《電工技術(shù)基礎(chǔ)與技能》課件-項目五.磁場和磁路的認(rèn)知

電工技術(shù)基礎(chǔ)與技能西安電子科技大學(xué)出版社【任務(wù)目標(biāo)】1．了解直線電流、環(huán)形電流以及螺線管電流的磁場，會用右手定則判斷其磁場的方向;2.理解磁感應(yīng)強(qiáng)度、磁通、磁導(dǎo)率、磁場強(qiáng)度的概念;3.了解勻強(qiáng)磁場的性質(zhì)及有關(guān)計算;4.掌握磁場對電流作用力的有關(guān)計算及方向的判斷，了解磁場對通電線圈的作用;5.了解鐵磁性物質(zhì)的磁化及磁化曲線，理解磁滯回線的含義;6.了解磁路及其相關(guān)物理量;7.學(xué)會拆裝小型變壓器。

項目五.磁場和磁路電工技術(shù)基礎(chǔ)與技能西安電子科技大學(xué)出版社5.1.1磁場的方向和磁感線

（1）磁場：磁體的周圍空間中存在著磁場，磁場是一種以場的形式存在的物質(zhì)，磁極之間通過磁場產(chǎn)生相互作用的力。（2）磁場的方向：在磁場中任一點(diǎn)，小磁針靜止，N極所指的方向為該點(diǎn)的磁場方向。5.1電流的磁效應(yīng)電工技術(shù)基礎(chǔ)與技能西安電子科技大學(xué)出版社5.1.1磁場的方向和磁感線（3）磁感線：在磁場中畫出一些曲線，在曲線上每一點(diǎn)的切線方向都與該點(diǎn)的磁場方向相同，如右圖所示。5.1電流的磁效應(yīng)磁感線的特點(diǎn)：1）磁感線的切線方向表示磁場方向，其疏密程度表示磁場的強(qiáng)弱，即磁感線越密集的地方磁場越強(qiáng)，越稀疏的地方磁場越弱；2）磁感線是閉合曲線，在磁體外部，磁感線由N極出來，繞到S極；在磁體內(nèi)部，磁感線的方向由S極指向N極；3）任意兩條磁感線不相交。電工技術(shù)基礎(chǔ)與技能西安電子科技大學(xué)出版社5.1.2電流的磁場（1）電流的磁效應(yīng)：除了磁體周圍存在磁場，電流也能產(chǎn)生磁場。丹麥物理學(xué)家奧斯特通過實驗發(fā)現(xiàn)，通電導(dǎo)線周圍的小磁針會發(fā)生偏轉(zhuǎn)，如下圖所示，即任何通有電流的導(dǎo)線，都可以在其周圍空間產(chǎn)生磁場。5.1電流的磁效應(yīng)電工技術(shù)基礎(chǔ)與技能西安電子科技大學(xué)出版社5.1.2電流的磁場（2）磁場方向的判斷——安培定則1）直線電流的磁場方向：用右手握住導(dǎo)線，讓伸直的大拇指所指的方向跟電流方向一致，彎曲的四指所指的方向即為磁感線的環(huán)繞方向。5.1電流的磁效應(yīng)電工技術(shù)基礎(chǔ)與技能西安電子科技大學(xué)出版社5.1.2電流的磁場（2）磁場方向的判斷——安培定則2）環(huán)形電流的磁場方向：讓右手彎曲的四指和環(huán)形電流的方向一致，那么伸直的大拇指所指的方向就是環(huán)形導(dǎo)線中心軸線上磁感線的方向。5.1電流的磁效應(yīng)電工技術(shù)基礎(chǔ)與技能西安電子科技大學(xué)出版社5.1.2電流的磁場（2）磁場方向的判斷——安培定則3）通電螺線管的磁場方向：用右手握住螺線管，讓彎曲的四指所指方向跟電流的方向一致，那么大拇指所指方向就是螺線管內(nèi)部磁感線的方向。5.1電流的磁效應(yīng)電工技術(shù)基礎(chǔ)與技能西安電子科技大學(xué)出版社5.1.3磁場的主要物理量（1）磁感應(yīng)強(qiáng)度1）磁場的基本特性：磁場對其中的電流有力的作用，這種力稱為磁場力（或叫電磁力、安培力）5.1電流的磁效應(yīng)電工技術(shù)基礎(chǔ)與技能西安電子科技大學(xué)出版社5.1.3磁場的主要物理量（1）磁感應(yīng)強(qiáng)度2）磁感應(yīng)強(qiáng)度的定義：直導(dǎo)線所受的磁場力F與電流I和導(dǎo)線長度l的乘積Il的比值稱為通電導(dǎo)線所在處的磁感應(yīng)強(qiáng)度。磁感應(yīng)強(qiáng)度用B表示，其大小5.1電流的磁效應(yīng)B

=注意：磁場的定義式代表直線電流垂直于磁場的特殊情況！單位：F——N（牛頓），I——A（安培），l——m（米），B——T（特斯拉）3）物理意義：磁感應(yīng)強(qiáng)度是描述磁場強(qiáng)弱和方向的物理量。

4）矢量性：磁感應(yīng)強(qiáng)度是一個矢量，它的方向即為該點(diǎn)的磁場方向。

電工技術(shù)基礎(chǔ)與技能西安電子科技大學(xué)出版社5.1.3磁場的主要物理量（1）磁感應(yīng)強(qiáng)度5）勻強(qiáng)磁場的B及磁感線特點(diǎn)：勻強(qiáng)磁場中各點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小和方向均相同，其磁感線為分布均勻的平行直線。比如U型磁鐵兩極間的部分區(qū)域，就可以看作勻強(qiáng)磁場，如圖所示。5.1電流的磁效應(yīng)電工技術(shù)基礎(chǔ)與技能西安電子科技大學(xué)出版社5.1.3磁場的主要物理量5.1電流的磁效應(yīng)（2）磁通1）定義：在磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場中取一個與磁場方向垂直，面積為S的平面，則B與S的乘積，稱為穿過這個平面的磁通量

，簡稱磁通。公式：Φ

=B

S該公式成立的條件：一是穿過此平面的磁場為勻強(qiáng)磁場，二是該勻強(qiáng)磁場與平面垂直。公式中各量的國際單位：

——Wb（韋伯），

B——T（特斯拉），S——m2（平方米）2）標(biāo)量性：磁通是一個標(biāo)量。3）磁通密度：由磁通的定義式可知，B

=，即B可看作單位面積的磁通，因此磁感應(yīng)強(qiáng)度通常也稱為磁通密度。電工技術(shù)基礎(chǔ)與技能西安電子科技大學(xué)出版社5.1.3磁場的主要物理量（2）磁通5.1電流的磁效應(yīng)【例題】在0.5T的勻強(qiáng)磁場中，放入20cm2的線框，分別求出當(dāng)線框平面與磁場方向垂直和平行時穿過線框的磁通。解：當(dāng)線框平面與磁場方向垂直時，磁通Φ

=B

S=0.5×20×10－4Wb=1×10－3Wb當(dāng)線框平面與磁場方向平行時，磁場沒有穿過線框平面，因而磁通為零。電工技術(shù)基礎(chǔ)與技能西安電子科技大學(xué)出版社5.1.3磁場的主要物理量5.1電流的磁效應(yīng)（3）磁導(dǎo)率1）物理意義：描述不同媒介質(zhì)的導(dǎo)磁性能，磁導(dǎo)率越大代表導(dǎo)磁能力越強(qiáng)。2）大?。赫婵罩械拇艑?dǎo)率μ0

：μ0

=4

10-7

H/m相對磁導(dǎo)率μr：其他媒介質(zhì)的磁導(dǎo)率與真空中磁導(dǎo)率的比值稱為相對磁導(dǎo)率（無單位）μr=3）根據(jù)相對磁導(dǎo)率對物質(zhì)進(jìn)行分類：μr＜1?反磁性物質(zhì)；μr＞1?順磁性物質(zhì)；μr?1?鐵磁性物質(zhì)。前面兩種為非鐵磁性物質(zhì)

μr

1，鐵磁性物質(zhì)

μ不是常數(shù)。電工技術(shù)基礎(chǔ)與技能西安電子科技大學(xué)出版社5.1.3磁場的主要物理量（3）磁導(dǎo)率5.1電流的磁效應(yīng)材料相對磁導(dǎo)率材料相對磁導(dǎo)率汞0.999971鋁1.000022銀0.999974鉑1.00026鉛0.999982鈷174真空1鎳1120空氣1.00000004已經(jīng)退火的鐵7000鈉1.0000072鎳鐵合金60000不同材料的相對磁導(dǎo)率電工技術(shù)基礎(chǔ)與技能西安電子科技大學(xué)出版社5.1.3磁場的主要物理量5.1電流的磁效應(yīng)（4）磁場強(qiáng)度1）定義：磁場強(qiáng)度等于磁場中某點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度B與媒介質(zhì)磁導(dǎo)率

μ的比值公式：H=單位：H——A/m（安/米），B——T（特斯拉）μ——

H/m（亨/米）2）H的矢量性：磁場強(qiáng)度是一個矢量，它的方向即為該點(diǎn)的磁場方向。3）物理意義：描述磁場的強(qiáng)弱和方向。

4）與磁感應(yīng)強(qiáng)度的區(qū)別：磁感應(yīng)強(qiáng)度與媒介質(zhì)有關(guān)，而磁場強(qiáng)度與媒介質(zhì)無關(guān)。

電工技術(shù)基礎(chǔ)與技能西安電子科技大學(xué)出版社5.1.4磁場對通電導(dǎo)線的作用力（1）磁場力的大小1）直線電流與磁場方向垂直時：根據(jù)公式B

=可知磁場力的大小為F

=

B

I

l。該公式成立的條件：

一是電流置于勻強(qiáng)磁場中，二是該電流垂直于磁場。

2）直線電流與磁場平行時：

不受磁場力，即F=0。5.1電流的磁效應(yīng)電工技術(shù)基礎(chǔ)與技能西安電子科技大學(xué)出版社5.1.4磁場對通電導(dǎo)線的作用力（1）磁場力的大小3）直線電流與磁場間有一個夾角θ時：如圖所示，可運(yùn)用平行四邊形法則將磁感應(yīng)強(qiáng)度B分解為平行于磁場和垂直于磁場兩個方向，B1=Bcos

，B2

=Bsin

。B1對通電導(dǎo)線沒有作用力，因而通電導(dǎo)線的受力由B2決定，即F

=

B2Il=B

Il

sin

當(dāng)

B、

I、l均確定時，磁場力的大小隨電流與磁場的夾角

變化。當(dāng)

=時，sin

=1，此時磁場力最大，F(xiàn)

=BIl；當(dāng)

=

0時，sin

=0，此時磁場力最小，F(xiàn)

=0；當(dāng)

介于二者之間時，磁場力隨

增大而增大。5.1電流的磁效應(yīng)電工技術(shù)基礎(chǔ)與技能西安電子科技大學(xué)出版社5.1.4磁場對通電導(dǎo)線的作用力（2）磁場力的方向1）電流方向與磁場方向垂直：可直接用左手定則來判定磁場力的方向。如圖所示，伸出左手，使大拇指跟其余四個手指垂直，并且都跟手掌在一個平面內(nèi)，讓磁感線垂直進(jìn)入手心，并使四指指向電流方向，這時手掌所在的平面與磁感線和導(dǎo)線所在的平面垂直，大拇指所指的方向就是通電導(dǎo)線在磁場中受力的方向。

2）電流方向與磁場方向不垂直：先用平行四邊形的分解方法將磁感應(yīng)強(qiáng)度分解為與電流平行和與電流垂直兩個方向，針對與電流垂直的分量運(yùn)用左手定則來判定磁場力的方向。5.1電流的磁效應(yīng)電工技術(shù)基礎(chǔ)與技能西安電子科技大學(xué)出版社5.1.4磁場對通電導(dǎo)線的作用力（3）磁電式電流表如圖所示，電流表內(nèi)部的矩形線圈abcd置于勻強(qiáng)磁場內(nèi)，一旦通電，線圈相對的兩條邊ab和cd將受到一對磁場力而使線圈發(fā)生偏轉(zhuǎn)，從而帶動指針偏轉(zhuǎn)。5.1電流的磁效應(yīng)電工技術(shù)基礎(chǔ)與技能西安電子科技大學(xué)出版社5.1.5鐵磁性物質(zhì)的磁化曲線（1）磁化：使原來不具有磁性的物質(zhì)獲得磁性的過程稱為磁化。（2）發(fā)生磁化的條件：只有鐵磁性物質(zhì)才能被磁化。（3）發(fā)生磁化的原因：鐵磁性物質(zhì)內(nèi)部可分為許多小的區(qū)域，每一個小區(qū)域就叫做一個磁疇，每一個磁疇就如同一個小磁鐵，有自己的磁場。一般情況下，各個磁疇的方向不同，磁場相互抵消，所以整個材料對外就不顯磁性。當(dāng)各個磁疇的方向趨于一致時，整塊材料對外就顯示出磁性。磁化就是要讓磁性材料中磁疇的方向變得一致。當(dāng)對外不顯磁性的材料被放進(jìn)另一個強(qiáng)磁場中時，就會被磁化。5.1電流的磁效應(yīng)電工技術(shù)基礎(chǔ)與技能西安電子科技大學(xué)出版社5.1.5鐵磁性物質(zhì)的磁化曲線（4）永久磁鐵：有些鐵磁性物質(zhì)在磁場中被磁化后，即便去掉外磁場，磁疇也基本保持取向一致，對外仍顯示出磁性，這就成了永久磁鐵。（5）磁化曲線：用圖形來表示某種鐵磁材料在磁化過程中磁感強(qiáng)度B與磁場強(qiáng)度H之間關(guān)系的一種曲線，叫做磁化曲線，又叫B-H曲線，如圖所示。5.1電流的磁效應(yīng)曲線表明，

μ不是一個常數(shù)。當(dāng)H逐漸增大時，B也增加，但上升段緩慢(oa段)；當(dāng)H繼續(xù)增大時，B急驟增加，幾乎成直線上升(ab段)；當(dāng)H進(jìn)一步增大時，B的增加又變得緩慢；達(dá)到c點(diǎn)以后，H值即使再增加，B卻幾乎不再增加，即達(dá)到了飽和。在磁化曲線中，已知H的值就可查出對應(yīng)的B的值，因此在計算介質(zhì)中的磁場問題時，磁化曲線是一個很重要的依據(jù)。不同的鐵磁材料有著不同的磁化曲線，其B的飽和值也不相同。電工技術(shù)基礎(chǔ)與技能西安電子科技大學(xué)出版社5.1.5鐵磁性物質(zhì)的磁化曲線不同的鐵磁材料有著不同的磁化曲線，其B的飽和值也不相同，如圖所示，相同的磁場強(qiáng)度下，硅鋼片的磁感應(yīng)強(qiáng)度大于鑄鋼和鑄鐵，即硅鋼片的導(dǎo)磁性能較好。5.1電流的磁效應(yīng)電工技術(shù)基礎(chǔ)與技能西安電子科技大學(xué)出版社5.1.6磁滯回線（1）剩磁：如圖所示，實驗表明，當(dāng)B隨H沿起始磁化曲線OM達(dá)到飽和值以后，逐漸減小H的數(shù)值，B并不是沿起始磁化曲線減小，而是沿另一條曲線MR下降。當(dāng)H減至零時，B的值并不等于零而是到達(dá)R點(diǎn)，說明鐵磁材料中依然保留有一定的磁性，稱為剩磁，用Br表示。5.1電流的磁效應(yīng)（2）矯頑磁力：若要消除剩磁，必須外加反方向的磁場，隨著反向磁場逐漸增強(qiáng)，鐵磁性物質(zhì)逐漸退磁，當(dāng)反向磁場增大到Hc時，B減小為零，剩磁完全消失，圖中RC段稱為退磁曲線，Hc稱為矯頑磁力。電工技術(shù)基礎(chǔ)與技能西安電子科技大學(xué)出版社5.1.6磁滯回線（3）磁滯回線：當(dāng)反向磁場繼續(xù)增大，B將隨之由零開始反向增大直至飽和，若反向磁場減小，則B-H曲線將沿M’R’變化，即H減為零，B不為零，此時再加正向磁場來消除剩磁，曲線沿R’C’變化，繼續(xù)增加正向磁場，曲線將沿C’M變化。如此循環(huán)，得到一個封閉的對稱于原點(diǎn)的閉合曲線，稱為磁滯回線。（4）磁滯現(xiàn)象：在整個變化過程中，B的變化總是落后于H的變化，這種現(xiàn)象稱為磁滯現(xiàn)象。5.1電流的磁效應(yīng)電工技術(shù)基礎(chǔ)與技能西安電子科技大學(xué)出版社5.1.6磁滯回線當(dāng)交變磁場強(qiáng)度H的幅值發(fā)生變化，就可相應(yīng)得到大小不同的磁滯回線，如圖所示。將各條磁滯回線的頂點(diǎn)相連，得到的一條曲線就稱之為基本磁化曲線。由于大多數(shù)鐵磁性物質(zhì)是工作在交變磁場中的，基本磁化曲線能較好地反映鐵磁材料的基本性能，因此非常重要。5.1電流的磁效應(yīng)電工技術(shù)基礎(chǔ)與技能西安電子科技大學(xué)出版社5.1.7鐵磁性物質(zhì)的分類（1）磁滯損耗：鐵磁性物質(zhì)內(nèi)部的磁疇在反復(fù)交變磁化的過程中要來回翻轉(zhuǎn)，因此會損耗一些能量，這種損耗稱為磁滯損耗。（2）磁滯回線包圍的面積越大，磁滯損耗就會越大。（3）鐵磁性物質(zhì)的分類：根據(jù)磁滯回線的不同形狀，一般將鐵磁性材料分為硬磁材料、軟磁材料和矩磁材料。5.1電流的磁效應(yīng)電工技術(shù)基礎(chǔ)與技能西安電子科技大學(xué)出版社5.1.7鐵磁性物質(zhì)的分類5.1電流的磁效應(yīng)鐵磁性物質(zhì)分類磁滯回線特征典型材料主要用途硬磁材料寬而平，包圍面積較大需要較強(qiáng)的外磁場才能使其磁化，而且不易退磁，剩磁較強(qiáng)，所需矯頑磁力較大鎢鋼、鉻鋼、鈷鋼等永久磁鐵軟磁材料窄而陡，包圍面積小剩磁和矯頑磁力都較小，較易被磁化也易去磁硅鋼、坡莫合金等制作電動機(jī)、變壓器和高精度交流儀表的鐵心矩磁材料呈矩形在很弱的外磁場作用下就能被磁化，并達(dá)到磁飽和，當(dāng)撤掉外磁場后，磁性仍然保持與磁飽和狀態(tài)相同錳鎂鐵氧體及鋰錳鐵氧體等制造計算機(jī)中存儲元件的環(huán)形磁心電工技術(shù)基礎(chǔ)與技能西安電子科技大學(xué)出版社5.1.7鐵磁性物質(zhì)的分類按磁滯回線形狀不同，分為以下幾類：5.1電流的磁效應(yīng)硬磁材料軟磁材料矩磁材料電工技術(shù)基礎(chǔ)與技能西安電子科技大學(xué)出版社5.2.1磁路5.2磁路的基本概念（1）主磁通：當(dāng)線圈中通以電流后，大部分磁感線沿鐵心、銜鐵和工作氣隙構(gòu)成回路，這部分磁通稱為主磁通。（2）漏磁通：有一小部分磁通沒有經(jīng)過工作氣隙和銜鐵，而是經(jīng)過空氣自成回路，這部分磁通稱為漏磁通。（3）磁路：磁通經(jīng)過的閉合路徑稱為磁路。（4）分類：無分支磁路和有分支磁路。有分支磁路如右圖所示。電工技術(shù)基礎(chǔ)與技能西安電子科技大學(xué)出版社5.2.2磁路中的物理量5.2磁路的基本概念（1）磁動勢：通過線圈的電流與線圈匝數(shù)的乘積稱為磁動勢，用符號Em表示，單位為A（安）。如果用N表示線圈的匝數(shù)，I表示通過線圈的電流，則磁動勢為Em=NI（2）磁阻：表示磁通通過磁路時所受到的阻礙作用，用符號Rm表示。磁路中的磁阻大小與磁路的長度l成正比，與磁路的橫截面積A成反比，并與組成磁路的材料的性質(zhì)有關(guān)，寫成公式為

式中，當(dāng)l、μ、A都帶國際單位計算時，磁阻Rm的單位為1/H。電工技術(shù)基礎(chǔ)與技能西安電子科技大學(xué)出版社5.2.2磁路中的物理量5.2磁路的基本概念磁路中的某些物理量與電路中的某些物理量有對應(yīng)關(guān)系，同時磁路中某些物理量之間與電路中某些物理量之間也有相似的關(guān)系，下表列出了磁路與電路對應(yīng)的物理量及其關(guān)系式。電工技術(shù)基礎(chǔ)與技能西安電子科技大學(xué)出版社1.變壓器的拆解任務(wù)實施：小型簡易變壓