情境二任務(wù)1-認(rèn)識(shí)磁場(chǎng)

驅(qū)動(dòng)電機(jī)及控制系統(tǒng)檢修驅(qū)動(dòng)電機(jī)電磁基礎(chǔ)認(rèn)識(shí)磁場(chǎng)電磁感應(yīng)現(xiàn)象判斷轉(zhuǎn)子位置傳感器認(rèn)知學(xué)習(xí)情境二

驅(qū)動(dòng)電機(jī)電磁基礎(chǔ)學(xué)習(xí)任務(wù)1

認(rèn)識(shí)磁場(chǎng)知識(shí)準(zhǔn)備：司南、磁生電、電生磁都與人類(lèi)的生產(chǎn)和生活緊密相關(guān)。發(fā)電機(jī)、電動(dòng)機(jī)、變壓器、日光燈、電磁閥、繼電器、收音機(jī)中的揚(yáng)聲器、電視機(jī)中的顯像管、磁懸浮列車(chē)等，都是與磁分不開(kāi)的。問(wèn)題1：磁場(chǎng)是如何產(chǎn)生的？學(xué)習(xí)任務(wù)1

認(rèn)識(shí)磁場(chǎng)問(wèn)題1：磁場(chǎng)是如何產(chǎn)生的？1）磁鐵：物體有吸引鐵、鈷、鎳一類(lèi)物質(zhì)的性質(zhì)稱為磁性。具有磁性的物體稱為磁體。磁體可分為天然磁體和人造磁體。學(xué)習(xí)任務(wù)1

認(rèn)識(shí)磁場(chǎng)問(wèn)題1：磁場(chǎng)是如何產(chǎn)生的？2）磁極：磁體上磁性最強(qiáng)的兩端稱為磁極。任何磁體，無(wú)論多小，都有兩個(gè)磁極，即磁極總是成對(duì)出現(xiàn)并且強(qiáng)度相等，不存在獨(dú)立的磁極。可以在水平面內(nèi)自由轉(zhuǎn)動(dòng)的磁體，靜止時(shí)總是一個(gè)磁極指向南方，另一個(gè)磁極指向北方，指向南方的稱為南極，記作S（極），常用藍(lán)顏色表示；指向北方的稱為北極，記作N（極），常用紅顏色表示。學(xué)習(xí)任務(wù)1

認(rèn)識(shí)磁場(chǎng)問(wèn)題1：磁場(chǎng)是如何產(chǎn)生的？3）磁場(chǎng)：磁極之間的相互作用力是通過(guò)磁極周?chē)拇艌?chǎng)傳遞的。磁場(chǎng)是磁體周?chē)嬖诘囊环N特殊的物質(zhì)。磁場(chǎng)和電場(chǎng)一樣，是物質(zhì)存在的另一種形式，是客觀存在的物質(zhì)，具有力和能的特征。與電場(chǎng)中用檢驗(yàn)電荷區(qū)檢驗(yàn)電場(chǎng)存在的方法相似，可借磁極之間存在相互作用力的特性，用小磁針來(lái)檢驗(yàn)?zāi)骋粋€(gè)磁體周?chē)艌?chǎng)的存在。學(xué)習(xí)任務(wù)1

認(rèn)識(shí)磁場(chǎng)問(wèn)題1：磁場(chǎng)是如何產(chǎn)生的？4）磁感線：磁場(chǎng)是一種特殊的物質(zhì)，不能被肉眼所看到。人們通過(guò)鐵屑在磁場(chǎng)的作用下形成的圖案，即用一組閉合的曲線來(lái)描述這種磁場(chǎng)。這種形象地描繪磁場(chǎng)的曲線，稱為磁感線。在磁感線上，每一點(diǎn)的切線方向都與該點(diǎn)的磁場(chǎng)方向相同。地球本身就是一個(gè)巨大的磁體，地球的磁場(chǎng)與條形磁鐵的磁場(chǎng)相似。均勻磁場(chǎng)：在某一區(qū)域內(nèi)，若磁場(chǎng)的強(qiáng)弱和方向都相同，這部分磁場(chǎng)稱為均勻磁場(chǎng)。學(xué)習(xí)任務(wù)1

認(rèn)識(shí)磁場(chǎng)問(wèn)題1：磁場(chǎng)是如何產(chǎn)生的？4）磁感線：磁感線有如下特點(diǎn)。（1)磁感線上每一點(diǎn)的切線方向與該點(diǎn)磁場(chǎng)方向相同。（2)磁感線在磁體的外部從N極指向S極，在磁體的內(nèi)部從S極指向N極。（3)磁感線是閉合的曲線，且任意兩條磁感線不相交。（4)磁感線的疏密表示磁場(chǎng)強(qiáng)弱的程度。學(xué)習(xí)任務(wù)1

認(rèn)識(shí)磁場(chǎng)問(wèn)題1：磁場(chǎng)是如何產(chǎn)生的？4）磁感線：學(xué)習(xí)任務(wù)1認(rèn)識(shí)磁場(chǎng)問(wèn)題1：磁場(chǎng)是如何產(chǎn)生的？5）磁感應(yīng)強(qiáng)度：磁感應(yīng)強(qiáng)度又叫磁通密度，它是表示磁場(chǎng)內(nèi)某點(diǎn)磁場(chǎng)強(qiáng)弱的物理量，是表征磁場(chǎng)特性的基本場(chǎng)量。其大小是通過(guò)垂直于磁場(chǎng)方向單位面積的磁力線數(shù)目，符號(hào)為B。磁感應(yīng)強(qiáng)度B的單位在國(guó)際單位制中是特斯拉，簡(jiǎn)稱特，符號(hào)T，在電磁單位制（CGS）中為高斯（gauss），簡(jiǎn)稱高，符號(hào)為Gs（系非法定計(jì)量單位）。兩者的關(guān)系為1T=104Gs。學(xué)習(xí)任務(wù)1認(rèn)識(shí)磁場(chǎng)問(wèn)題1：磁場(chǎng)是如何產(chǎn)生的？6）磁通：在磁場(chǎng)中，穿過(guò)任一面積的磁力線總量稱為該截面的磁通量，簡(jiǎn)稱磁通，符號(hào)為Φ。均勻磁場(chǎng)中，磁通等于磁感應(yīng)強(qiáng)度B與垂直于磁場(chǎng)方向的面積S的乘積：Φ=BS磁通是一個(gè)標(biāo)量，它的單位在國(guó)際單位制中為韋伯（weber），簡(jiǎn)稱韋，符號(hào)為Wb，在電磁單位制中磁通的單位為麥克斯韋，簡(jiǎn)稱麥，符號(hào)為Mx（系非法定計(jì)量單位）。1Mx=1Wb。均勻磁場(chǎng)中，磁感應(yīng)強(qiáng)度可以表示為單位面積上的磁通。B=Φ/S所以磁感應(yīng)強(qiáng)度也稱為磁通密度。學(xué)習(xí)任務(wù)1認(rèn)識(shí)磁場(chǎng)問(wèn)題1：磁場(chǎng)是如何產(chǎn)生的？7）磁導(dǎo)率：磁導(dǎo)率是表示物質(zhì)導(dǎo)磁性能的參數(shù)，用符號(hào)μ表示，單位是亨每米（H/m）。真空中的導(dǎo)磁率（permeability

of

free

space）一般用μ0表示，μ0=4π×10-7H/m?？諝?、銅、鋁和絕緣材料等非鐵磁材料的磁導(dǎo)率和真空磁導(dǎo)率大致相同，而鐵、鎳、鈷等鐵磁材料及其合金的磁導(dǎo)率比真空磁導(dǎo)率μ0大很多，為10～105倍。把物質(zhì)磁導(dǎo)率與真空磁導(dǎo)率的比值定義為相對(duì)磁導(dǎo)率，用符號(hào)μr表示，則鐵磁材料的磁導(dǎo)率可以表示為μ=μr

μ0相對(duì)磁導(dǎo)率是一個(gè)無(wú)量綱的參數(shù)。非鐵磁材料的相對(duì)磁導(dǎo)率μ，接近于1，而鐵磁材料的μr遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于1，電機(jī)和變壓器中所使用的鐵磁材料相對(duì)導(dǎo)磁率一般在2000～80000。學(xué)習(xí)任務(wù)1認(rèn)識(shí)磁場(chǎng)問(wèn)題1：磁場(chǎng)是如何產(chǎn)生的？8）磁場(chǎng)強(qiáng)度：在各向同性的媒質(zhì)中，

磁場(chǎng)中某點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度與該點(diǎn)磁導(dǎo)率的比值定義為該點(diǎn)的磁場(chǎng)強(qiáng)度，用符號(hào)H表示。H=B/μ式中H——磁場(chǎng)強(qiáng)度，單位為A/m

B——磁感應(yīng)強(qiáng)度，單位為T(mén)μ——磁導(dǎo)率，單位為H/m磁場(chǎng)強(qiáng)度只與產(chǎn)生磁場(chǎng)的電流及電流的分布有關(guān)，與磁介質(zhì)的磁導(dǎo)率無(wú)關(guān)，單位為安每米（A/m）。磁場(chǎng)強(qiáng)度概念的引入只是為了簡(jiǎn)化計(jì)算，沒(méi)有物理意義。學(xué)習(xí)任務(wù)1認(rèn)識(shí)磁場(chǎng)問(wèn)題2：磁路是怎么一回事？磁通所通過(guò)的路徑稱為磁路。電機(jī)和變壓器中，常把線圈套裝在鐵芯上。當(dāng)線圈內(nèi)有電流流過(guò)時(shí)，線圈周?chē)òㄨF心內(nèi)外）形成磁場(chǎng)。由于鐵心導(dǎo)磁性能比空氣好的多，因此，大部分磁通在鐵心內(nèi)部通過(guò)，稱為主磁通，相應(yīng)的路徑為主磁路；少量的磁通經(jīng)過(guò)部分鐵心和空氣而閉合，這部分磁通為漏磁通，漏磁通經(jīng)過(guò)的路徑為漏磁路。用來(lái)產(chǎn)生磁通的電流叫勵(lì)磁電流。根據(jù)勵(lì)磁電流的特質(zhì)不同，磁路又分為直流磁路和交流磁路。學(xué)習(xí)任務(wù)1認(rèn)識(shí)磁場(chǎng)問(wèn)題2：磁路是怎么一回事？1）安培環(huán)路定律：安培環(huán)路定律又稱為全電流定律，即在磁路中，沿任一閉合路徑，磁場(chǎng)強(qiáng)度矢量的線積分?

?

·

??等于該閉合回路所包圍電流的代數(shù)和。??

?

·

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????式中，N為閉合路徑所交鏈的線圈匝數(shù)。當(dāng)電流的方向與閉合路徑的環(huán)形方向符號(hào)右手螺旋定則時(shí)，電流i取正號(hào)，否則取負(fù)號(hào)。若沿著閉合回路，磁場(chǎng)強(qiáng)度H的方向總在切線方向，且大小處處相等，則可表示為學(xué)習(xí)任務(wù)1認(rèn)識(shí)磁場(chǎng)問(wèn)題2：磁路是怎么一回事？2）磁路的歐姆定律：由于磁場(chǎng)強(qiáng)度等于磁通密度除以磁導(dǎo)率，即H

=

B/μ，且在均勻磁場(chǎng)中有磁通密度B

=

Φ/S，所以式??=

???可表示為?

=

???=

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?????=

????式中，F(xiàn)為作用在鐵心磁路上的安匝數(shù)，F(xiàn)

=

Ni，稱為磁路的磁動(dòng)勢(shì)，它是磁路中產(chǎn)生磁通的根源，簡(jiǎn)稱磁動(dòng)勢(shì)；Rm為磁路的磁阻，Rm=l/（μS）（A/Wb）;Λm為磁路的磁導(dǎo)，????=

1/R??。或??= ??=???????????=

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???????作用在磁路上的總磁動(dòng)勢(shì)F等于磁路內(nèi)磁通量Φ與磁路磁阻Rm的乘積，它與電路中的歐姆定律在形式上十分相似，稱為磁路的歐姆定律。其中磁動(dòng)勢(shì)F與電路中的電動(dòng)勢(shì)E對(duì)應(yīng)，磁通量Φ與電路中電流對(duì)應(yīng)，則磁阻與電路中電阻對(duì)應(yīng)。學(xué)習(xí)任務(wù)1認(rèn)識(shí)磁場(chǎng)問(wèn)題2：磁路是怎么一回事？2）磁路的歐姆定律：磁阻Rm的大小與磁路的平均長(zhǎng)度l成正比，與磁路的截面積S及構(gòu)成磁路材料的磁導(dǎo)率μ成反比。值得注意的是，鐵磁材料的磁導(dǎo)率μ不是常數(shù)，所以由鐵磁材料構(gòu)成的磁路，其磁阻也不是常數(shù)，而是隨著磁路中磁通密度的大小而變化，即鐵磁材料的磁路具有非線性。學(xué)習(xí)任務(wù)1認(rèn)識(shí)磁場(chǎng)問(wèn)題2：磁路是怎么一回事？3）磁路的基爾霍夫第一定律：如果鐵心不是一個(gè)簡(jiǎn)單的閉合回路，而是帶有并聯(lián)分支的分支磁路，從而形成了磁路的節(jié)點(diǎn)。當(dāng)忽略漏磁通時(shí)，在磁路中任何一個(gè)節(jié)點(diǎn)處，磁通的代數(shù)和恒等于零σ

??=

0與電路的基爾霍夫第一定律

σ

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0

形式上相似，稱為磁路的基爾霍夫第一定律，也叫磁路連續(xù)性定律。此定律表明：穿出（或進(jìn)入）任一閉合面的總磁通恒等于零（或者說(shuō)，進(jìn)入任一閉合面的磁通是恒等于穿出該閉合面的磁通）。當(dāng)中間鐵心柱上加有磁動(dòng)勢(shì)F時(shí)，磁通的路徑如圖所示。如令進(jìn)入閉合面A的磁通為負(fù)，穿出閉合面的磁通為正，則有-Φ1+Φ2+Φ3=0學(xué)習(xí)任務(wù)1認(rèn)識(shí)磁場(chǎng)問(wèn)題2：磁路是怎么一回事？4）磁路的基爾霍夫第二定律：工程上遇到的磁路并不都是采用同一種鐵磁材料構(gòu)成，磁路中可能含有氣隙，各處的截面積也不一定相同，比如電機(jī)和變壓器的磁路總是有數(shù)段不同截面和不同鐵磁材料的鐵心組成。磁路計(jì)算時(shí)，總是把整個(gè)磁路分成若干段，每段為同一材料和相同截面積，且各段內(nèi)磁通密度處處相等，從而磁場(chǎng)強(qiáng)度也處處相等。如圖所示，磁路由3段組成，其中兩段為截面積不同的鐵磁材料，地三段為氣隙。若鐵心上的磁動(dòng)勢(shì)F=Ni，根據(jù)安培環(huán)路定律，有???=

σ?=1

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???或3?

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??學(xué)習(xí)任務(wù)1認(rèn)識(shí)磁場(chǎng)問(wèn)題2：磁路是怎么一回事？4）磁路的基爾霍夫第二定律：在磁場(chǎng)中的任何一個(gè)閉合回路中，磁壓降的代數(shù)和等于磁動(dòng)勢(shì)的代數(shù)和，磁場(chǎng)的方向與回路環(huán)行方向一致時(shí)，Hl符號(hào)為正，否則為負(fù)；電流的方向與回路環(huán)行方向符合右手螺旋定則時(shí)，Ni符號(hào)為正，否則為負(fù)?？梢钥闯?，此公式與電路的σE

=

σ

??形式上相似，所以稱為磁路的基爾霍夫第二定律。值得注意的是，磁路定律和電路定律只是形式上的相似，它們的物理本質(zhì)是不同的。學(xué)習(xí)任務(wù)1認(rèn)識(shí)磁場(chǎng)問(wèn)題3：鐵磁材料有哪些性質(zhì)？物質(zhì)按其磁化效應(yīng)可分為鐵磁材料和非鐵磁材料兩大類(lèi)。非鐵磁材料，如空氣、銅、鋁、橡膠等，它們的磁導(dǎo)率與真空磁導(dǎo)率接近，工程計(jì)算時(shí)近似認(rèn)為相等。鐵磁材料是由鐵磁物質(zhì)構(gòu)成，主要有鐵、鎳、鈷及其合金等。鐵磁材料的磁導(dǎo)率比真空大很多。在電機(jī)和變壓器中，要求在一定的勵(lì)磁電流下產(chǎn)生較強(qiáng)的磁場(chǎng)，以減小其體積和重量，所以電機(jī)和變壓器鐵心都采用磁導(dǎo)率較高的鐵磁材料制成。學(xué)習(xí)任務(wù)1認(rèn)識(shí)磁場(chǎng)問(wèn)題3：鐵磁材料有哪些性質(zhì)？1）鐵磁材料的磁化：鐵磁材料可看做由無(wú)數(shù)小的磁疇組成，磁疇用一些小的磁鐵表示出來(lái)。鐵磁材料在不受外磁場(chǎng)作用時(shí)，這些磁疇雜亂無(wú)章排列，其磁效應(yīng)相互抵消，對(duì)外不顯示磁性。當(dāng)鐵磁材料受到外磁場(chǎng)作用時(shí)，磁疇在外磁場(chǎng)作用下，軸線趨于一致，如圖

所示，內(nèi)部形成一附加磁場(chǎng)，疊加在外磁場(chǎng)上，使合成磁場(chǎng)大為曾強(qiáng)。鐵磁材料這種在外磁場(chǎng)作用下呈很強(qiáng)的磁性的現(xiàn)象，叫做鐵磁材料的磁化。正是由于鐵磁材料具有磁化特性，才使其磁導(dǎo)率較非鐵磁材料大得多。所以，磁化是鐵磁材料的重要特性之一。學(xué)習(xí)任務(wù)1認(rèn)識(shí)磁場(chǎng)問(wèn)題3：鐵磁材料有哪些性質(zhì)？2）磁滯回線：若鐵磁材料處于交變的磁場(chǎng)中，將進(jìn)行周期性磁化，此時(shí)B和H之間的關(guān)系變?yōu)榇艤鼐€。當(dāng)磁場(chǎng)強(qiáng)度H從零增加到最大值Hm時(shí)，鐵磁材料飽和，磁通密度也為最大值Bm；之后減小H，B不是沿著起始磁化曲線下降，而是沿曲線ab下降；當(dāng)H減小到零時(shí)，B不是零，而等于Br。在去掉外磁場(chǎng)后，鐵磁材料內(nèi)還保留磁通強(qiáng)度Br，把這時(shí)的磁通密度叫做剩余磁通密度，簡(jiǎn)稱剩磁。而這種磁通密度B的變化落后于磁場(chǎng)強(qiáng)度H的變化的現(xiàn)象，叫磁滯現(xiàn)象。要想使剩磁為零，必須對(duì)材料進(jìn)行反向磁化，即加上相應(yīng)的反向磁場(chǎng)。當(dāng)反向磁場(chǎng)H為-Hc時(shí)，磁通密度B將為零，此時(shí)的磁場(chǎng)強(qiáng)度Hc稱為矯頑力。剩磁Br和矯頑力Hc是鐵磁材料的兩個(gè)重要參數(shù)。學(xué)習(xí)任務(wù)1認(rèn)識(shí)磁場(chǎng)問(wèn)題3：鐵磁材料有哪些性質(zhì)？3）鐵磁材料的分類(lèi)：鐵磁材料根據(jù)磁滯回線形狀及其在工程上的不同應(yīng)用，可分為三大類(lèi)。（1）硬磁材料：其特點(diǎn)是磁滯回線很寬，這類(lèi)材料難磁化、難退磁，所以也稱為永磁材料，如鈷鋼、碳鋼等。它們用于：制造永久鐵磁和揚(yáng)聲器的磁鋼等。（2）軟磁材料：其特點(diǎn)是磁滯回線較窄，這類(lèi)材料易磁化，也容易退磁，如硅鋼片、鑄鐵等。它們用于制造電動(dòng)機(jī)、變壓器和繼電器的鐵心等。（3）矩磁材料：其特點(diǎn)是磁滯回線接近矩形，這類(lèi)材料在很弱的磁場(chǎng)中就能磁化，撒掉外磁場(chǎng)后，仍能保持與磁飽和狀態(tài)相同的狀態(tài)，如錳—鎂鐵氧體、鋰—鎂鐵氧體等。它們用于制造計(jì)算機(jī)中磁存儲(chǔ)元件的磁心、磁棒和磁膜等。學(xué)習(xí)任務(wù)1認(rèn)識(shí)磁場(chǎng)問(wèn)題4：什么是旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)？1）旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)：磁感應(yīng)矢量在空間以固定頻率旋轉(zhuǎn)的一種磁場(chǎng)；是電能和轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)械能之間相互轉(zhuǎn)換的基本條件。（1）旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的產(chǎn)生：學(xué)習(xí)任務(wù)1認(rèn)識(shí)磁場(chǎng)問(wèn)題4：什么是旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)？1）旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)：磁感應(yīng)矢量在空間以固定頻率旋轉(zhuǎn)的一種磁場(chǎng)；是電能和轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)械能之間相互轉(zhuǎn)換的基本條件。。（1）旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的產(chǎn)生：學(xué)習(xí)任務(wù)1認(rèn)識(shí)磁場(chǎng)問(wèn)題4：什么是旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)？1）旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)：磁感應(yīng)矢量在空間以固定頻率旋轉(zhuǎn)的一種磁場(chǎng)；是電能和轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)械能之間相互轉(zhuǎn)換的基本條件。。（1）旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的產(chǎn)生：12學(xué)習(xí)任務(wù)1認(rèn)識(shí)磁場(chǎng)問(wèn)題4：什么是旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)？1）旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)：磁感應(yīng)矢量在空間以固定頻率旋轉(zhuǎn)的一種磁場(chǎng)；是電能和轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)械能之間相互轉(zhuǎn)換的基本條件。。（2）旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的轉(zhuǎn)向：只要將接入三相電源的定子三相繞組中的任意兩相對(duì)調(diào)，就能改變旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的轉(zhuǎn)向，從而改變電動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)方向。學(xué)習(xí)任務(wù)1認(rèn)識(shí)磁場(chǎng)問(wèn)題4：什么是旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)？1）旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)：磁感應(yīng)矢量在空間以固定頻率旋轉(zhuǎn)的一種磁場(chǎng)；是電能和轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)械能之間相互轉(zhuǎn)換的基本條件。。（2）旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的轉(zhuǎn)向：只要將接