電工技術(shù)基礎(chǔ)項(xiàng)目教程 課件 項(xiàng)目4磁路測(cè)試和分析任務(wù)1

磁性材料與磁路應(yīng)用電工技術(shù)基礎(chǔ)項(xiàng)目4任務(wù)1任務(wù)導(dǎo)入學(xué)習(xí)目標(biāo)知識(shí)鏈接練習(xí)思考工作任務(wù)磁路測(cè)試和分析4任務(wù)導(dǎo)入返回任務(wù)導(dǎo)入有報(bào)紙?jiān)鴪?bào)道過(guò)一則消息：上海的信鴿從內(nèi)蒙古放飛后，歷經(jīng)20余天，返回上海市自己的巢，信鴿為什么會(huì)有這種驚人的遠(yuǎn)距離辨認(rèn)方向的本領(lǐng)？除了天然磁石外，人們還可以怎樣獲得磁場(chǎng)？磁場(chǎng)的強(qiáng)弱如何定義呢？常用的鐵磁性材料有哪些？為什么繞在鐵心上線圈磁場(chǎng)增大，電感也變大？和電路相比較，磁路有哪些基本定律？磁生電條件是什么？電磁力的大小跟什么有關(guān)？航母上的電磁彈射裝置的工作原理是什么？返回學(xué)習(xí)目標(biāo)1了解磁路的基本物理量。23了解常用的鐵磁材料及其特性。掌握磁路基本定律。返回4掌握基本電磁定律。工作任務(wù)返回識(shí)別常見(jiàn)硅鋼片形狀并測(cè)量其尺寸，探究電流磁效應(yīng)及電磁力大小跟什么因素有關(guān)，探究電磁感應(yīng)條件。返回鐵磁性材料的導(dǎo)磁性能比較好，線圈中插入鐵磁材料后鐵磁性材料被磁化，磁場(chǎng)強(qiáng)度增加。人們利用電流的磁效應(yīng)制成不同的電磁鐵，有直流的，有交流的，直流電磁鐵只有電阻，因?yàn)轭l率為零所以電抗為零，交流電磁鐵的阻抗是它本身直流電阻和交流電抗的疊加，同功率的交直流電磁鐵比較時(shí)，直流電磁鐵發(fā)熱較大，匝數(shù)多，導(dǎo)線細(xì)，直流電阻大，交流電磁鐵匝數(shù)少，導(dǎo)線粗，直流電阻小。工作任務(wù)【總結(jié)與提升】知識(shí)鏈接---4.1磁路返回知識(shí)鏈接---4.1磁路返回知識(shí)鏈接---4.1磁路返回知識(shí)鏈接---4.1磁路4.1.1磁場(chǎng)的幾個(gè)基本物理量返回1．磁場(chǎng)天然磁石自然界中的磁體總存在兩個(gè)磁極，磁體上兩個(gè)磁極為N極與S極，磁極間的相互作用為：同名磁極相互排斥，異名磁極相互吸引。人造磁體電磁體通電導(dǎo)體對(duì)磁體有力的作用，磁體對(duì)通電導(dǎo)線也有力的作用，同樣任意兩根通電導(dǎo)線之間也有力的作用，這些相互作用是通過(guò)磁場(chǎng)發(fā)生的。磁場(chǎng)是存在于磁體、運(yùn)動(dòng)電荷周?chē)囊环N物質(zhì)。磁場(chǎng)的基本特性是：對(duì)處于其中的磁體、電流、運(yùn)動(dòng)電荷有力的作用。2．磁感應(yīng)強(qiáng)度與電磁力4.1.1磁場(chǎng)的幾個(gè)基本物理量返回磁體磁性的強(qiáng)弱用磁感應(yīng)強(qiáng)度來(lái)表示，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，其大小用通過(guò)垂直于磁場(chǎng)方向單位面積的磁力線數(shù)目表示，符號(hào)為B。磁感應(yīng)強(qiáng)度B在國(guó)際單位制（SI）中是特斯拉，簡(jiǎn)稱(chēng)特，符號(hào)為T(mén)，工程上常沿用高斯（Gs）為單位，其換算關(guān)系為：1T=104Gs。磁場(chǎng)的最基本的性質(zhì)是對(duì)放入其中的電流或磁極有力的作用，電流垂直于磁場(chǎng)時(shí)受電磁力最大，電流與磁場(chǎng)方向平行時(shí)，電磁力為零。3．磁感線4.1.1磁場(chǎng)的幾個(gè)基本物理量返回為了描述磁場(chǎng)的強(qiáng)弱與方向，人們想象在磁場(chǎng)中畫(huà)出的一組有方向的曲線，叫磁感線，也叫磁力線。4．通電導(dǎo)線的磁場(chǎng)直線電流的安培定則：右手握住導(dǎo)線，讓伸直的拇指所指的方向跟電流的方向一致，彎曲的四指所指的方向就是磁感線的環(huán)繞方向。通電螺線管的安培定則：右手握住螺線管，讓彎曲的四指所指的方向跟電流的方向一致，伸直的拇指所指的方向就是螺線管內(nèi)部磁感線的方向。5．磁通量4.1.1磁場(chǎng)的幾個(gè)基本物理量返回在磁場(chǎng)中，穿過(guò)任意面積的磁感線總量稱(chēng)為該截面的磁通量，簡(jiǎn)稱(chēng)磁通，符號(hào)

。勻強(qiáng)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：磁通是一個(gè)標(biāo)量，它的單位在SI制中為韋伯，簡(jiǎn)稱(chēng)韋，符號(hào)為Wb，有時(shí)沿用麥克斯韋（Mx）為單位，其換算關(guān)系為：1Wb=108Mx。6．磁場(chǎng)強(qiáng)度與磁導(dǎo)率4.1.1磁場(chǎng)的幾個(gè)基本物理量返回磁場(chǎng)的強(qiáng)弱還與磁場(chǎng)中的磁介質(zhì)有關(guān)，例如鐵心線圈就比空心線圈的磁場(chǎng)強(qiáng)，這是由于磁介質(zhì)具有一定的磁性，產(chǎn)生了附加磁感應(yīng)強(qiáng)度B

。定義僅與導(dǎo)線中電流和導(dǎo)線的結(jié)構(gòu)有關(guān)而與磁介質(zhì)無(wú)關(guān)的物理量，稱(chēng)為磁場(chǎng)強(qiáng)度：H為磁場(chǎng)強(qiáng)度，單位為安/米（A/m），

為磁介質(zhì)的磁導(dǎo)率，單位是亨/米（H/m）。磁導(dǎo)率表示一種磁介質(zhì)導(dǎo)磁性能強(qiáng)弱的物理量，在電流大小及導(dǎo)體的幾何形狀一定的情況下，磁導(dǎo)率

越大，對(duì)磁感應(yīng)強(qiáng)度的影響就越大。1．鐵磁材料的磁化4.1.2常用鐵磁材料及其特性返回磁場(chǎng)的強(qiáng)弱還與磁場(chǎng)中的磁介質(zhì)有關(guān)，例如鐵心線圈就比空心線圈的磁場(chǎng)強(qiáng)，這是由于磁介質(zhì)具有一定的磁性，產(chǎn)生了附加磁感應(yīng)強(qiáng)度B

。正是由于鐵磁材料具有磁化特性，才使其磁導(dǎo)率較非鐵磁物質(zhì)大得多。所以，磁化是鐵磁材料的重要特性之一。磁化前：磁化后：2．磁化曲線和磁滯回線4.1.2常用鐵磁材料及其特性返回材料的磁化特性可用磁化曲線來(lái)表示。所謂磁化曲線，它是表示磁場(chǎng)強(qiáng)度H與磁通密度B之間關(guān)系的特性曲線。對(duì)于空氣等非鐵磁物質(zhì)，磁通密度B與磁場(chǎng)強(qiáng)度H之間呈線性關(guān)系，即磁化曲線為一直線，如右圖中直線①所示。鐵磁性材料的磁通密度B與磁場(chǎng)強(qiáng)度H之間呈非線性關(guān)系，磁化曲線是一條曲線，如右圖中曲線②所示。HB2．磁化曲線和磁滯回線4.1.2常用鐵磁材料及其特性返回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)槿缬覉D所示的磁滯回線。當(dāng)對(duì)稱(chēng)交變的磁場(chǎng)強(qiáng)度在+Hm和-Hm之間變化，對(duì)鐵磁材料反復(fù)磁化時(shí)，得到如右圖所示的近似對(duì)稱(chēng)于原點(diǎn)的B-H閉合曲線a－b－c－d－e－f－a，稱(chēng)為磁滯回線。3．鐵磁材料的分類(lèi)4.1.2常用鐵磁材料及其特性返回按照磁滯回線形狀的不同，鐵磁材料可分為三大類(lèi)：軟磁材料、硬磁（永磁）材料和矩磁材料。軟磁材料：硬磁材料：矩磁材料：軟磁：沒(méi)有外磁場(chǎng)時(shí)磁性基本消失，磁導(dǎo)率高，常用于電機(jī)和變壓器鐵心制造。硬磁：剩磁較大且不容易消失，適合于制作永磁體，因此又稱(chēng)為永磁材料。4．鐵磁材料的鐵損耗4.1.2常用鐵磁材料及其特性返回帶鐵心的交流線圈中，除了線圈電阻上的功率損耗（銅損耗）外，由于其鐵心處于反復(fù)磁化下，鐵心中也將產(chǎn)生功率損耗，以發(fā)熱的方式表現(xiàn)出來(lái)，稱(chēng)為鐵磁損耗，簡(jiǎn)稱(chēng)鐵耗。鐵損耗磁滯損耗渦流損耗鐵損耗與材料的性質(zhì)、結(jié)構(gòu)，交變磁場(chǎng)的頻率，磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小有關(guān)。4．鐵磁材料的鐵損耗4.1.2常用鐵磁材料及其特性返回鐵磁材料在交變磁場(chǎng)作用下，正反方向反復(fù)磁化，材料內(nèi)部磁疇在不斷運(yùn)動(dòng)過(guò)程中相互摩擦，消耗能量，引起材料發(fā)熱，消耗功率，這種損耗稱(chēng)為磁滯損耗。磁滯損耗磁滯損耗的大小取決于材料性質(zhì)、材料體積、最大磁感應(yīng)強(qiáng)度和磁化場(chǎng)的變化頻率。4．鐵磁材料的鐵損耗4.1.2常用鐵磁材料及其特性返回渦流由于鐵磁材料也是導(dǎo)電體，在交變的磁場(chǎng)作用下，變化的磁通在鐵心中感應(yīng)電勢(shì)并產(chǎn)生電流，這些電流在鐵心內(nèi)部環(huán)繞磁通呈旋渦狀流動(dòng)，稱(chēng)為渦流。因渦流產(chǎn)生損耗，稱(chēng)為渦流損耗。（a）圓柱形鐵心（b）渦流渦流損耗與材料性質(zhì)、材料體積、鐵片厚度、磁通的波形、最大磁感應(yīng)強(qiáng)度和磁化場(chǎng)的變化頻率等因素有關(guān)。4．鐵磁材料的鐵損耗4.1.2常用鐵磁材料及其特性返回：通常采用摻雜的方法來(lái)提高材料的電阻率渦流損耗的危害能量的浪費(fèi)，降低設(shè)備的效率釋放出大量熱量，引起鐵心發(fā)熱，減少設(shè)備使用壽命，甚至燒毀設(shè)備減少渦流損耗的途徑減小鐵片厚度提高鐵心材料的電阻率：通常采用表面通過(guò)絕緣處理的薄鋼片疊裝鐵心1．磁路的概念4.1.3磁路基本定律返回磁通集中通過(guò)的路徑稱(chēng)為磁路。勵(lì)磁電流為交流，磁路中的磁通是交變的，磁路中的磁通是隨時(shí)間變化而變化的，這種磁路稱(chēng)為交流磁路。勵(lì)磁電流為直流，磁路中的磁通是恒定的，不隨時(shí)間變化而變化，這種磁路稱(chēng)為直流磁路。電磁鐵磁路：變壓器磁路：2．安培環(huán)路定律4.1.3磁路基本定律返回安培環(huán)路定律又稱(chēng)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。作用在磁路上的總磁動(dòng)勢(shì)F等于磁路內(nèi)磁通量

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(chēng)為磁路的歐姆定律。3．磁路歐姆定律4．磁路基爾霍夫第一定律4.1.3磁路基本定律返回當(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0，即：

=0，這就是磁路基爾霍夫第一定律，也叫基爾霍夫磁通定律。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，這就是磁路的基爾霍夫第二定律，也叫基爾霍夫磁壓定律，用公式表示為：

Fm=

Um。5．磁路基爾霍夫第二定律知識(shí)鏈接---4.1磁路返回知識(shí)鏈接---4.1磁路返回知識(shí)鏈接---4.1磁路返回知識(shí)鏈接---4.1磁路返回4.1.4電磁感應(yīng)定律返回當(dāng)穿過(guò)某一閉合導(dǎo)體回路的磁通發(fā)生變化（無(wú)論是何種原因變化）時(shí)，在導(dǎo)體回路中就會(huì)產(chǎn)生電流，這種現(xiàn)象稱(chēng)為電磁感應(yīng)現(xiàn)象，產(chǎn)生的電流稱(chēng)為感應(yīng)電流。如果是穿過(guò)線圈的磁通發(fā)生變化，線圈的匝數(shù)為N匝，則線圈中感應(yīng)