三、磁路与变压器教学文案.ppt

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1、三、磁路与变压器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

2、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。3 3）磁场强度磁场强

3、度 H H H 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)H I，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）。）。4 4）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=4 107 H/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、

4、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。iuB HO 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

5、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

6、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

7、，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

8、、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（1 1）软磁材料）软磁材料）软磁材料）软磁材料（2 2）硬磁材料）硬磁材料）硬磁材料）硬磁材料（3 3）矩磁材料）矩磁材料）矩磁

9、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

10、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。（a a）无外磁场情况）无外磁场情况）无外磁场情况）无外磁场情况（b b）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

11、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。4 4）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

12、，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

13、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。

14、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

15、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=20 m/s的速度做匀速直线运动。设的速度做匀速直线运动。设B=1 T，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

16、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律实验原理图感应电流产生的磁通总是感应电流产生的磁通总是

17、企企图阻碍图阻碍原磁通的变化。原磁通的变化。线圈中感应电动势的大小与线圈磁通量的变化率线圈中感应电动势的大小与线圈磁通量的变化率d/dt和线圈匝数和线圈匝数N成正比。成正比。2)电磁感应定律电磁感应定律法拉第电磁感应定律法拉第电磁感应定律由通入线圈的由通入线圈的电流变化电流变化而产生感应电动势的现象叫而产生感应电动势的现象叫自感现象自感现象，由自感现象产生的感应电动势叫自感电，由自感现象产生的感应电动势叫自感电动势。显然，自感现象属于电磁感应现象。动势。显然，自感现象属于电磁感应现象。3.自感自感1)自感现象自感现象定义线圈中的磁通量与产生该磁通的电流的比定义线圈中的磁通量与产生该磁通的电流的

18、比值为自感系数，又称电感，用符号值为自感系数，又称电感，用符号L表示，单表示，单位是亨利位是亨利(H)，即，即2)自感系数自感系数自感电动势的大小可由自感电动势的大小可由法拉第电磁感应定律法拉第电磁感应定律求得，即求得，即3)自感电动势自感电动势4.互感互感互感现象是指一个线圈中的电流变化互感现象是指一个线圈中的电流变化而使另一个线圈产生感应电动势的现而使另一个线圈产生感应电动势的现象。象。互感现象产生的电动势称为互感现象产生的电动势称为互互感电动势感电动势，也用符号，也用符号e表示。表示。那么正弦交流电在交流铁芯中，电源电压那么正弦交流电在交流铁芯中，电源电压u -e1则电源电压的有效值为则

19、电源电压的有效值为此公式是交流发电机设置电压调节器的理论依据此公式是交流发电机设置电压调节器的理论依据任务任务2 变压器变压器TrN1i10u1AXN2|ZL|u20Saxx由硅钢片叠压由硅钢片叠压制成的变压器制成的变压器铁心磁路。铁心磁路。变压器变压器一次侧一次侧绕组绕组（原边）（原边）变压器变压器二次侧二次侧绕组绕组（副边）（副边）变压器图变压器图形符号形符号 变压器是一种能变压器是一种能变换电压、变换电流、变换阻抗变换电压、变换电流、变换阻抗的的“静止静止”电气设备。变压器在传递电能的过程中电气设备。变压器在传递电能的过程中频率频率不变。不变。1.1.变压器的基本结构变压器的基本结构2变

20、压器的工作原理变压器的工作原理（1 1）变压器的空载运行与变换电压作用）变压器的空载运行与变换电压作用）变压器的空载运行与变换电压作用）变压器的空载运行与变换电压作用N1i10u1AXN2|ZL|u20Saxx 变压器的变压器的一次侧接电源一次侧接电源一次侧接电源一次侧接电源，二次侧二次侧二次侧二次侧开路开路开路开路，这种运行状态称为，这种运行状态称为空载空载空载空载。变压器空载时原边电流变压器空载时原边电流 i i1010很小很小很小很小，在铁心磁路中产生按正弦规律变在铁心磁路中产生按正弦规律变化的磁通化的磁通，当，当穿穿过过两两线线圈圈时时，分分别别感感应电压应电压：变压器原、副边电压变压

21、器原、副边电压与感应电压的关系为：与感应电压的关系为：变压器原、副边电压变压器原、副边电压与感应电压的关系为：与感应电压的关系为：其中其中k 称为变压器的变比。称为变压器的变比。显然：变压器显然：变压器通过改变原、通过改变原、通过改变原、通过改变原、副边的匝数即可变换电压副边的匝数即可变换电压副边的匝数即可变换电压副边的匝数即可变换电压。（2）变压器的负载运行与变换电流作用变压器的负载运行与变换电流作用变压器的负载运行与变换电流作用变压器的负载运行与变换电流作用 变压器的变压器的一次侧接电源一次侧接电源，二二次侧与负载接通次侧与负载接通，这种运行状态称，这种运行状态称为为负载运行负载运行。根据

22、能量守恒定律，变压器根据能量守恒定律，变压器输出功率加上损耗功率与从电网输出功率加上损耗功率与从电网中获得功率相等。中获得功率相等。变压器在能量传递的变压器在能量传递的过程中损耗甚小，因此：过程中损耗甚小，因此：因此：因此：其中其中1/k 称为变压器称为变压器的变流比。显然：变的变流比。显然：变压器在改变电压的同压器在改变电压的同时也改变了电流时也改变了电流，即即变压器还可以变换电变压器还可以变换电流。流。N1i1u1AXN2|ZL|u2Saxi2P1=P2+P损耗损耗 已知某收音机已知某收音机输出变压器的原边匝数输出变压器的原边匝数为为600,副边匝数为副边匝数为30,原原接有接有16的的扬

23、扬声器，声器，现现要改接成要改接成4 扬扬声器，求声器，求N2应应改改为为多少？多少？（3）变压器的变换阻抗作用变压器的变换阻抗作用变压器的变换阻抗作用变压器的变换阻抗作用 变压器的副边所接负载为变压器的副边所接负载为|ZL|，原边输入阻抗为原边输入阻抗为Z1时，有时，有：把变压比和变流比公式代入把变压比和变流比公式代入可得可得：变压器的阻抗变换作用常变压器的阻抗变换作用常用于用于电子电路电子电路中。中。例如：例如：N1i1u1AXN2|ZL|u2Saxi24 变压器的功率和效率变压器的功率和效率变压器的功率消耗变压器的功率消耗等于等于输入功率输入功率 和输和输出功率出功率 之差。之差。PL=

24、P1-P21)变压器的功率变压器的功率2)变压器的效率变压器的效率变压器的效率为变压器输出功率与输入功率的百分比变压器的效率为变压器输出功率与输入功率的百分比3 电压的变化率电压的变化率电压空载时次级端电压电压空载时次级端电压U2N和有载时次级端电压和有载时次级端电压U2之差与之差与U2N的百分比。的百分比。电压的变化率越小，为负载供电的电压越稳定。电压的变化率越小，为负载供电的电压越稳定。例例有一变压器初级电压为有一变压器初级电压为2200V，次级电压为，次级电压为220V，在接纯电阻性负载时，测得次级电流，在接纯电阻性负载时，测得次级电流为为10A，变压器的效率为，变压器的效率为95%。试

25、求它的。试求它的损损耗功率耗功率，初级功率初级功率和和初级电流初级电流。解：次级负载功率解：次级负载功率初级功率初级功率损耗功率损耗功率初级电流初级电流 三相电力变压器三相电力变压器讯号式温度计吸湿计储油柜安全气道油表气体继电器高压套管低压套管分接开关油箱铁芯绕组放油阀门 电力系统一般均采用电力系统一般均采用三相制三相制供电，所以电力变压器均属供电，所以电力变压器均属于三相变压器。变压器主要由于三相变压器。变压器主要由铁芯铁芯和和绕组绕组两大部分构成。两大部分构成。铁芯铁芯是它的是它的磁路磁路部分，部分，绕组绕组是它的是它的电路电路部分。部分。继电器是一种当继电器是一种当输入量输入量（电、磁、

26、声、光、热）（电、磁、声、光、热）达到达到一定值一定值时，时，输出量输出量将发生跳跃式变化的自动控将发生跳跃式变化的自动控制器件。制器件。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1、继电器及分类、继电器及分类1）定义）定义2）组成及功能）组成及功能 常用继电器也称为常用继电器也称为电磁式继电器电磁式继电器，是利用，是利用小小的开的开关信号控制关信号控制大大的开关动作的器件。的开关动作的器件。作用：利用它的动断和动合触点进行电路切换。作用：利用它的动断和动合触点进行电路切换。2 2）一般继电器的分类）一般继电器的分类电流继电器又可分为电流继电器又可分为过电流继电器过电

27、流继电器和和欠电流继电器。欠电流继电器。工作时：工作时：当电路中通过的电流超过规定值时，触点吸合当电路中通过的电流超过规定值时，触点吸合;当电当电流低于规定值时，触点分开。流低于规定值时，触点分开。特点：电流继电器的工作线圈与负载特点：电流继电器的工作线圈与负载串联串联，可以通过，可以通过的电流很的电流很大大，故它的线圈，故它的线圈匝数少匝数少而而导线粗导线粗，通过的电，通过的电流很大，所以流很大，所以体积体积也较也较大大，它可以获得需要的磁通势。，它可以获得需要的磁通势。用途用途:适用于电动机的适用于电动机的过载过载及及短路短路保护、直流电动机保护、直流电动机磁极控制磁极控制或或失磁保护失磁

28、保护。（1 1）电流继电器）电流继电器电压继电器又可分为电压继电器又可分为过电压继电器过电压继电器和和欠电压继电器。欠电压继电器。工作时：工作时：当电路中通过的电压超过规定值时，触点吸合；当当电路中通过的电压超过规定值时，触点吸合；当电压低于规定值时，触点分开。电压低于规定值时，触点分开。特点：电压继电器的工作线圈与负载特点：电压继电器的工作线圈与负载并联并联，以反映负，以反映负载电压。它的载电压。它的线圈匝数多线圈匝数多而而导线细导线细，体积相对较小。，体积相对较小。用途用途:适用于电动机的适用于电动机的过电压过电压及及欠电压欠电压保护以及保护以及制动制动和和反转控制反转控制等。等。（1 1）电压继电器）电压继电器（二）继电器在汽车上的应用（二）继电器在汽车上的应用1.喇叭继电器喇叭继电器此课件下载可自行编辑修改，仅供参考！此课件下载可自行编辑修改，仅供参考！感谢您的支持，我们努力做得更好！谢谢感谢您的支持，我们努力做得更好！谢谢