2.1.2 电机学的基本电磁定律

电机及许多电器都是利用电磁现象及规律制造的，电能的传递与机电能量转换是利用电磁耦合作用来实现的。机电能量转换的媒介是磁场，在工程中，通常将磁场问题简化为磁路问题。大量的电机与电气设备都含有线圈和铁心。当绕在铁心上的线圈通电后，铁心就会被磁化而形成铁心磁路，磁路又会影响线圈的电路。因此，电机电器技术不仅有电路问题，同时也有磁路问题。

1. 电路基本定律

由电路理论我们知道，电路基本定律遵循：基尔霍夫第一定律∑i＝0和基尔霍夫第二定律∑e＝∑u。

2. 磁路基本定律

磁路是由铁心与线圈构成的让磁通集中通过的闭合回路，如图2-2所示的磁路可看成均匀磁路，即材料相同截面相等的磁路。该磁路中各点的磁场强度H大小相等。由物理学可知，描述磁路及磁场的基本物理量有磁感应强度B、磁场强度H、磁通量Φ及磁导率μ。下面简要回顾磁路的基本定律。

（1）安培环路定律

在磁路中，沿任意闭合路径，磁场强度的线积分等于与该闭合路径交链的电流的代数和。即

式中，N为线圈匝数。

计算电流代数和时，与绕行方向符合右手螺旋定则的电流取正号，反之取负号。

（2）磁路的基尔霍夫第一定律

（3）磁路欧姆定律

设均匀磁路长为l，磁路面积为S，则B、H与μ之间的关系为：。由安培环路定律，知，令，则磁路欧姆定律为

式中，Rm与Ф成反比，反映对磁通的阻碍作用，称为磁阻。其与磁路的几何尺寸、磁介质的磁导率有关，单位：H－1。F＝NI是产生Ф的原因，称为磁动势，单位：A。

式（2-3）与电路欧姆定律形式相似。但电路中的电阻是耗电能的，而磁阻Rm是不耗能的。铁磁材料的Rm不为常数，式（2-3）用来对磁路做定性的分析，一般不用来做定量分析。

3. 电磁感应定律

线圈磁链变化将在线圈中感应电动势，分两种情况：

（1）磁场相对静止，线圈中磁通本身随时间交变引起的感应电动势称为变压器电动势，即

规定电动势正方向与磁通正方向符合右手螺旋定则。

（2）磁场大小恒定，导体以匀速运动切割磁力线而在导体产生切割电动势称为速率电动势，即

判断速率电动势方向遵循右手定则。

4. 电磁力定律

载流导体在磁场中受力为

受力方向由左手定则确定，在电机学中主要用于分析旋转电机的电磁转矩。

5. 能量守恒定理

电机、变压器在能量传递、转换过程中，应符合能量守恒定律：