第六章 磁路与变压器

[4．]铁磁性物质被磁化的性能，被广泛地应用于电子和电气设备中， 如变压器、继电器、电机等。 二、磁化曲线 [1．]磁化曲线的定义 投影下图 磁化曲线是用来描述铁磁性物质的磁化特性的。 铁磁性物质的磁感应强度 B 随磁场强度 H 变化的曲线，称为磁化 曲线，也叫 B—H 曲线。 [2．]磁化曲线的测定 下图(a)是测量磁化曲线装置的示意图，(b)是根据测量值做出的磁 化曲线。 B 不是常数 由图(b)可以看出，B 与 H 的关系是非线性的，即 µ = H
四、互感电动势 [1．] 互感电动势大小： 设两个靠得很近的线圈，当第一个线圈的电流 i1 发生变化时，将 在第二个线圈中产生互感电动势 EM2，根据电磁感应定律，可得 ∆Ψ 21 ∆ ( Mi1 ) ∆i =M 1 EM 2 = EM 2 = ∆t ∆t ∆t 同理，当第二个线圈中电流 i2 发生变化时，在第一个线圈中产生 ∆i 互感电动势 EM1 为 EM 1 = M 2 ∆t 上式说明：线圈中的互感电动势，与互感系数和另一线圈中电流的变 化率的乘积成正比。 [2] 互感电动势的方向：互感电动势的方向，可用楞次定律来判断。 利用上述两图分别分析当电流增大时互感电动势的方向。 [3]互感的应用：互感现象在电工和电子技术中应用非常广泛，如电源 变压器，电流互感器、电压互感器和中周变压器等。 五、互感线圈的同名端： [1]同名端的定义：两个线圈在同一变化磁通的作用下，感应电动 势极性相同的端点，即同时为正或同时为负的一对端点。 结合右图假定电流从线圈 1 的 1 端流入并呈增大趋势. 说明:{1}线圈 2 产生互感电动势,线圈 1 产生自感电动势 复习提问楞次定律内容,并引导学生分析两感应电流的方向.. {2}线圈 2 的 4 端和线圈 1 的 2 端为电动势的”+”端,3 和 1 为”-“端,即端 4 和 2 互为同名端,或 3 和 1 端互为同名端. {3}互为一对同名端子用”.”标记 ,如右图示说明 [2]同名端的判定 (1) 若已知线圈的绕法，根据上述方法，用楞次定律直接判定。 (2) 若不知道线圈的具体绕法，可用实验法来判定。[简介] 结合右图说明判定同名端的方法：当开关 S 闭合时，电流从线圈 的端点 1 流入，且电流随时间在增大。若此时电流表的指针向正刻度 方向偏转，则说明 1 与 3 是同名端，否则 1 与 3 是异名端。 [3]同名端判断的实际意义:三相电源的星形,三角形联接极性要 正确;电子线路中正弦波振荡器中线圈极性. 六、总结： 一个线圈的电流变化，导致另一个线圈产生感应电动势的现象， 称为互感现象;两个线圈的互感系数 M 取决于两个耦合线圈的几何尺 寸、匝数、相对位置和媒介质。结合耦合系数说明互感系数决定于两 线圈的自感系数和耦合系数 M = K L1 L2 能够理解线圈中的互感电动势，与互感系数和另一线圈中电流的 变化率的乘积成正比影响因素及互感电动势方向。 两个线圈在同一变化磁通的作用下，感应电动势极性相同的端点， 即同时为正或同时为负的一对端点称同名端. 作业: 叙述同名端概念及判断方法。 Page 188 No 6.5
复习电路中全电路欧姆定 律 说明本教材中磁通实为磁 链
Em l ，将 Φ = BS 、 m = NI、Rm = E 代 Rm µS
B=µ
IN l
IN l
将上式与 B = µ H 对照，可得 H =
或
IN = Hl
类比电路闭合电路欧姆定 律引入全电流定律 并复习提问：全电路中欧 姆定律及公式形式
即磁路中磁场强度 H 与磁路的平均长度 l 的乘积，在数值上等于激发 磁场的磁动势，这就是全电流定律。 表： 磁路和电路中对应的物理量及其关系式
第六章 磁路与变压器
6.1 教学目的：了解磁动势及磁阻的概念
掌握磁路中全电流定律和磁路中的欧姆定律
磁 路[1]
授课形式 讲授 授课对象
教学重点：
磁路中全电流定律和磁路中的欧姆定律
教学难点：
全电流定律和磁路中的欧姆定律
教
学
内
容
参 考 教 法
由日常生活常见电磁应用 引入电磁学。复习磁场中 相关概念并引题
2
五、学生课堂练习： 5 求在长度为 80CM，截面直径为 4CM 的空心螺旋线圈中产生 5 × 10− WB 的磁通所需的磁动势 解：分析根据： Rm =
l
µS
求出磁阻
Em 求出磁动势 Rm l
利用 Φ = 总结：
通过学习要正确理解磁路及磁阻的概念，会利用 Rm =
µS
判定磁
阻，理解磁动势及磁位差 Um 定义及求法，并能熟悉磁路中欧姆定 律及磁路中全电流定律 作业： Page174 练习与思考：No 4 Page174 练习与思考：No6.1、6.3
永久性磁铁就是利用剩磁 很大的铁磁性物质制成 的。 矫顽磁力的大小反 映了铁磁性物质保存剩磁 的能力
6.2 线圈的互感[1] 教学目的：
理解互感现象、互感电动势的概念 掌握互感系数及同名端的概念 熟悉互感现象的应用 授课形式 讲授 授课对象
教学重点：
互感现象及互感系数及同名端的概念 教学难点：互感电动势、同名端的概念
6.1 磁 教学目的：
了解铁磁性物质的磁化. 熟悉磁化曲线和磁滞回线
路[2]
授课形式 讲授 授课对象
教学重点：
铁磁性物质的磁化及其性能
教学难点：
磁化曲线和磁滞回线
教
学
内
容
及Hale Waihona Puke 备注提问 复习：[1]磁体间相互作用 [2]磁场的基本性质 由磁场基本性质对放入其中磁体具有磁力作用引入：磁路--铁磁 性物质的磁化 新授： 一、铁磁性物质的磁化 [1．]磁化定义：本来不具备磁性的物质，由于受磁场的作用而具有了 磁性的现象称为该物质被磁化。 只有铁磁性物质才能被磁化。 投影 [2．]磁化的原因 (1) 内因：铁磁性物质是由许多被称为磁畴的磁性小区域组成的， 每一个磁畴相当于一个小磁铁。 (2) 外因：有外磁场的作用。 分析磁化：如右图(a)所示，当无外磁场作用时，磁畴排列杂乱无 章，磁性相互抵消，对外不显磁性； 如右图(b)所示，当有外磁场作用时，磁畴将沿着磁场方向作取向 排列，形成附加磁场，使磁场显著加强。 有些铁磁性物质在撤去磁场后，磁畴的一部分或大部分仍然保持 取向一致，对外仍显磁性，即成为永久磁铁。 [3．]不同的铁磁性物质，磁化后的磁性不同。
复习：磁通的定义及求法。 根据磁力线北出南入，磁通也是沿一定路径的引入：磁路 新授 一、磁路 投影 Page169 图 6-1 或演示实验说明磁通是沿一定路径通过的。 [1．]主磁通和漏磁通 进一步结合右图投影所示，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； 还有一部分磁通，没有经过气隙和衔铁，而是经空气自成回路， 这部分磁通称为漏磁通。 [2．]磁路 定义：磁通经过的闭合路径叫磁路。 磁路和电路一样，分为有分支磁路和无分支磁路两种类型。 右上图为无分支磁路，右图为有分支磁路。在无分支磁路中，通 过每一个横截面的磁通都相等。{比较电流} 二、磁路的欧姆定律 [1．]磁动势 分析通电线圈中电流是产生磁场的原因，电流越大，磁场越强， 磁通越多；每一匝线圈的磁通是一定的，匝数越多，链接的磁通（磁 链）越大。通电线圈产生的磁通 Φ 与线圈的匝数 N 和线圈中所通过的 电流 I 的乘积成正比。 磁动势定义： 把通过线圈的电流 I 与线圈匝数 N 的乘积，称为磁动势，也 叫磁通势，即 Em = NI 磁动势 Em 的单位是安培(A)。 [2．]磁阻 磁阻就是磁通通过磁路时所受到的阻碍作用，用 Rm 表示。 磁路中磁阻的大小与磁路的长度 l 成正比，与磁路的横截面积 S 成反比，并与组成磁路的材料性质有关。因此有 l Rm = µS
IN = H 1l1 + H 2 l 2 + L + H n l n
或
IN = ∑ Hl = ∑ U m
四、应用举例： 2 [1]匀强磁场的磁感应强度为 5 × 10− T，媒介质是空气，与磁场方向平 行的线段长 10cm，求这一线段上的磁位差。 解：
投影
[2]一空心环形螺旋线圈，其平均长度为 30cm，横截面积为 10cm ,匝数 3 等于 10 匝，线圈中电流为 10A，求线圈磁阻，磁动势及磁通。 解：
强调非线性 投影图 电机和变压器，通常工作 在曲线的 2 ~ 3 段，即接 近饱和的地方。
[4．]磁化曲线的意义 在磁化曲线中，已知 H 值就可查出对应的 B 值。因此，在计算介 质中的磁场问题时，磁化曲线是一个很重要的依据。 比较几种不同铁磁性物质的磁化曲线，说明材料导磁性能的好坏。 三、磁滞回线 磁化曲线只反映了铁磁性物质在外磁场由零逐渐增强的磁化过 程，而很多实际应用中，铁磁性物质是工作在交变磁场中的。所以， 必须研究铁磁性物质反复交变磁化的问题。 [1.] 磁滞回线的测定 强调饱和性即 B 不随 H 变 右图为通过上实验测定的某种铁磁性物质的磁滞回线。 化 注意说明： （1）退磁与磁化是沿不同线进行的。 （2）退磁过程中剩磁 B r、矫顽磁力 H。C （3）铁磁材料可反向磁化，特性同正向。 (4) 磁滞现象：B 的变化总是落后于 H 的变化，称为磁滞现 象。经过循环，得到封闭的对称于原点的闭合曲线(abcdefa)，称为磁 滞回线。(5) 改变交变磁场强度 H 的幅值，可相应得到一系列大小不 一的磁滞回线，如右下图所示。 [2.]基本磁化特性连接各条对称的磁滞回线的顶点，得到一条磁化曲 线，叫基本磁化曲线。右图中实线部分。 [3．]磁滞损耗 铁磁性物质在交变磁化时，磁畴要来回翻转，在这个过程中，产 生了能量损耗，称为磁滞损耗。 简介磁滞损耗与回线面积关系。 结论：剩磁和矫顽磁力越大的铁磁性物质，磁滞损耗就越大。 四、铁磁物质的分类与应用：学生自学、讨论。 练习思考：铁磁物质分为哪三类？各有什么作用？ 四、总结：铁磁物质的磁化是磁畴在外磁场作用下由不规则到规则排 列，磁化过程中 B 随 H 变化可用磁化特性曲线描绘，磁滞回线说明 B 滞后于 H 的变化，且具有对称于原点的闭合曲线牲特征。 作业：结合图 6-4 理解磁化特性曲线上各不同部分的物理过程 [2]能在理解基础上大致画出常见铁磁物质的磁滞回线及基本磁化曲 线