電工基礎(第五版)第四章課件

電工基礎(第五版)第四章課件.ppt_圖文.ppt1.能應用右手螺旋定則正確判斷通電長直導線和通電螺線管的磁場方向。2.理解磁感應強度、磁通、磁導率的概念?！?—1磁場一、磁場與磁感線當兩個磁極靠近時,它們之間會發(fā)生相互作用:同名磁極相互排斥,異名磁極相互吸引。兩個磁極互不接觸,卻存在相互作用力,這是因為在磁體周圍的空間中存在著一種特殊的物質———磁場。用一些互不交叉的閉合曲線來描述磁場,這樣的曲線稱為磁感線。磁感線上每一點的切線方向就是該點的磁場方向。磁感線在磁體外部由N極指向S極,在磁體內部由S極指向N極。磁感線的疏密程度表現了各處磁場的強弱。蹄形磁鐵的磁感線條形磁鐵的磁感線在磁場的某一區(qū)域里,如果磁感線是一些方向相同分布均勻的平行直線,則稱這一區(qū)域為勻強磁場。勻強磁場二、電流的磁場電流周圍存在著磁場。電流產生磁場的這種現象稱為電流的磁效應。通電導線使磁針偏轉通電長直導線及通電螺線管周圍的磁場方向可用右手螺旋定則(也稱安培定則)來確定。三、磁場的主要物理量磁場的強弱用磁感應強度來描述,符號為B,單位是特斯拉(T),簡稱特。某點處磁感應強度的方向,就是該點的磁場方向。磁場越強,磁感應強度越大；磁場越弱,則磁感應強度越小。1.磁感應強度2.磁通設在磁感應強度為B的勻強磁場中,有一個與磁場方向垂直的平面,面積為S,則把B與S的乘積定義為穿過這個面積的磁通量，簡稱磁通。用Φ表示磁通,則有平面與B垂直平面與B不垂直磁通如果磁場不與所討論的平面垂直,則應以這個平面在垂直于磁場B的方向的投影面積S'與B的乘積來表示磁通。由Φ=BS可得B=Φ/S,這表示磁感應強度等于穿過單位面積的磁通,所以磁感應強度又稱磁通密度。當面積一定時,該面積上的磁通越大,磁感應強度越大,磁場越強。3.磁導率磁導率就是一個用來表示媒介質導磁性能的物理量,用μ表示,其單位為H/m(亨/米)。為了比較媒介質對磁場的影響,把任一物質的磁導率與真空的磁導率的比值稱作相對磁導率,用μr表示,即:1.理解磁場對電流的作用力(電磁力)，能用左手定則正確判斷電磁力的方向。2.了解磁場對通電線圈的作用及其應用?！?—2磁場對電流的作用一、磁場對通電直導體的作用通常把通電導體在磁場中受到的力稱為電磁力,也稱安培力。通電導線長度一定時,電流越大,電流所受電磁力越大；電流一定時,通電導線越長,電磁力也越大。通電直導體在磁場中受到的電磁力通電直導體在磁場內的受力方向可用左手定則來判斷。左手定則電磁力的計算式為電流方向與磁場方向有一夾角α當電流方向與磁場方向垂直時,電流所受的電磁力最大。二、通電平行直導線間的作用通入同方向電流的通入反方向電流的平行導線相互吸引平行導線相互排斥三、磁場對通電線圈的作用磁場對通電矩形線圈的作用是電動機旋轉的基本原理。直流電動機的原理磁電式儀表的結構磁懸浮列車磁懸浮原理磁推進原理磁懸浮列車1.理解感應電動勢的概念,能用右手定則正確判斷感應電動勢的方向。2.掌握楞次定律及其應用,理解法拉第電磁感應定律?！?—3電磁感應一、電磁感應現象條形磁鐵快速插入線圈條形磁鐵快速拔出線圈電磁感應現象這種磁場產生電流的現象稱為電磁感應現象,產生的電流稱為感應電流,產生感應電流的電動勢稱為感應電動勢。感應電流的產生與磁通的變化有關。當穿過閉合電路的磁通發(fā)生變化時,閉合電路中就有感應電流。二、楞次定律楞次定律指出了磁通的變化與感應電動勢在方向上的關系,即：感應電流產生的磁通總要阻礙引起感應電流的磁通的變化。如果把線圈看成是一個電源,則感應電流流出端(如圖中線圈的下端)為電源的正極。三、法拉第電磁感應定律法拉第電磁感應定律：線圈中感應電動勢的大小與線圈中磁通的變化率成正比。N匝線圈的感應電動勢的大小為感應電動勢的方向需要根據楞次定律進行判定,在電路計算中,應根據實際方向與參考方向的關系確定其正負。四、直導線切割磁感線產生感應電動勢導體切割磁感線產生感應電動勢感應電動勢的方向可用右手定則判斷。如圖所示,平伸右手,大拇指與其余四指垂直,讓磁感線穿入掌心,大拇指指向導體運動方向,則其余四指所指的方向就是感應電動勢的方向。右手定則如果導體運動方向與磁感線方向有一夾角α，則導體中的感應電動勢為當導體、導體運動方向和磁感線方向三者互相垂直時,導體中的感應電動勢為導體運動方向與磁感線方向有一個夾角α發(fā)電機就是應用導線切割磁感線產生感應電動勢的原理發(fā)電的。發(fā)電機原理示意圖霍爾元件霍爾效應利用霍爾元件制成的位置傳感器霍爾元件的應用沖床磁感應電子計數器示意圖1.了解自感現象、互感現象及其應用。2.理解自感系數和互感系數的概念。3.理解同名端的概念,能正確判斷和測定互感線圈的同名端?！?—4自感和互感一、自感1.自感現象自感實驗電路一這種由于流過線圈自身的電流發(fā)生變化而引起的電磁感應現象稱為自感現象,簡稱自感。在自感現象中產生的感應電動勢稱為自感電動勢,用eL表示,自感電流用iL表示。自感電動勢的方向可結合楞次定律和右手螺旋定則來確定。2.自感系數當線圈中通入電流后,這一電流使每匝線圈所產生的磁通稱為自感磁通。為了衡量不同線圈產生自感磁通的能力,引入自感系數(又稱電感)這一物理量,用L表示,它在數值上等于一個線圈中通過單位電流所產生的自感磁通。即有鐵心的線圈,其電感要比空心線圈的電感大得多。3.自感電動勢的大小自感現象是一種特殊的電磁感應現象,它必然也遵從法拉第電磁感應定律。自感電動勢大小的計算式為自感電動勢的大小與電流的變化率和自感系數之積成正比,電流變化率越大,自感電動勢越大,反之亦然。所以，電感L也反映了線圈產生自感電動勢的能力。自感電動勢的方向應根據楞次定律判定。二、互感1.互感現象互感實驗電路這種由一個線圈中的電流發(fā)生變化而在另一線圈中產生電磁感應的現象稱為互感現象,簡稱互感。由互感產生的感應電動勢稱為互感電動勢,用eM表示。為描述一個線圈電流的變化在另一個線圈中產生互感電動勢的能力,引入互感系數(簡稱互感)這一物理量,用M表示,互感的單位也是H?；ジ邢禂蹬c兩個線圈的匝數、幾何形狀、相對位置以及周圍介質等因素有關。2.互感電動勢的大小和方向互感現象遵從法拉第電磁感應定律?；ジ须妱觿荽笮〉挠嬎闶綖榛ジ须妱觿莘较蛞矐鶕愦味膳卸?。3.同名端由于線圈繞向一致而產生感應電動勢的極性始終保持一致的端子稱為線圈的同名端,用“·”或“*”表示?；ジ芯€圈的同名端4.互感線圈的連接兩個線圈的一對異名端相接稱為順串,這時兩個線圈的磁通方向是相同的。串接后的等效電感兩個互感線圈順串兩個線圈的一對同名端相接稱為反串,這時兩個線圈的磁通方向是相反的。串接后的等效電感兩個互感線圈反串如果將兩個相同線圈的同名端接在一起,則兩個線圈所產生的磁通在任何時候都是大小相等而方向相反,因而相互抵消。這樣接成的線圈就不會有磁通穿過。在繞制電阻時,將電阻線對折,雙線并繞，就可以制成無感電阻。無感電阻在有鐵心的線圈中通入交流電時,就有交變的磁場穿過鐵心,這時會在鐵心內部產生自感電動勢并形成電流,由于這種電流形如旋渦,故稱渦流。一、渦流高頻感應爐冶煉金屬家用電磁爐示意圖渦流的利用單層鐵心渦流損耗大多層鐵心渦流損耗小采用多層鐵心減小渦流損耗二、互感器互感器有兩個或兩個以上繞組,它利用互感原理使交流電從一個繞組傳向另一個(或幾個)繞組,以實現電能或信號的“隔空”傳遞。多繞組變壓器鉗形電流表互感原理的應用示例電流互感器電壓互感器收音機中的中頻變壓器互感原理的應用示例漏電保護器原理圖三極(組合式)二極兩種漏電保護器外形三、汽車點火線圈汽車點火線圈的外形點火線圈的電路結構1.理解鐵磁材料的磁化以及磁化曲線、磁滯回線與鐵磁材料性能的關系。2.了解鐵磁材料的分類及應用。3.理解磁動勢和磁阻的概念及磁路歐姆定律?！?—5鐵磁材料與磁路一、鐵磁物質的磁化使原來沒有磁性的物質具有磁性的過程稱為磁化。只有鐵磁材料才能被磁化，而非鐵磁性材料是不能被磁化的。這是因為鐵磁物質可以看作由許多被稱為磁疇的小磁體所組成。當一個線圈的結構、形狀、匝數都已確定時,線圈中的磁通Φ隨電流I變化的規(guī)律可用Φ—I曲線來表示,稱為磁化曲線。它反映了鐵心的磁化過程。利用電流產生的磁場磁化鐵心磁化曲線磁化實驗與磁化曲線曲線Oa段較為陡峭,Φ隨I近似成正比增加。b點以后的部分近似平坦,這表明即使再增大線圈中的電流I,Φ也已近似不變了,鐵心磁化到這種程度稱為磁飽和。a點到b點是一段彎曲的部分,稱為曲線的膝部。這表明從未飽和到飽和是逐步過渡的。磁化曲線各種電器的線圈中,一般都裝有鐵心以獲得較強的磁場。為了盡可能增強線圈中的磁場,還常將鐵心制成閉合的形狀,使磁感線沿鐵心構成回路,磁感線沿鐵心構成回路理想情況實際情況反復磁化和磁滯回線當線圈中電流變化到零時,由于磁疇存在慣性,鐵心中的Φ并不為零,而是仍保留部分剩磁,如圖b中的b、e兩點。此時必須加反向電流,并達到一定數值(圖b中c、f兩點),才能使剩磁消失。上述現象稱為磁滯,圖b中的封閉曲線稱為磁滯回線。鐵心在反復磁化的過程中,由于要不斷克服磁疇慣性將損耗一定的能量,稱為磁滯損耗,這將使鐵心發(fā)熱。二、鐵磁材料的分類三、磁路與磁路歐姆定律1.磁路磁通所通過的路徑稱為磁路。磁電系儀表變壓器電動機幾種電氣設備的磁路磁路可分為無分支磁路和有分支磁路。全部在磁路內部閉合的磁通稱主磁通,部分經過磁路周圍物質而自成回路的磁通稱為漏磁通。由于制造和結構上的原因,磁路中常有氣隙,當氣隙很小時,氣隙中的磁感線是平行而均勻的,只有極少數磁感線擴散出去形成所謂的邊緣效應。主磁通、漏磁通和邊緣效應磁阻就是磁通通過磁路時所受到的阻礙作用,用符號Rm表示。磁路中磁阻的大小與磁路的長度L成正比,與磁路的橫截面積S成反比,并與組成磁路材料的磁導率有關,其公式為2.磁路歐姆定律通過磁路的磁通與磁動勢成正比,而與磁阻成反比,稱磁路歐姆定律，即如果磁路中有空氣隙,由于空氣隙的磁阻遠比鐵磁材料的磁阻大,整個磁路的磁阻會大大增加,若要有足夠的磁通,就必須增大勵磁電流或增加線圈的匝數,即增大磁動勢。由于鐵磁材料磁導率的非線性,磁阻Rm不是常數,所以磁路歐姆定律只能對磁路作定性分析。磁路和電路的比較四、電磁鐵電磁鐵是利用通有電流的鐵心線圈對鐵磁性物質產生電磁吸力的裝置。它們都是由線圈、鐵心和銜鐵三個基本部分組成。馬蹄式(起重電磁鐵)拍合式(繼電器)螺管式(電磁閥)電磁鐵的