定律及其推广形式、法拉第电磁感应定律、毕奥-萨伐尔电磁力定律(简称毕-萨电磁力定律) 磁通连续性定理用于描述磁场的基本性质，又称为磁场的高斯定理，该定理指出磁场中任一时刻通过任一闭合曲面 S 的净磁通等于零，即穿出的磁通等于穿入的磁通，二者的代数和为零，即 1. 磁通连续性定理 新知学习 一 、磁场的基本定律 磁场的基本定律包括磁通连续性定理、安培环路定律及其推广形式、法拉第电磁感应定律、毕奥-萨伐尔电磁力定律(简称毕-萨电磁力定律) 磁通连续性定理表明磁场是无源场，且磁感线是连续的，都是围绕着电流无始端和终端的闭合线。 1. 磁通连续性定理 新知学习 一 、磁场的基本定律 磁场的基本定律包括磁通连续性定理、安培环路定律及其推广形式、法拉第电磁感应定律、毕奥-萨伐尔电磁力定律(简称毕-萨电磁力定律) 在恒定磁场中，磁感应强度B 沿任一闭合路径 L 的线积分，等于该闭合路径所包围的所有导体电流的代数和乘以磁导率，即 2. 安培环路定律 新知学习 一 、磁场的基本定律 磁场的基本定律包括磁通连续性定理、安培环路定律及其推广形式、法拉第电磁感应定律、毕奥-萨伐尔电磁力定律(简称毕-萨电磁力定律) 以上规律称为安培环路定律。可见，安培环路定律描述的是电生磁的基本定律，通电导体周围所产生的磁场与导体内部电流之间符合该定律。若环路所包围电流的方向与磁感线的方向关系符合右手螺旋定则，则电流前取正号，反之取负号，如图所示。 2. 安培环路定律 新知学习 一 、磁场的基本定律 磁场的基本定律包括磁通连续性定理、安培环路定律及其推广形式、法拉第电磁感应定律、毕奥-萨伐尔电磁力定律(简称毕-萨电磁力定律) 2. 安培环路定律 新知学习 一 、磁场的基本定律 磁场的基本定律包括磁通连续性定理、安培环路定律及其推广形式、法拉第电磁感应定律、毕奥-萨伐尔电磁力定律(简称毕-萨电磁力定律) 在恒定磁场情况下，对于以闭合回路为边界的所有曲面，安培环路定律总是成立的。然而，对于非恒定磁场，安培环路定律将不再适用。 3. 全电流定律 新知学习 一 、磁场的基本定律 磁场的基本定律包括磁通连续性定理、安培环路定律及其推广形式、法拉第电磁感应定律、毕奥-萨伐尔电磁力定律(简称毕-萨电磁力定律) 对于普遍的情况，麦克斯韦认为通过空间某截面的电流应包括传导电流与位移电流，二者之和称为全电流。对于任何电路，全电流是处处连续的。借助于位移电流和全电流的概念，麦克斯韦把安培环路定律推广到变化电磁场也适用的普遍形式。 3. 全电流定律 新知学习 一 、磁场的基本定律 磁场的基本定律包括磁通连续性定理、安培环路定律及其推广形式、法拉第电磁感应定律、毕奥-萨伐尔电磁力定律(简称毕-萨电磁力定律) 在磁场中，磁场强度H 沿任一闭合路径L 的线积分等于该闭合路径所包围的所有导体 电流的代数和，即 3. 全电流定律 如果磁场均匀且通电导体是匝数为 N 的线圈，则上式可变为 新知学习 一 、磁场的基本定律 磁场的基本定律包括磁通连续性定理、安培环路定律及其推广形式、法拉第电磁感应定律、毕奥-萨伐尔电磁力定律(简称毕-萨电磁力定律) 如果磁场均匀且通电导体是匝数为 N 的线圈，则上式可变为 HL=Ni 以上规律称为全电流定律。其中，环路所包围电流的方向与磁感线的方向关系 同样符合右手螺旋定则。 3. 全电流定律 如果磁场均匀且通电导体是匝数为 N 的线圈，则上式可变为 新知学习 一 、磁场的基本定律 磁场的基本定律包括磁通连续性定理、安培环路定律及其推广形式、法拉第电磁感应定律、毕奥-萨伐尔电磁力定律(简称毕-萨电磁力定律) 磁场可在导体中感应出两种电动势，即交变磁场中的感应电动势和恒定磁 场中的动生电动势。 4. 法拉第电磁感应定律 如果磁场均匀且通电导体是匝数为 N 的线圈，则上式可变为 新知学习 一 、磁场的基本定律 磁场的基本定律包括磁通连续性定理、安培环路定律及其推广形式、法拉第电磁感应定律、毕奥-萨伐尔电磁力定律(简称毕-萨电磁力定律) (1)交变磁场中的感应电动势 交变磁场在线圈中产生的感应电动势e 的大小，等于磁链ψ对时间的变化 率，与线圈的匝数 N 和线圈所交链的磁通φ对时间的变化率成正比。按照 图1-12所规定的参考方向，电动势e 的方向与磁通φ的方向关系符合右手螺 旋定则，有 4. 法拉第电磁感应定律 如果磁场均匀且通电导体是匝数为 N 的线圈，则上式可变为 新知学习 一 、磁场的基本定律 磁场的基本定律包括磁通连续性定理、安培环路定律及其推广形式、法拉第电磁感应定律、毕奥-萨伐尔电磁力定律(简称毕-萨电磁力定律) 4. 法拉第电磁感应定律 如果磁场均匀且通电导体是匝数为 N 的线圈，则上式可变为 新知学习 一 、磁场的基本定律 磁场的基本定律包括磁通连续性定理、安培环路定律及其推广形式、法拉第电磁感应定律、毕奥-萨伐尔电磁力定律(简称毕-萨电磁力定律) 交变磁场会在导体中产生感应电动势。如果磁场恒定不变，导体 在磁场中切割磁感线运动，那么导体与磁场之间存在相对运动，如图所示。于是，根据法拉第电磁感应定律，同样会在导体中产生感应电动势 (2)恒定磁场中的动生电动势 如果磁场均匀且通电导体是匝数为 N 的线圈，则上式可变为 新知学习 一 、磁场的基本定律 磁场的基本定律包括磁通连续性定理、安培环路定律及其推广形式、法拉第电磁感应定律、毕奥-萨伐尔电磁力定律(简称毕-萨电磁力定律) (2)恒定磁场中的动生电动势 如果磁场均匀且通电导体是匝数为 N 的线圈，则上式可变为 新知学习 一 、磁场的基本定律 磁场的基本定律包括磁通连续性定理、安培环路定律及其推广形式、法拉第电磁感应定律、毕奥-萨伐尔电磁力定律(简称毕-萨电磁力定律) 磁场对电流的作用是磁场的基本特征之一，通电导体在磁场中会受到力的 作用。取一微元导体 dl, 导体中的电流为 i, 该微元所处的磁感应强度为B, 则所 产生的电磁力 dF。为dF=idl×B 5. 毕奥-萨伐尔电磁力定律 如果磁场均匀且通电导体是匝数为 N 的线圈，则上式可变为 新知学习 一 、磁场的基本定律 磁场的基本定律包括磁通连续性定理、安培环路定律及其推广形式、法拉第电磁感应定律、毕奥-萨伐尔电磁力定律(简称毕-萨电磁力定律) 以上规律称为毕奥-萨伐尔电磁力定律，简称毕-萨电磁力定律，它描述的是电和磁之间相互作用 产生力的基本定律，是电动机最重要的理论基础。 其中，电磁力 F。、磁感应强度B 和电流 i 的方向关系 服从左手定则 5. 毕奥-萨伐尔电磁力定律 如果磁场均匀且通电导体是匝数为 N 的线圈，则上式可变为 新知学习 一 、磁场的基本定律 磁场的基本定律包括磁通连续性定理、安培环路定律及其推广形式、法拉第电磁感应定律、毕奥-萨伐尔电磁力定律(简称毕-萨电磁力定律) 5. 毕奥-萨伐尔电磁力定律 如果磁场均匀且通电导体是匝数为 N 的线圈，则上式可变为 新知学习 一 、磁场的基本定律 磁场的基本定律包括磁通连续性定理、安培环路定律及其推广形式、法拉第电磁感应定律、毕奥-萨伐尔电磁力定律(简称毕-萨电磁力定律) 左手定则又称为电 动机定则，是判断通电导线在磁场中受力方向的法 则，描述了磁场对电流的作用力，或者是磁场对运动 电荷的作用力。 5. 毕奥-萨伐尔电磁力定律 新知学习 二 、磁路的基本物理量 在利用磁场实现能量转换的装置中，常采用具有高导磁性的铁心，将线圈绕于其上通以电流产生磁场，该磁场主要分布在铁心内部。磁通所通过的路径称为磁路，如图所示。 新知学习 二 、磁路的基本物理量 1. 磁位差 如图所示，在无传导电流分布的恒定磁场空间区域内，把单位强度的磁极从a 点(起点)移到b 点(终点)所做的功，称为 a、b两点间的磁位差，又称为磁位降，用U。表示。 新知学习 二 、磁路的基本物理量 2. 磁位 磁路中任意两点之间的磁位差就等于这两点之间磁位的代数 差，即Um=Uma-Umh。 NO.2 选定一个参考点(即零磁位点),则磁路中某一点与参考点之间的磁位差即 为该点的磁位。 NO.1 磁位与静电场中的电位相似，也是一个相对值，某点的磁 位根据参考点的变化而变化，而磁位差是一个绝对值，其方向为磁位降低的方 向，由高磁位指向低磁位。 NO.3 新知学习 二 、磁路的基本物理量 3. 磁动势 磁场强度沿闭合路径的线积分称为磁动势，又称磁通势或磁势，通常用 F 表示，即 因此，磁动势可用安匝数Ni表示，以表征线圈中电流的磁效应。 新知学习 二 、磁路的基本物理量 磁阻是表征磁路对磁通阻碍能力的物理量，通常用R。表示，单位为 H~( 每亨[利])或 A/Wb (安每韦)。磁阻由磁路的几何形状、尺寸、材料的磁特性等因素决定，如图所示。 课堂练习 填空题 1. 磁阻与磁路的平均长度成正比，与磁路的截面积和磁性材料的磁导率 成反比。 2.由于磁性物质的磁导率比空气等非磁性物质大得多，因此由磁性材料 组成的磁路，其磁阻很小，即使气隙也很小，但由于其磁导率小，磁阻将会很大。 3.磁性材料的磁导率不是常数，其磁阻也不是常数。 课堂小结 小结 磁场的基本定律 1 磁路的基本物理量 2 课堂小结 1. 简述磁场的基本定律 ？ 2. 简述磁通连续性定理？ 3. 简述安培环路定律？ 作业布置 感谢观看 $$