電工技術(shù)基礎(chǔ)項目教程 課件 項目4 磁路測試和分析任務(wù)

磁性材料與磁路應(yīng)用電工技術(shù)基礎(chǔ)項目4任務(wù)1任務(wù)導(dǎo)入學(xué)習(xí)目標(biāo)知識鏈接練習(xí)思考工作任務(wù)磁路測試和分析4任務(wù)導(dǎo)入返回任務(wù)導(dǎo)入有報紙曾報道過一則消息：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？磁場的強(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)返回識別常見硅鋼片形狀并測量其尺寸，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，因為頻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，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】知識鏈接---4.1磁路返回知識鏈接---4.1磁路返回知識鏈接---4.1磁路返回知識鏈接---4.1磁路4.1.1磁場的幾個基本物理量返回1．磁場天然磁石自然界中的磁體總存在兩個磁極，磁體上兩個磁極為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)體對磁體有力的作用，磁體對通電導(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磁場發(fā)生的。磁場是存在于磁體、運動電荷周圍的一種物質(zhì)。磁場的基本特性是：對處于其中的磁體、電流、運動電荷有力的作用。2．磁感應(yīng)強(qiáng)度與電磁力4.1.1磁場的幾個基本物理量返回磁體磁性的強(qiáng)弱用磁感應(yīng)強(qiáng)度來表示，磁感應(yīng)強(qiáng)度又叫磁通密度，它是表示磁場內(nèi)某點磁場強(qiáng)弱的物理量，其大小用通過垂直于磁場方向單位面積的磁力線數(shù)目表示，符號為B。磁感應(yīng)強(qiáng)度B在國際單位制（SI）中是特斯拉，簡稱特，符號為T，工程上常沿用高斯（Gs）為單位，其換算關(guān)系為：1T=104Gs。磁場的最基本的性質(zhì)是對放入其中的電流或磁極有力的作用，電流垂直于磁場時受電磁力最大，電流與磁場方向平行時，電磁力為零。3．磁感線4.1.1磁場的幾個基本物理量返回為了描述磁場的強(qiáng)弱與方向，人們想象在磁場中畫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磁場的幾個基本物理量返回在磁場中，穿過任意面積的磁感線總量稱為該截面的磁通量，簡稱磁通，符號

。勻強(qiáng)磁場中，磁通等于磁感應(yīng)強(qiáng)度B與垂直于磁場方向的面積S的乘積：磁通是一個標(biāo)量，它的單位在SI制中為韋伯，簡稱韋，符號為Wb，有時沿用麥克斯韋（Mx）為單位，其換算關(guān)系為：1Wb=108Mx。6．磁場強(qiáng)度與磁導(dǎo)率4.1.1磁場的幾個基本物理量返回磁場的強(qiáng)弱還與磁場中的磁介質(zhì)有關(guān)，例如鐵心線圈就比空心線圈的磁場強(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)無關(guān)的物理量，稱為磁場強(qiáng)度：H為磁場強(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的強(qiáng)弱還與磁場中的磁介質(zhì)有關(guān)，例如鐵心線圈就比空心線圈的磁場強(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表示。所謂磁化曲線，它是表示磁場強(qiáng)度H與磁通密度B之間關(guān)系的特性曲線。對于空氣等非鐵磁物質(zhì)，磁通密度B與磁場強(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中，將進(jìn)行周期性磁化，此時B和H之間的關(guān)系變?yōu)槿缬覉D所示的磁滯回線。當(dāng)對稱交變的磁場強(qiáng)度在+Hm和-Hm之間變化，對鐵磁材料反復(fù)磁化時，得到如右圖所示的近似對稱于原點的B-H閉合曲線a－b－c－d－e－f－a，稱為磁滯回線。3．鐵磁材料的分類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：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：沒有外磁場時磁性基本消失，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，稱為鐵磁損耗，簡稱鐵耗。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作用下，正反方向反復(fù)磁化，材料內(nèi)部磁疇在不斷運動過程中相互摩擦，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，在交變的磁場作用下，變化的磁通在鐵心中感應(yīng)電勢并產(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，稱為渦流。因渦流產(chǎn)生損耗，稱為渦流損耗。（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提高材料的電阻率渦流損耗的危害能量的浪費，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的路徑稱為磁路。勵磁電流為交流，磁路中的磁通是交變的，磁路中的磁通是隨時間變化而變化的，這種磁路稱為交流磁路。勵磁電流為直流，磁路中的磁通是恒定的，不隨時間變化而變化，這種磁路稱為直流磁路。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)路定律又稱為全電流定律，即：在磁路中，沿任一閉合路徑，磁場強(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勢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，在磁路中任何一個節(jié)點處，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。在磁場中的任何一個閉合回路中，磁壓降的代數(shù)和等于磁動勢的代數(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鏈接---4.1磁路返回知識鏈接---4.1磁路返回知識鏈接---4.1磁路返回知識鏈接---4.1磁路返回4.1.4電磁感應(yīng)定律返回當(dāng)穿過某一閉合導(dǎo)體回路的磁通發(fā)生變化（無論是何種原因變化）時，在導(dǎo)體回路中就會產(chǎn)生電流，這種現(xiàn)象稱為電磁感應(yīng)現(xiàn)象，產(chǎn)生的電流稱為感應(yīng)電流。如果是穿過線圈的磁通發(fā)生變化，線圈的匝數(shù)為N匝，則線圈中感應(yīng)電勢的大小與線圈匝數(shù)成正比，與單位時間內(nèi)磁通量的變化率成正比，可用下式表示：(4)磁感線疏密表示磁場的強(qiáng)弱。（

）練習(xí)思考判斷：(1)地球是一個大磁體，地磁的N極在地球的北極附近。（

）(2)

磁感應(yīng)強(qiáng)度簡稱磁場強(qiáng)度。（

）(3)磁通是一個矢量，它的單位在SI制中為特斯拉。（

）××返回√×返回單相變壓器磁路分析電工技術(shù)基礎(chǔ)項目4任務(wù)2任務(wù)導(dǎo)入學(xué)習(xí)目標(biāo)知識鏈接練習(xí)思考工作任務(wù)磁路測試和分析4任務(wù)導(dǎo)入如果氣隙中有異物卡住，交流電磁鐵長時間吸合不上，是否燒毀線圈？變壓器的初級繞組也是一個交流電磁鐵，變壓器是如何通過磁路把能量傳遞給次級繞組的，初級繞組的電流是不是只由初級繞組的阻抗和所加交流電壓決定，變壓器初級和次級的電壓、電流、阻抗之間的關(guān)系是什么？返回學(xué)習(xí)目標(biāo)1掌握交流磁路分析方法。23掌握變壓器磁路的分析方法。能夠?qū)ψ儔浩鬟M(jìn)行測試分析。返回4了解電壓和電流互感器原理。工作任務(wù)返回測量變壓器直流電阻，絕緣電阻；測量計算變壓器的空載電流和電壓調(diào)整率。返回直流電磁鐵電路只考慮線圈直流電阻不考慮線圈阻抗值，所以勵磁電流穩(wěn)定，不會產(chǎn)生感應(yīng)電動勢，從而使得磁場穩(wěn)定，吸力穩(wěn)定。交流電磁鐵電路不僅要考慮阻抗值，還要考慮感應(yīng)電壓，所以需要根據(jù)基爾霍夫定律列出勵磁回路的電壓平衡方程進(jìn)行電路部分的分析，磁路部分因為電壓交變，所以電流交變導(dǎo)致磁通也是交變的，導(dǎo)致交流電磁鐵的吸力一直在變化，引起振動。工作任務(wù)【總結(jié)與提升】知識鏈接---4.2變壓器4.2.1變壓器基本概念返回1．變壓器的用途、分類和基本結(jié)構(gòu)變壓器是根據(jù)電磁感應(yīng)原理制成的一種靜止的電氣設(shè)備。它具有變換電壓、變換電流、變換阻抗等作用。被廣泛應(yīng)用于電力系統(tǒng)、測量系統(tǒng)、電子線路和電子設(shè)備中。2）變壓器的分類變壓器按交流電的相數(shù)不同一般分為：單相變壓器和三相變壓器。1）變壓器的用途1．變壓器的用途、分類和基本結(jié)構(gòu)4.2.1變壓器基本概念返回3）變壓器的基本結(jié)構(gòu)變壓器的種類很多，結(jié)構(gòu)形狀各異，用途也各不相同，但其基本結(jié)構(gòu)和工作原理卻是相同的。變壓器的主要結(jié)構(gòu)是鐵心、繞組、箱體及其他零部件。鐵心是變壓器的主磁路，又作為繞組的支撐骨架。為了減少鐵心內(nèi)的磁滯和渦流損耗，通常采用含硅量為5%、厚度為0.35mm或0.5mm、兩平面涂絕緣漆或經(jīng)氧化膜處理的硅鋼片疊裝而成。2．變壓器的工作原理4.2.1變壓器基本概念返回初級：接電源的繞組稱為初級繞組（又稱原邊或一次繞組），匝數(shù)為N1，其電壓、電流、電動勢分別用

表示。次級：與負(fù)載相接的繞組稱為次級繞組（又稱副邊或二次繞組），匝數(shù)為N2，其電壓、電流、電動勢分別用

表示。1）變壓器的變壓原理2．變壓器的工作原理4.2.1變壓器基本概念返回2）變壓器的變流原理當(dāng)變壓器在額定負(fù)載下運行時，勵磁分量i0很小，約為原邊額定電流的（2～10）%，在分析原、副邊電流的數(shù)量關(guān)系時，可將i0忽略不計，于是根據(jù)原副邊功率近似相等P1=P2，有：2．變壓器的工作原理4.2.1變壓器基本概念返回3）變壓器的變阻抗原理變壓器的原邊接上電源電壓，副邊接入負(fù)載阻抗，從原邊看進(jìn)去，可用一個阻抗來等效，當(dāng)副邊的負(fù)載阻抗一定時，通過選取不同匝數(shù)比的變壓器，在原邊可得到不同的等效阻抗。在一些電子設(shè)備中，利