三、磁路与变压器.ppt

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单元三单元三变压器与继电器变压器与继电器任务任务3继电器及汽车喇叭电路中的应用继电器及汽车喇叭电路中的应用任务任务2变压器变压器任务任务1电磁学基本常识电磁学基本常识任务任务1电磁学基本常识电磁学基本常识实际电路中有大量电感元件的线圈中有实际电路中有大量电感元件的线圈中有铁芯铁芯。

线。

线圈圈通电通电后铁芯就构成后铁芯就构成磁路磁路，磁路又影响，磁路又影响电路电路。

因此电。

因此电工技术不仅有电路问题，同时也有磁路问题。

工技术不仅有电路问题，同时也有磁路问题。

电流的磁场电流的磁场直导线电流的磁场直导线电流的磁场线圈线圈电流的磁场电流的磁场右手螺右手螺旋定旋定则则大拇指大拇指方向表示导线方向表示导线电电流流方向方向四指四指回转方向表示回转方向表示磁感磁感线方向线方向四指四指回转方向表示线圈回转方向表示线圈电流电流方向方向大拇指大拇指方向表示线圈内方向表示线圈内部部磁感线方向磁感线方向ii回顾1、磁场的基本物理量、磁场的基本物理量3.1磁性材料磁性材料1）磁感应强度磁感应强度B磁感应强度是表示磁场内磁感应强度是表示磁场内某点某点磁场强弱磁场强弱（磁力线的磁力线的多少多少）和磁场方向和磁场方向（磁力线的方向磁力线的方向）的物理量。

它是的物理量。

它是一个矢量一个矢量。

式中，式中，F电磁力，电磁力，l表示导体的长度表示导体的长度;I通过磁体的电流通过磁体的电流磁感应强度磁感应强度B的单位是的单位是特斯拉特斯拉（T），方向可用方向可用右手螺旋定律右手螺旋定律确定。

确定。

2）磁通）磁通均匀均匀均匀均匀磁场中磁场中磁通磁通磁通磁通等于磁感应强度等于磁感应强度B与垂直于与垂直于磁场方向的面积磁场方向的面积S的乘积，单位是的乘积，单位是韦伯韦伯韦伯韦伯（Wb）。

磁通反映了磁导体某个范围内磁力线的多少。

磁通反映了磁导体某个范围内磁力线的多少。

磁场中穿过某一磁场中穿过某一截面积截面积A的磁感线数。

的磁感线数。

33）磁场强度磁场强度HHH是表征电流的磁场强弱和方向的物理量是表征电流的磁场强弱和方向的物理量。

H是一个矢量，是一个矢量，其方向其方向B与相同。

与相同。

H与与B的区别：

的区别：

（1）HI，与，与介质介质的性质无关。

的性质无关。

（2）B与电流的大小和介质的与电流的大小和介质的性质均有关。

性质均有关。

单位：

安单位：

安/米（米（A/m）。

）。

44）磁导率磁导率是用来表示磁场介质导磁能力的物理量。

是用来表示磁场介质导磁能力的物理量。

BH=（H/m）真空中的磁导率：

真空中的磁导率：

0=4107H/m铁心在铁心在交变磁场交变磁场中中反反复磁化复磁化的过程中，会的过程中，会有有饱和、剩磁、磁滞饱和、剩磁、磁滞现象。

通过实验测定现象。

通过实验测定某种铁磁性物质的磁某种铁磁性物质的磁滞回线如下页。

滞回线如下页。

iuBHO初始磁化曲线初始磁化曲线铁心线圈中通过铁心线圈中通过交变电流交变电流时，时，H的大小和方向都的大小和方向都会改变，会改变，B随随H的的变化而变化的曲变化而变化的曲线称为线称为磁化曲线。

磁化曲线。

磁滞回线中磁滞回线中H为零为零时时B并不为零并不为零的的现象说明铁磁材现象说明铁磁材料具有料具有剩磁性剩磁性剩磁性剩磁性。

BH0cba起始磁化曲线起始磁化曲线起始磁化曲线起始磁化曲线oa段是段是线性段线性段线性段线性段ab段是段是上升段上升段上升段上升段bc段是磁化曲线的段是磁化曲线的膝部膝部膝部膝部C点以后是点以后是饱和段饱和段饱和段饱和段起始磁化起始磁化曲线反映曲线反映了什么？

了什么？

铁磁材料反复磁化一周铁磁材料反复磁化一周所构成的曲线称为所构成的曲线称为磁滞磁滞磁滞磁滞回线回线回线回线。

起始磁化曲线和磁滞回线起始磁化曲线和磁滞回线起始磁化曲线和磁滞回线起始磁化曲线和磁滞回线磁滞回线中磁滞回线中B的变化总的变化总是落后于是落后于H的变化说明的变化说明铁磁材料具有铁磁材料具有磁滞磁滞磁滞磁滞性；性；起始磁化曲线的起始磁化曲线的ab段反映了铁段反映了铁磁材料的磁材料的高导磁性高导磁性高导磁性高导磁性；c点以后点以后说明铁磁材料具有说明铁磁材料具有磁饱和性磁饱和性磁饱和性磁饱和性。

铁铁心心线线圈圈中中通通过过交交变变电电流流时时，H的的大大小小和和方方向向都都会会改改变变，铁铁心心在在交交变变磁磁场场中中反反复复磁磁化化的的过过程程中中，B的的变变化化总总是是滞滞后后于于H的的变变化化，这这种种现现象象称称为为磁磁磁磁滞滞滞滞性性性性；当当H减减为为零时零时B并不为零，说明磁性物质具有并不为零，说明磁性物质具有剩磁性剩磁性。

磁导率可达磁导率可达102104，由铁磁材料组成的磁路磁阻很小，由铁磁材料组成的磁路磁阻很小，在线圈中通入较小的电流即可获得较大的磁通在线圈中通入较小的电流即可获得较大的磁通。

B不会随不会随H的增强而无限增强，的增强而无限增强，H增大到一定值时，增大到一定值时，B不能继续增强不能继续增强。

高导磁性高导磁性磁滞性和剩磁性磁滞性和剩磁性磁饱和性磁饱和性铁磁性材料具有铁磁性材料具有铁磁性材料具有铁磁性材料具有高导磁性、磁饱和性、磁滞性和剩磁性高导磁性、磁饱和性、磁滞性和剩磁性高导磁性、磁饱和性、磁滞性和剩磁性高导磁性、磁饱和性、磁滞性和剩磁性。

具有具有磁导率磁导率极高极高、磁化后只有正、负两个饱和状态特点、磁化后只有正、负两个饱和状态特点的铁磁材料。

矩磁材料适用于制作各类的铁磁材料。

矩磁材料适用于制作各类存储器记忆元件存储器记忆元件的磁芯。

的磁芯。

具有具有磁导率磁导率不太高不太高、但一经磁化、能保留很大的、但一经磁化、能保留很大的剩磁剩磁且且不易去磁不易去磁特点的铁磁材料。

硬磁材料适用于制作特点的铁磁材料。

硬磁材料适用于制作各种人各种人造磁体。

造磁体。

具有具有磁导率很磁导率很高高、易磁化、易去磁、易磁化、易去磁特点的铁磁材料。

软特点的铁磁材料。

软磁材料适用于制作各种磁材料适用于制作各种电机电器的铁芯。

电机电器的铁芯。

（小，小，回线面积小回线面积小）3）铁磁材料的分类和用途铁磁材料的分类和用途铁磁材料根据工程上铁磁材料根据工程上用途用途的不同可分为的不同可分为三大类三大类（11）软磁材料）软磁材料）软磁材料）软磁材料（22）硬磁材料）硬磁材料）硬磁材料）硬磁材料（33）矩磁材料）矩磁材料）矩磁材料）矩磁材料铁磁材料内部往往铁磁材料内部往往有相邻的几百个分子电有相邻的几百个分子电流圈流向一致，因此在流圈流向一致，因此在这些极小的区域内就形这些极小的区域内就形成了一个个天然的磁性成了一个个天然的磁性区域区域磁畴磁畴磁畴磁畴。

铁磁材料内部的铁磁材料内部的磁畴排列磁畴排列杂乱无章杂乱无章杂乱无章杂乱无章，磁性相互抵消磁性相互抵消磁性相互抵消磁性相互抵消，因此，因此对外不显示磁性对外不显示磁性。

铁磁材料之所以具有高导磁铁磁材料之所以具有高导磁性，是因为在它们的内部具有一性，是因为在它们的内部具有一种特殊的物质结构种特殊的物质结构磁畴磁畴磁畴磁畴。

显然，磁畴是由分子电流产生的。

显然，磁畴是由分子电流产生的。

显然，磁畴是由分子电流产生的。

显然，磁畴是由分子电流产生的。

磁畴因受外磁磁畴因受外磁场作用而顺着外磁场作用而顺着外磁场的方向发生归顺场的方向发生归顺性重新排列，在内性重新排列，在内部形成一个部形成一个很强的很强的附加磁场附加磁场附加磁场附加磁场。

（aa）无外磁场情况）无外磁场情况）无外磁场情况）无外磁场情况（bb）有外磁场情况）有外磁场情况）有外磁场情况）有外磁场情况铁磁材料反复磁化时，内部磁畴的极性取向随着外磁铁磁材料反复磁化时，内部磁畴的极性取向随着外磁场的交变来回翻转，在翻转的过程中，由于磁畴间相场的交变来回翻转，在翻转的过程中，由于磁畴间相互摩擦而引起的能量损耗称为互摩擦而引起的能量损耗称为磁滞损耗磁滞损耗磁滞损耗磁滞损耗。

44）磁滞损耗磁滞损耗磁滞损耗磁滞损耗3、电磁铁、电磁铁线圈线圈和和铁芯铁芯构成一个电磁铁构成一个电磁铁。

带有铁芯的通电线圈可增强磁场的作用。

带有铁芯的通电线圈可增强磁场的作用。

电磁铁的常见结构形式电磁铁的常见结构形式励磁励磁线圈线圈铁心铁心衔铁衔铁励磁励磁线圈线圈衔铁衔铁铁心铁心铁心铁心励磁励磁线圈线圈衔铁衔铁衔铁衔铁铁心铁心励磁励磁线圈线圈电磁铁可分为电磁铁可分为线圈、铁芯及衔铁线圈、铁芯及衔铁三部分。

三部分。

当当励磁线圈励磁线圈通入通入电流电流时，便产生时，便产生磁场磁场，铁芯和衔铁都被磁化，铁芯和衔铁都被磁化，衔铁受到电磁力的作用而被吸向铁芯，衔铁的动作可使其他衔铁受到电磁力的作用而被吸向铁芯，衔铁的动作可使其他机械装置发生联动。

当电源断开时，电磁铁的磁性随着消失，机械装置发生联动。

当电源断开时，电磁铁的磁性随着消失，衔铁被释放。

衔铁被释放。

3.2电磁感应及自感、互感电磁感应及自感、互感运动的电荷周围总是存在有电场和磁场。

这运动的电荷周围总是存在有电场和磁场。

这三者三者（运动电荷、电场和磁场运动电荷、电场和磁场）是一件事物的不同是一件事物的不同方向，是统一的一个整体。

现在就要讨论这三者方向，是统一的一个整体。

现在就要讨论这三者另一种相互关联的现象，叫另一种相互关联的现象，叫电磁感应电磁感应。

1）感应电动势的方向感应电动势的方向作切割磁力线运动的导体，作切割磁力线运动的导体，其产生感应电动势的方向可其产生感应电动势的方向可用用右手定则右手定则来确定。

来确定。

1.直导体中的感应电动势直导体中的感应电动势判断感应电动势方向时要把导体判断感应电动势方向时要把导体看成一个电源，在导体内部，感看成一个电源，在导体内部，感应电动势方向由负极指向正极。

应电动势方向由负极指向正极。

感应电流方向与感应电动势方向感应电流方向与感应电动势方向相同。

当直导体相同。

当直导体没有没有形成闭合回形成闭合回路时，导体中只产生感应电动势，路时，导体中只产生感应电动势，不产生不产生感应电流。

感应电流。

平伸右手，拇指与四指垂直，平伸右手，拇指与四指垂直，让磁感线垂直穿过手心，拇指让磁感线垂直穿过手心，拇指指向运动方向，四指所指方向指向运动方向，四指所指方向就是感应电动势的方向就是感应电动势的方向（或是或是感应电流方向感应电流方向）。

注意注意右手定则右手定则实验证明实验证明:

在均匀磁场中，做切在均匀磁场中，做切割磁力线运动的直导体，其感应割磁力线运动的直导体，其感应电动势电动势e的大小的大小2）感应电动势的大小感应电动势的大小B-磁感应强度磁感应强度l-导体的有效长度导体的有效长度v-导体的运动速度导体的运动速度-导体运动方向与磁感导体运动方向与磁感线方向之间的夹角线方向之间的夹角例：

例：

如图所示，受外力作用的直导体如图所示，受外力作用的直导体AB，在匀强磁场中以，在匀强磁场中以v=20m/s的速度做匀速直线运动。

设的速度做匀速直线运动。

设B=1T，导体有效长度，导体有效长度l=0.5m，导体，导体电阻电阻Ro=1，负载电阻，负载电阻R=9。

试求导体。

试求导体AB中的感应电动势中的感应电动势e和电流和电流I。

解解:

用用右手定则右手定则确定的电动势。

的方向为由下指向上确定的电动势。

的方向为由下指向上电流方向与电流方向与e相同，大小为相同，大小为:

I=e/（R0+R）=10/（1+9）=1A其大小为其大小为e=BIvsina=1*0.5*20*1=10V当线圈中的磁通量要增加当线圈中的磁通量要增加时，感应电流产生的磁通时，感应电流产生的磁通方向与原磁通方向方向与原磁通方向相反相反;若线圈中原来的磁通量减若线圈中原来的磁通量减少，则感应电流产生的磁少，则感应电流产生的磁通方向与原来磁通方向通方向与原来磁通方向一一致致。

2.线圈中的感应电动势线圈中的感应电动势1）感应电动势的方向感应电动势的方向线圈中的磁通量发生变化时，线圈就会产生感应电动势。

感线圈中的磁通量发生变化时，线圈就会产生感应电动势。

感应电动势的方向由应电动势的方向由楞次定律和右手螺旋定则楞次定律和右手螺旋定则来判定。

来判定。

楞次定律实验原理图楞次定