电工基础-第二章课件.ppt

1、 熟悉铁磁性材料的特性和电磁关系，会用电磁感应定律和楞次定律分析感应电动势，能用磁路定律和电磁关系式分析简单磁路。目目 录录目目 录录1.磁场磁体之间的相互作用力是通过磁体周围所产生的磁场进行的，小磁针停止转动后，它的N极所指方向就是该点的磁场方向。2.磁力线 磁场的分布可以用磁力线来描绘。条形磁铁的磁力线如图2-1所示。磁力线具有如下性质：1）在任何磁场中，每一条磁力线都是无头无尾的封闭曲线，在磁体外部由N极出发回到S极，而在磁体内部则由S极指向N极。2）磁力线上任意一点的切线方向，就是小磁针N极的指向，也就是该点的磁场方向。3）磁力线的疏密程度表示磁场的强弱，磁场较强的地方，磁力线较密；反

2、之，磁场较弱的地方，磁力线较疏。图2-1条形磁铁的磁力线1.通电直导线的磁场通电直导线的磁场如图2-2a所示。图2-2通电直导线的磁场a)通电直导线的磁力线b)右手螺旋定则 用右手螺旋定则,即：用右手握住导线，让伸直的大拇指指向 电流方向，那么弯曲四指所指的方向就是磁力线的环绕方向，如图2-2b所示。2.通电线圈的磁场 通电螺线管其极性和电流方向之间的关系也可以用右手螺旋定则来判定，即：用右手握住线圈，让弯曲四指和线圈中电流方向一致，那么伸直的大拇指的方向就是线圈中磁场的方向，如图2-3b所示。1.磁感应强度 磁感应强度是描述磁场内某点磁场强弱和方向的物理量。在磁场中的一个固定点上，磁场力与电

3、流、导体长度的比值是一个常数，这个比值就是磁感应强度，用字母B表示。磁感应强度的单位是特斯位，简称“特”（T）。磁感应强度是个矢量，它不但有大小，而且有方向。磁感应强度的方向就是磁场的方向，磁感应强度的大小和方向都相同的磁场称为均匀磁场。2.磁通 （1）磁通磁通是指磁场中垂直穿过某一截面磁力线的数目，用字母表示，单位为韦伯（Wb）。在均匀磁场中，当磁力线与截面垂直时，磁感应强度和磁通的关系为=BS式中 S磁感应强度B垂直穿过的截面面积（m2）；穿过面积S的磁通（Wb）；B磁场中的磁感应强度（T）。磁感应强度在数值上可以看成是与磁场方向垂直的单位面积上通过的磁通，所以又称为磁通密度，显然（2）磁

4、通连续性原理对于磁场中任何一个闭合面而言，进入闭合面的磁通恒等于穿出该闭合面的磁通，或者说闭合面上磁通的代数和等于零，这就是磁通连续性原理，其关系式为=0211mWBT 3.磁导率 用来表示介质对磁场影响的物理量是磁导率，用字母表示。不同的介质，磁导率也不同。磁导率的单位为亨/米（H/m）。磁导率，相对磁导率。4.磁场强度 磁场中某点的磁场强度就是该点的磁感应强度B与介质磁导率的比值，用字母H表示，即H=B/磁场强度的方向和所在点的磁感应强度的方向一致。它的单位为安/米（A/m）。环形线圈通电后，线圈中的磁场强度和磁感应强度分别为H=IN/LB=H=IN/L0r式中 I线圈中的电流（A）；N线

5、圈的匝数；l线圈的平均长度（m）；线圈中介质的磁导率（H/m）；H线圈中的磁场强度（A/m）；B线圈中的磁感应强度（T）。1.磁场对通电直导体的作用如图2-5a所示，磁场对通电直导线是有力的作用的，这种作用力叫电磁力。电磁力也被称为安培力。图2-5 磁场对电流的作用a)磁场对通电导体的作用b)左手定则2.电磁力的大小 通电直导线与磁场平行的时候，直导线所受到的电磁力为零。而当通电直导线与磁场垂直的时候，直导线所受的电磁力最大，其大小为F=BIl式中B匀强磁场的磁感应强度（Wb/m2）；I导体中的电流（A）；l导体在磁场中的有效长度（m）；F导体受到的电磁力（N）。3.电磁力的方向 左手定则的内

6、容是：平摊开左手，使大拇指和其余四指垂直，使磁力线垂直进入手心，如果四指指向的是电流方向，那么大拇指所指的方向就是电磁力的方向。左手定则常用来判断电动机的运动方向，所以又叫做电动机定则。图2-6 磁场对通电线圈的作用电磁转动力矩：T=BIScos式中 T载流线圈在匀强磁场中受到的电磁力矩(Nm)；B匀强磁场的磁感应强度（T）；I线圈中通过的电流（A）；S线圈的面积（m2）；线圈的平面与磁场方向的夹角（rad）。例2-1试分析图2-7所示的两根平行通电导线间的相互作用力。图2-7平行载流导线的相互作用a)电流方向相同 b)电流方向相反解：如图2-7a所示，I1和I2同方向，先分析通电导线2的受力

7、情况：通电导线1在通电导线2处产生磁场，这个磁场的磁感应强度是B1，根据右手螺旋定则可判定出其方向向下。通电导线2处在B1的磁场中，必受到电磁力F2的作用，其方向可由左手定则判定为向左。经过同样的分析可知，载流导线1受到的电磁力F1的方向向右。所以两个平行直导线通以相同方向的电流时，将会互相吸引。如果I1和I2方向相反时，如图2-7b所示，根据同样分析可知，两个反向的平行直线电流，通过磁场的作用，将互相排斥。如图2-8所示，在金属板中沿着与磁场B垂直的方向通以电流I 时，在金属板上下两表面之间就会出现横向电势差UH，这种现象称为霍耳效应，电势差UH称为霍耳电势差。霍耳电势差与磁感应强度B和电流

8、I 成正比。1.楞次定律 闭合回路中感应电流的方向，总是企图使感应电流自身所产生的通过回路面积的磁通量，去补偿或者说反抗引起感应电流的磁通量的改变。例2-2试着用楞次定律分别确定图2-9所示实验中，当条形磁铁N极插入和抽出线圈时，线圈中感应电流的方向。解：（1）磁铁插入线圈时：1）由磁铁N极出发穿过线圈的磁力线方向向下，即原磁通的 方向向下，当磁铁插入线圈时，通过线圈的磁通是增加的。2）根据楞次定律，线圈感应电流的磁通和原磁通方向相反，即为向上方向。3）根据右手螺旋定则，可判断出感应电动势的方向为A端为“-”、B端为“”，感应电流的方向是由B端流进检流计的。（2）磁铁抽出线圈时：1）线圈原磁通

9、方向向下，通过线圈的磁通减少。2）线圈感应电流的磁通应和原磁通方向相同，即为向下方向。3）由右手螺旋定则，判断出感应电动势的方向为A端为“”、B端为“-”，感应电流的方向由A端流进检流计的。不论任何原因使通过回路面积的磁通量发生变化时，回路中产生的感应电动势与磁通量对时间的变化率成正比2.法拉第电磁感应定律e=/t式中 =2-1磁通的变化量（Wb）；t磁通变化所需时间（s）；e感应电动势（V）1.在磁场中运动的直导体的感应电动势tNete 当直导体作切割磁力线运动时，导体中就有感应电动势产生，若导体构成闭合回路，则回路中就会有感应电流，这就是在磁场中运动的直导体的电磁感应现象。2.右手定则 将

10、右手伸开，使拇指和其余四指互相垂直，让磁力线垂直穿入手心，拇指指向导体运动的方向，则其余四指所指方向就是感应电动势的方向。3.感应电动势的大小 当导体运动方向与磁力线垂直时，其关系式为：e=Bl式中 B匀强磁场的磁感应强度（T）；l导体在磁场中的有效长度（m）；导体的运动速度（m/s）；e导体的感应电动势（V）。当导体运动方向和磁力线平行时，导体两端感应电动势为零。如图2-12所示，任一时刻，N匝线圈在匀强磁场中转动所产生的感应电动势为e=NBScost图2-12在磁场中的线圈中的感应电动势式中 B匀强磁场的磁感应强度（T）；S线圈的面积（m2）；线圈转动的恒定角速度（rad/s）；N线圈的匝

11、数。当线圈平面与磁场方向平行时，感应电动势最大，即：当块状金属处于变化着的磁场中，或者在磁场中运动时，金属体内也将产生感应电流，这种电流会在金属体内自行闭合，就像水流形成的旋涡一样，所以把这种现象称为涡流。如图213a所示图2-13铁心中的涡流 a)整体铁心中的涡流 b)叠片铁心中的涡流NBSwEm1.自感现象 由于回路中电流产生的磁通量发生变化，而在回路自身中激起感应电动势的电惯性现象，称为自感现象，简称自感。由自感现象所产生的感应电动势叫做自感电动势，用符号eL表示。2.自感 线圈中通过电流时，在线圈自身产生的磁通叫做自感磁通，用符号L表示。自感磁通L与线圈 匝数N的乘积NL叫做自感磁链，

12、用L表示。我们把自感磁链与线圈电流 I 的比值，称为此线圈的自感，用L表示，即式中 i通过线圈的电流（A）；电流i在线圈中产生的自感磁链（Wb）；L线圈的自感（H）。自感 L 又称为电感。电感的单位是亨利（H）iLLL式中 L线圈的自感（H）；流过线圈电流的变化（A）；电流变化i所需的时间（s）；自感电动势（V）。如图2-14所示，当流过线圈的电流增加时，自感电动势（电流）的方向要与原电流方向相反；当流过线圈的电流减小时，自感电动势（电流）的方向要与原电流方向一致，即自感电动势的方向总是阻碍原电流的变化。要使任何线圈中的电流发生改变，就必然会引起自感应的作用，来阻碍线圈中电流的改变。显然，线圈

13、的电感愈大，自感应的作用也愈大，线圈中的电流也愈不容易改变。3101HmH 6101HHteLLtiLeLitLe2-14自感电动势的方向a)电流增加时 b)电流减小时例2-3有一个电感L=50H的线圈接在电源上，通过的电流为1A，当电路的开关断开时，在0.02s的时间内，电流降为零。试求线圈中的自感电动势。解：因为i=i2-i1=(0-1)A=-1A t=0.02s所以，根据式（2-12）有 e=Li/t=50H*-1A/0.02s=2500V1.互感现象 载流线圈中的电流发生变化时，相互在对方线圈中产生感应电动势的现象，叫做互感现象。2.互感 耦合线圈中，互感磁链和产生该磁链的电流的比，叫

14、做互感，用符号M表示。式中 通过线圈1的电流（A）；通过线圈2的电流（A）；i1在线圈2中产生的互感磁链（Wb）；i2在线圈1中产生的互感磁链（Wb）；M两个耦合线圈的互感(H)。互感的单位是亨利（H）式中 线圈“1”中电流的变化量（A）；电流变化i1所需时间（s）；两耦合线圈的互感（H）；线圈“2”中的互感电动势（V）。tiMte12121212121iiMtiM12e1i2i21123.互感线圈的同名端 在互感线圈中，我们将电位瞬时极性始终保持一致的端点叫做同名端（或同极性端），用符号“”、或“*”表示。图2-16互感线圈的同名端 a)变压器上的线圈 b)互感线圈的同名端例2-4如图2-1

15、7所示为半导体收音机磁性天线线圈L1、L2及再生线圈L3。试根据图示线圈的绕向标出它们的同名端。图2-17 例2-4题图tiMte21212解:设线圈L1中，由“1”端流入增加的电流i，根据楞次定律可判断出各线圈的感应电动势的极性如图2-17所示。所以端子“1”、“3”、“5”为同名端，“2”、“4”、“6”亦为同名端。1.磁畴在铁磁物质内部，存在着许多极小的天然磁化区域，称为磁畴。2.铁磁性材料的磁化磁畴在没有外磁场作用时，其方向杂乱无章，当有外磁场作用时，磁畴的方向逐渐趋向与外磁场方向一致。图2-18铁磁性材料的磁化a)磁化前磁畴方向任意b)磁化后磁畴方向一致3.磁化曲线 磁化曲线是指铁磁

16、性材料中的磁感应强度B随外加磁场强度H变化的曲线，如图2-19所示。（1）Oa段因为磁畴的方向不断与外磁场趋向一致，所以B增加很快，曲线呈直线状，这一段说明铁磁性材料具有高导磁性。（2）ab段磁畴的方向已基本与外磁场趋向一致，B的增加变缓，铁心开始进入饱和状态，这一段称为磁化曲线的膝部，b点称为饱和点。（3）b点以上段磁畴方向已趋向一致，内部附加磁场不再增强，铁磁性材料处于饱和状态。4.磁滞回线 铁磁性材料在交变磁化过程中的B-H关系，如图2-20所示，称为铁磁性材料的磁滞回线。图2-20磁滞回线二、铁磁性材料的磁性能(1)高导磁性 (2)磁饱和性 (3)磁滞性 (4)剩磁性 (5)去磁性三、

17、铁磁性材料的种类(1)软磁材料 (2)硬磁材料 (3)矩磁材料人为制做的磁通路径称为磁路图2-22几种常见的磁路a)单相变压器的磁路 b)直流电机的磁路c)磁电系仪表的磁路 d)电磁型继电器的 磁路1.磁路中的物理量（1）磁动势 通电线圈产生的磁通与线圈 的 匝数N和通过电流I的乘积成正比，我们把NI称为磁动势，用符号Fm表示，即Fm=NI（2）磁阻 磁阻来表示磁通通过磁路时受到的阻碍作用，用符号Rm表示。Rm=L/S（3）磁位差 把磁场强度（H）和沿磁场强度方向一段长度（l）的乘积称为该长度之间的磁位差，用字母U表示，其单位是安（A）。U=Hl式中 l沿磁场强度方向的一段长度（m）；H线圈中

18、的磁场强度（A/m）；U长度l之间的磁位差（A）。在同一介 质的磁场中H和U 的方向与B一致。安培环路定律也叫全电流定律，磁场中沿任意闭合路径一周的磁位差等于该闭合路径所包围的全部电流的代数和。Hdl=I如果闭合路径L上的磁场强度均为H，则安培环路定律可以表示成JZHLI2.磁路欧姆定律磁路的欧姆定律的内容是：通过磁路的磁通与磁动势成正比，而与磁阻成反比，即式中 Fm磁动势（A）；Rm磁阻（1/H）；磁通（Wb）。3.基尔霍夫磁通定律 在磁路中任取一节点的闭合面S，根据磁通连续性原理，进入闭合面的磁通，必定等于穿出闭合面的磁通，因此有mmmRNIRF 1=2+3 即1-2-3=0 其一般形式是

19、=04.基尔霍夫磁位差定律 基尔霍夫磁位差定律的内容是：磁路中沿任意闭合回路的磁位差的代数和等于磁动势的代数和。HL=NI 为了防止磁场的干扰，在不少场合需要把一部分空间用铁壳屏蔽起来，这叫做磁屏蔽。直流电磁铁的励磁电流是直流电。直流电磁铁的衔铁所受吸力为式中 B0空气隙的磁感应强度（Wb/m2）；S空气隙磁场的截面积（m2）；F电磁铁的吸力（N）。在直流电磁铁中，当电源电压和线圈电阻一定时，励磁电流恒定不变，与空气隙大小无关，但衔铁吸力随衔铁吸合过程，将逐渐增大。1.交流电磁铁的电磁关系 当交流电磁铁的铁心线圈通入正弦交流电时，铁心中便产生交变磁通，线圈的端电压和铁心中磁通有以下关系5201

20、04SBFmfNU44.4 式中 f外加励磁交流电的频率（Hz）；NDW)铁心线圈的匝数；m铁心中磁通的最大值（Wb）；2.交流电磁铁的吸力和短路环（1）交流电磁铁的吸力式中 气隙磁感应强度最大值（Wb/m2）；S 空气隙磁场的截面积（m2）；电磁铁的平均吸力（N）。52102SBFmavmBavF（2）短路环短路环有效地消除这种噪声3.交流电磁铁的特点1）交流电磁铁磁路中，磁通与磁路选用的材料、空气隙的大小没有关系，只由交流电压的大小和频率决定。U外加电源电压的有效值（V）。3）交流电磁铁铁心中交变的磁通会产生涡流和磁滞损耗，为了减小铁心损耗，交流电磁铁的铁心一般由硅钢片叠成。2）交流电磁铁

21、的励磁电流（有效值）在吸合前后将有很大的变化。第一章 液压传动原理与液压元件1.什么是磁通量、磁感应强度、磁场强度、磁导率和相对磁导率？2.如何确定电磁力的方向？3.在匀强磁场中，一根导线与磁力线成垂直放置，其长度为30cm，通以10A电流，受到0.5N的作用力，试求磁感应强度应为多少？4.什么是电磁感应现象？感应电动势的方向如何判定？5.如何应用楞次定律判定感应电流的方向？6.铁磁性材料的磁化、磁化曲线和磁滞回线分别是什么？7.铁磁性材料可分几类？它们各自的磁滞回线有什么区别？这几类铁磁性材料分别有哪些用途？8.磁路的欧姆定律和基尔霍夫定律的内容分别是什么？9.平均磁路长度为31.4cm，截面积为5cm2的环状铁心具有5mm的气隙，如果要在这个气隙中产生610-4Wb的磁通，那么磁动势应该是多少？(铁心采用电工用钢)10.把一个有气隙的铁心线圈接到电压不变的直流电源上，改变气隙的大小，线圈中的电流以及铁心中的磁通将会怎样变化？如果接到电压（有效值）不变的正弦交流电源上又怎么样？11.加到交流接触器（电磁铁）线圈上的电压要求在额定电压75%以上时，衔铁才能被吸合，若电源电压过低时，则衔铁不能吸合，试解释这个现象出现的原因。