电磁力定律

　　1．电磁力定律

　　磁场对电流的作用是磁场的基本特征之一。实验表明，将长度为l的导体置于磁场B中，通入电流i后，导体会受到力的作用，称为电磁力。其计算公式为

F=ΣdF=iΣdl×B　　　　　　　　　　（1）

　　特别地，对于长直载流导体，若磁场与之垂直，则计算电磁力大小的公式可简化为

F=Bli　　　　　　　　　　　　　　　（2）

　　这就是通常所说的电磁力定律，也叫毕奥萨伐电磁力定律。式中电磁力F、磁场B和载流导体l的关系由左手定则（又称电动机定则）确定。

　　显然，当磁场与载流导体相互垂直时，由式（2）计算的电磁力有最大值。普通电机中，通常沿轴线方向，而B在径向方向，正是出于这种考虑。这种考虑与产生最大感应电动势的基本设计准则完全一致，实际上隐含了电机的可逆性原理。

　　由左手定则可知，电磁力作用在转子的切向方向，因而就会在转子上产生转矩。

　　2．电磁转矩

　　由电磁力产生的转矩称为电磁转矩。设转子半径为r，单根导体产生的电磁转矩就是

　　　　　　　　　　　　　（3）

　　对匝数为N的线圈，仿运动电动势分析过程，设线圈两侧边所在处的磁场分别为B₁和B₂，则有

　　　　　　　　　（4）

　　同理，若希望获得最大电磁转矩，B₂=－B₁是期望的。也就是说，线圈两侧边处的磁场大小恒相等、极性恒相反也是产生最大电磁转矩的需要。对于一台沿圆周均匀布置线圈的电机来说，这种需要进而就上升为要求气隙磁场尽可能均匀，即B的大小处处都比较接近。这样，电机的最大可能电磁转矩就是

　　　　　　　（5）

　　式中，M为总线圈个数，D为转子直径。

　　在电动机里，电磁转矩是驱使电机旋转的原动力，即电磁转矩是驱动性质的转矩，在电磁转矩作用下，电能转换为机械能。在发电机里，可以证明，电磁转矩是制动性质的转矩，即电磁转矩的方向与拖动发电机的原动机的驱动转矩的方向相反，原动机的驱动转矩克服发电机内制动性质的电磁转矩而作功，机械能转换为电能。

　　电磁转矩还可以用功率的关系求得。设P为电机的电磁功率，?为电机气隙磁场旋转角速度，则有

　　　　　　　　　　　　　　（6）

　　式中，P可为输入电磁功率，也可为输出电磁功率；相应地，电磁转矩T_em也就分别有输入、输出之分。