《电工技术基础与技能》第五章磁场和磁路_PPT课件.

条形磁铁的磁感线
电工技术基础与技能
二、电流的磁效应
1820年，丹麦的奥斯特在静止的磁针上方拉一根与 磁针平行的导线，给导线通电时，磁针立刻偏转一个角 度。 实验说明： 通电导体周 围存在磁场
奥斯特实验
电流的磁效应：通电导体的周围存在着磁场。
电工技术基础与技能
二、电流的磁效应
通电导体周围的磁场方向，即磁场方向与电流的关系 可以用右手螺旋定则来判断。
2.电感器参数
电感器有两个重要参数，一个是电感，另一个是额定电流。
●电感
电感一般标注在电感器的外壳上，通常采用直标法或色标 法，单位为微亨（H）。
●额定电流
额定电流是指电感器在正常工作时所允许通过的最大电流， 常以字母A、B、C、D、E来代表，标称电流分别为50、150、 300、700、1600毫安。使用中，电感器的实际工作电流必须小 于额定电流，否则电感线圈将会严重发热甚至烧毁。
1. 通电直导体的磁场方向
判断方法：右手握住导线 并把拇指伸开，用拇指指向 电流方向，那么四指环绕的 方向就是磁场方向。
通电直导体的磁场方向
电工技术基础与技能
二、电流的磁效应
通电导体周围的磁场方向，即磁场方向与电流的关系 可以用右手螺旋定则来判断。
2. 通电螺线管的磁场方向
判断方法：右手握住螺线管，
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六、铁磁材料
不同的铁磁材料具有不同的磁滞回线，剩磁和矫顽 磁力也不相同。因此，它们的用途不同，一般将磁性 材料分为三类——硬磁材料、软磁材料和矩磁材料。
三种铁磁材料的磁滞回线
电工技术基础与技能
【课堂小结】 1．磁化现象，识读磁化曲线、磁滞回线、基 本磁化曲线。 2．磁滞损耗产生的原因及降低损耗的方法。 3．常用磁性材料。 【课后作业】 “学习辅导与练习”同步训练中的5.3

磁场强度是计算磁场所用的物理量，其大小为磁 感应强度和导磁率之比。
H B
H的单位：安／米
的单位：亨／米
矢量
安培环路定律（全电流定律）：
磁场中任何闭合回路磁场强度的线积分,等于通 过这个闭合路径内电流的代数和.即
HdlI
I2 I1
电流方向和磁场强度的方向
符合右手定则，电流取正；
否则取负。
I3
H
在无分支的均匀磁路（磁 路的材料和截面积相同，各 处的磁场强度相等）中，如 环形线圈，安培环路定律可 写成：
x Hx
I
•一般材料的磁导率 和真空磁导率 0 的比值，称为 该物质的相对磁导率 r
r
0
或
r
H B 0H B0
r 1非磁性材料
r 1磁性材料
返回
5.1.2 磁性材料的磁性能
磁性材料的磁性能
高导磁性、磁饱和性、磁滞性、非线性
一、高导磁性
指磁性材料的磁导率很高， r>>1，使其具有 被强烈磁化的特性。
H1＝500A／m H1 l1＝195A
空气隙中的磁场强度为 H0＝B0／ 0＝0.9／（4 10－7）＝7.2105A/m
H0＝7.2 105 0.2 10-2＝1440A 总磁通势为 NI＝（H l）＝H1 l1＋H0
＝195＋1440＝1635 线圈匝数为 N＝NI／I＝1635
结论
若要得到相等的磁感应强度，采用磁导率高的铁 心材料，可使线圈的用铜量大为降低。
目录
• 5.1 磁路的基本概念 • 5.2 变压器 • 5.3 电动机 • 5.4 继电接触控制系统
5.1.1 磁场的基本物理量
磁场的特性可用磁感应强度、磁通、磁场强度、磁 磁导率等几个物理量表示。

端子，同名端又称同极性端。常用“ ”或 “ ” 进行标明，那么应该怎样来判断线圈的同名 端呢？
• 任找一组绕组线圈接上1 .5 ～3 V电池，然后将其余各绕组线圈抽头分别接在直流毫伏表或 直流毫安表的正负接线柱上。接通电源的瞬间，表的指针会很快摆动一下，如果指针向正 方向偏转，则接电池正极的线头与接电表正极接线柱的端为同名端，如果指针反向偏转， 则接电池正极的端与接电表负接线柱的端为同名端。
图5-2 磁路
5 . 1 磁路及基本物理量
5 .1 .2 磁路的基本物理量 1. 磁感应强度 磁感应强度 是表示空间某点磁场强弱和方向的物理量，其大小可用通过垂直于磁场方向 的单位面积内磁力线数目来表示。由电流产生的磁场方向可用右手螺旋法则确定，国际单位 为特斯拉，简称特，符号 。
2. 磁通
磁感应强度B与垂直于磁力线方向的面积S的乘积称为穿过该面的磁通 ，即
图5-10 变压器的外特性
当铁芯线圈中通有大小和方向变 化的电流时，铁芯就产生交变磁化，磁感应强度B随磁场 强度H变化的关系如下图所示。
图5-3 磁滞回线
5 .2 交流铁芯线圈
铁芯线圈可以通入直流电来励磁（如电磁铁），产生的磁通是恒定的，在线圈和铁芯中不会 感应出电动势来，在一定的电压下，线圈中的电流和线圈的电阻有关。
铁芯线圈通入交流电来励磁（变压器、交流电动机及各种交流电器的线圈都是由交流电
励磁的）。如图是交流铁芯线圈电路，线圈的匝数为 ，线圈的电阻为R，当在线圈两端加
上交流电压时，磁动势产生的磁通绝大部分通过铁芯而闭合，此外还有很少的一部分磁通经 过空气或其他非导磁介质而闭合，这部分磁通称为漏磁通 。
设电压、电流和磁通及感应电动势的参考方向如图中所示。由基尔霍夫电压定律有
5 .2 交流铁芯线圈

3.一根水平放置的通电直导线中的电流，由左向右流动。
4.试用安培定则判断如图5-10所示通电螺线管产生的磁场方向。
5.在图5-11中标出导线中的电流方向和电磁铁的南、北极。
2.通电螺线管磁场
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5Z10.TIF
2.通电螺线管磁场
图
5-10
图
5-11
任务2 认识磁场的基本物理量
1.磁感应强度
次，螺钉旋具即被退磁，再用它看是否还能吸起ϕ3mm铁质螺钉。
3.磁导率
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1.判断题(正确画“
”，错误画“×”)
(1)电动机和变压器的铁心中的B为0.4～0.7T。
(2)把1m长的导线，置于磁场中。
(3)所谓1Wb就是指在1m2截面积中匀强磁场的磁感应强度为1T，且
磁感应强度方向与截面积垂直，那么该截面积的磁通量就是1Wb。
2.电源采用1.5V的400匝铁心电磁铁，制作方法参见图5-8所示。
3.电源采用1.5V的200匝铜心电磁铁。
4.电源采用1.5V的400匝铜心电磁铁。
5.电源采用9V的200匝铁心电磁铁，如图5-9所示。
6.电源采用9V的400匝铁心电磁铁，制作方法参见图5-9所示。
7.电源采用9V的200匝铜芯电磁铁，制作方法参见图5-9所示。
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2.电磁力的方向
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2.电磁力的方向
图5-16 磁场对通电直导体的作用
图5-17 通电直导体的电磁力方向判定
二、磁场对通电线圈的作用
图5-18 通电线圈在磁场中
二、磁场对通电线圈的作用
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二、磁场对通电线圈的作用

二、同名端
1. 互感线圈的同名端
互感线圈由于电流变化所产生的自感电动势极性与互感电动势的极性始终 保持一致的端点叫同名端，反之叫异名端。
2. 同名端的判定方法
（1）根据线圈绕向判定。
（2）用实验法判定。
三、变压器
变压器是由一个矩形铁心和两个互相绝缘的线圈所组成的装置，它 是利用互感原理工作的。
* 第3节 铁磁性材料
一、铁磁性材料的磁化 二、磁化曲线 三、磁滞回线 四、铁磁性材料的分类 五、充磁与消磁
一、铁磁性材料的磁化
像铁钉这种本来不具备磁性的物质，在外磁场作用下 产生磁性的现象称为磁化。
二、磁化曲线
磁化曲线用来描述铁磁性材料的磁化特性。铁磁性材 料的磁感应强度B 随磁场强度H 变化的曲线，称为磁化曲 线，也叫B—H 曲线。
一、磁路简介
1．磁路
磁通集中经过的闭合路径叫磁路。
2．主磁通和漏磁通
当线圈中通以电流后，大部分磁感线沿铁心、衔铁和工作气隙构 成回路，这部分磁通称为主磁通；经空气自成回路，这部分磁通称为 漏磁通。
二、磁路的基本物理量
1．磁通势
通过线圈的电流I 与线圈匝数N 的乘积，称为磁通势，也叫磁动势， 用符号Fm 表示，单位是安培（A）。
2. 软磁性材料
软磁性材料是剩磁和矫顽磁力都很小的铁磁材料。
3. 矩磁性材料
矩磁性材料的磁滞回线的形状如矩形。
五、充磁与消磁
1. 充磁
充磁就是将铁磁性材料磁化的过程。
（1）恒流充磁机 （2）脉冲充磁机
2. 消磁
消磁就是将铁磁性材料去磁的过程。
* 第4节 磁路
一、磁路简介 二、磁路的基本物理量 三、磁路欧姆定律
三、磁滞回线

生磁场。电和磁是两个互相联系、互相依存、不可分 割的基本现象。因此，我们将电和磁统称为电磁现象。 • 电磁现象包括电流的磁场（电变磁）和电磁感应（磁 变电），本章先来学习电流的磁场及其应用。
• 1.2 电磁场
• 1.2.1 磁场和磁力线
• 1．磁体和磁极
• 磁体：我们把物体吸引铁、钴、镍等物质的性质称为磁性。 具有磁性的物体称为磁体。
• 若磁场中各点的磁感应强度的大小相等、方向相同，则称为 匀强磁场。
• 【例】
• 已知一处于均匀磁场中、并与磁场方向垂直的载流导体，导 体的有效长度为0.1m，通入的电流为5A，导体所受的电磁力 为0.1N，求电磁感应强度B。
• 解： 根据电磁感应强度B的定义式，有
B F 0.1 0.2
•
Il 5 0.1
• 1.2.2 电流的磁场
• 引言：通电导线产生了磁场，并且电流和磁场同生同灭。
• 1．通电直导线周围的磁场 安培右手螺旋定则：用右手握住通电直导线，让拇指指向电 流方向，四指弯曲，那么四指所指的方向就是磁场的绕行方 向。
• 2．通电螺线管的磁场
• 3．磁场的能量
• 磁场除了具有大小和方向，还有能量。磁场的建立过程是 磁场的储能过程；磁场的消失过程是磁场能量的释放过程。 因为磁场具有能量，磁场之间才会有力的作用。关于磁场 的能量下一章还要分析。
• 2.磁场
• 把一个磁体放在另一个磁体附近，两个磁体的磁极之间会产 生相互作用力：同性磁极之间互相排斥，异性磁极之间互相 吸引。我们称传递磁场力的空间为磁场。
• 互不接触的磁体之间具有的相互作用力，就是通过它周围的 磁场来传递的。
• 磁场是由磁体产生的，有磁体才有磁场。
• 3.磁场的方向和磁力线

5.1.3 磁路及其基本定律
一个没有铁芯的载流线圈所产生的磁通是分布在整个空 间的，而当此线圈绕在闭合铁芯上时，由于铁芯的磁导率远 比周围空气或其他非磁性材料的磁导率大，因此，绝大多数 磁通将集中于铁芯内部，并构成回路。这部分磁通称为主磁 通。另外一小部分磁通经过铁芯外的非磁性材料而形成回路， 这部分磁通称为漏磁通。 我们把这种人为造成的主磁通的闭合路径称为磁路。如 下图所示为几种铁芯构成的磁路。
上式中，Em＝2πfNΦm，为主磁通电动势e的最大值。e 的有效值为： Em 2πfN m E 4.44 fN m 2 2 通常，由于线圈的电阻R和漏磁通Φσ都较小，其电压降 也较小，与主磁通电动势相比可忽略不计，于是
U E

U E 4.44 fNm 4.44 fNBm S
5.2.3 功率损耗
交流铁芯线圈的功率损耗主要有铜损和铁损两种。其中， 铜损是指线圈电阻R上的功率损耗RI2，用ΔPCu表示；铁损是 指处于交变磁化下铁芯内的功率损耗，用ΔPFe表示，它包括 磁滞损耗ΔPh和涡流损耗ΔPe。因此，交流铁芯线圈的功率损 耗为：
ΔP ΔP Cu ΔP Fe ΔP Cu ΔP h ΔP e
5.3 变压器
5.3.1 变压器的分类
1．按用途分
按用途不同，变压器可分为电力变压器和特殊变压器两 类。其中，电力变压器是应用于电力系统中进行变配电的变 压器，常用的有升压变压器、降压变压器、配电变压器等； 特殊变压器是针对特殊需要而制造的变压器，如整流变压器、 工频试验变压器、矿用变压器、冲击变压器、电焊变压器及 电压互感器等。
2．交变磁化时的铁芯损耗
（1）磁滞损耗
铁磁性材料在交变磁化过程中由磁滞现象所引起的能量 损耗称为磁滞损耗。它是由于铁磁性材料内部的小磁畴在交 变磁化过程中反复转向，相互摩擦引起铁芯发热所造成的。 可以证明，交变磁化一周，在单位体积铁芯内所产生的 磁滞损耗与磁滞回线所包围的面积成正比。因此，为减小磁 滞损耗，应选用磁滞回线较窄的软磁材料制造铁芯。

5. 三相负载及其联接 三相负载也有星形和三角形两种联接方式。
四、掌握重点
第一节 电磁学槪论
25
(1) 线电压、线电流、相电压、相电流概念
(2) Y连接时，线电流与相电流相等，线电压
是相电压的 3 倍。 (3) 形连接时，线电流是相电流的 3 倍， 线
电压与相电压相等。
四、掌握重点
第一节 电磁学槪论
对称三相电源及其联接形式 三相负载及其联接形式 三相交流电路的功率计算 半导体的特性 半导体二极管、三极管
二、了解内容
第一节 电磁学槪论
4
（一）介质极化现象 在外电场作用下，电介质显示电性的现象。
（二）物质磁化现象 在外磁场作用下，物质对外显现磁性的现象。
（三）磁路定律 无分支闭合磁路的欧姆定律， Rm= Em 。
3（9 一）电力负荷的基本概念 1.设备安装容量 设备安装容量PN（亦称设备功率）是指连续
工作的用电设备铭牌上的标称功率PE。 2.负荷与负荷曲线 电力负荷是指单台用电设备或一组用电设备
从电源取用的电功率，包括有功功率、无功功率 和视在功率。
所谓负荷曲线就是指在某一段时间内用电设 备有功、无功负荷随时间变化的图形。
第二节 电力基础知识
42
5.年最大负荷利用小时数
年最大负荷利用小时数Tmax是这样一个假想
时间：电力负荷按照最大负荷Pmax持续运行
Tmax时间所消耗的电能恰好等于该电力负荷全
年实际消耗的电能Wa，因此年最大负荷利用小
时数为：
T max
Wa Pmax
四、掌握重点
第二节 电力基础知识
43
（二）供电质量的具体指标 供电质量包括电能质量和供电可靠性两部分。
四、掌握重点

i uR uδ
∴uδ一般没有考虑。 又 ∵ uR＜＜u'
R
Xδ
R0
u
u= -e
X0
∴ uR也忽略
则： uuNd
dt
设：u(t)＝Umcosωt
(t)

1 N
u (t )dt
U m sin t N
设计电机和变压器的重要公式
(t)Um sint N
i uR uδ
R
Xδ
SL
他与电流之间的方向关系可用右螺旋定则来确定。 如果磁场内各点的磁感应强度的大小相等，方向相同，这 样的磁场则称为均匀磁场。
磁场强度H
作用在磁路单位平均长度上的磁动势。
HF l
(A/m)
相对磁导率
任何一种物质的磁导率μ和真空的磁导率μ0的比值
r

0
μ0＝4π×10－7 ( H / m ) 真空磁导率
描述激磁电流与磁场之间的关系。
Hdl IN
磁路欧姆定律
与电路的欧姆定律在形式上相似。
F NI
Rm
Rm
Rm

l
S
磁路基尔霍夫定律
在磁路中，磁势等于各段上磁压之和。 HL＝NI
例：一闭合均匀铁心磁路，线圈匝数N＝300匝，磁路平均长度
L＝0.45m，要求在铁心中产生0.9T的磁感应强度B。试求：①当 磁路用铸铁材料时，线圈中励磁电流I；②当用硅钢片时，线圈 中励磁电流I。
在不同材料的磁路中要得到同样大小的磁感应强 度，所需的励电流大小不同，而且相差很大。
可见采用高导磁材料做铁心，材料用量下降，设备体积相应 减少。
§5-4 交流磁路
讨论目的：
用一个不含铁心等效电路来置换铁心线圈和铁心中

磁性物质具有高导磁性，μ＞＞μ0 两者相差数万倍 ※ 铸钢： μ≈1000μ0 ※ 硅钢片： μ≈(6000 ~ 7000)μ0
(１)高导磁性
磁性物质的高导磁性被广泛应用于变压器，电机等设 备。他们的磁场大多是通过线圈（绕在磁性材料铁心上） 的电流来产生的。 采用铁心后，在同样电流下，铁心中的磁通将大大增 强，而且使磁通绝大部分集中在铁心中。
铜损：线圈电阻 消耗的功率损耗。 使线圈发热
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铁损包括两部分：
1）磁滞损耗Ph ：由磁滞现象引 起的损耗。 磁性物质磁化一周消耗的能量与 磁滞回线的面积成正比。 2） 涡流损耗Pe ：涡流在铁心 中产生的损耗。 在交变磁场中铁心平面内产生 涡流状的感应电流。
B
H
Φ
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B ※ 减小铁损耗的方法：
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铁心
+
i1
N1
Φ
u2
N2
单相变压器
i2
+
Z
u1
–
–
一次 绕组
绕组 变压器 铁心
二次 绕组
一次绕组 二次绕组 由高导磁硅钢片叠成 厚0.35mm 或 0.5mm
变压器的电路 变压器的磁路
5.4 变压器的工作原理
+
i1
N1
Φ
N2
单相变压器
dΦ e1 N 1 dt
e2 N 2
IN Φ Rm
（ Φ 随Rm变化）
交流磁路
U Φm 4.44 fN
（ U不变ห้องสมุดไป่ตู้， Φm 基本不变）
IN ΦRm
( I 随 Rm 变化）
(2) 功率:
视在功率: 无功功率: 有功功率: