第01章电与磁(2)精选PPT.ppt

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1、第第01章电与磁章电与磁(2)第1页，此课件共49页哦磁场的基本物理量和磁路的基本定律是学磁场的基本物理量和磁路的基本定律是学习船舶的基础，在了解磁感应强度、磁场习船舶的基础，在了解磁感应强度、磁场强度、磁通等概念的基础上，进一步了解强度、磁通等概念的基础上，进一步了解铁磁材料的高导磁性、磁饱和性和磁滞性铁磁材料的高导磁性、磁饱和性和磁滞性及其应用。及其应用。本章重点本章重点第2页，此课件共49页哦磁场磁场2.1 磁场的基本概念与基本物理量磁场的基本概念与基本物理量2.1.1 磁场的基本概念磁场的基本概念电流的磁效应电流的磁效应磁力线磁力线第3页，此课件共49页哦磁通磁通2.1.2 磁场的基本

2、物理量磁场的基本物理量-国际制国际制单位制单位制(SI):伏伏.秒，称韦伯秒，称韦伯(Wb)1 Wb=108Mx-电磁电磁单位制单位制:麦克斯韦麦克斯韦(Mx)(Mx)磁通磁通是一个矢量，其方向与是一个矢量，其方向与该处该处的磁的磁场场方向一致。方向一致。磁通的定义是磁感应强度（假设磁场为均匀磁场）与磁通的定义是磁感应强度（假设磁场为均匀磁场）与垂直于磁场方向的面积的乘积垂直于磁场方向的面积的乘积，磁通磁通是穿是穿过过某一截面某一截面S的磁力的磁力线总线总数数。第4页，此课件共49页哦与磁场方向相垂直的单位面积上通过的磁通（磁力线）与磁场方向相垂直的单位面积上通过的磁通（磁力线）磁感应强度磁感

3、应强度I 单位：安培单位：安培(A)F 单位：牛顿单位：牛顿(N)l 单位：单位：米米(m)B-B-国际制国际制单位制单位制(SI):(SI):Wb/m Wb/m2 2，称为特斯拉，称为特斯拉(T)(T)B-B-电磁电磁单位制单位制:高斯高斯(Gs)(Gs)1T=101T=104 4GsGs磁感应强度表示磁场内某点磁场强弱及方向的物理量为一矢量，若磁感应强度表示磁场内某点磁场强弱及方向的物理量为一矢量，若磁场内各点磁场内各点B大小相等、方向相同，则为均匀磁场。对非均匀磁场，大小相等、方向相同，则为均匀磁场。对非均匀磁场，B为为S内的平均值，也称磁通密度。内的平均值，也称磁通密度。测量测量测量测

4、量第5页，此课件共49页哦磁场强度磁场强度 磁场强度是计算磁场所用的物理量，为矢量，用来确定磁磁场强度是计算磁场所用的物理量，为矢量，用来确定磁场与电流之间的关系，其大小为磁感应强度和导磁率之比。场与电流之间的关系，其大小为磁感应强度和导磁率之比。B 单位单位：特斯拉：特斯拉 单位：安单位：安/米米 单位：亨单位：亨/米米第6页，此课件共49页哦物理学安培环路定律物理学安培环路定律 典型无分支闭合磁路典型无分支闭合磁路IN为电为电流与流与线线圈匝数的乘圈匝数的乘积积，称，称为为磁磁动势动势，用字，用字F表示表示磁磁动势动势的的单单位是安培位是安培(A)。磁磁压降压降第7页，此课件共49页哦磁导

5、率磁导率表征各种材料导磁能力的物理量表征各种材料导磁能力的物理量（亨（亨/米）米）真空中的磁导率真空中的磁导率()为常数为常数一般材料的磁导率一般材料的磁导率 和真空中的磁导率之比，和真空中的磁导率之比，称为这种材料的相对磁导率称为这种材料的相对磁导率第8页，此课件共49页哦，则称为磁性材料，则称为磁性材料，则称为非磁性材料，则称为非磁性材料第9页，此课件共49页哦在工程上在工程上,物质按其磁性划分为两类物质按其磁性划分为两类,即铁磁材料即铁磁材料(或叫磁性材料或叫磁性材料)和非铁磁材料。和非铁磁材料。铁磁材料主要是指铁、钴、镍及其合金。铁磁材料主要是指铁、钴、镍及其合金。1.1.3 铁磁材料

6、的磁性能铁磁材料的磁性能第10页，此课件共49页哦 铁铁磁磁材材料料的的磁磁导导率率 0。将将铁铁磁磁材材料料放放入入电电流流磁磁场场中中，它它将将被被磁磁化化而而产产生生很很强强的的附附加加磁磁场场。因因此此可可用用较较小的励磁电流产生足够大的磁感应强度和磁通。小的励磁电流产生足够大的磁感应强度和磁通。1)高导磁性高导磁性磁畴磁畴 磁化磁化 第11页，此课件共49页哦c点点以以后后为为饱饱和和段段（饱饱和和电电抗器）抗器）2)磁饱和特性磁饱和特性B-H 曲线曲线,或称磁化曲线或称磁化曲线,可通过实验获得。可通过实验获得。BH磁化曲线与H曲线磁化曲线大致可分成三段磁化曲线大致可分成三段:ab段

7、为非饱和段（线性段为非饱和段（线性电抗器）电抗器）bc段为半饱和段（普通电段为半饱和段（普通电机、变压器的铁心）机、变压器的铁心）第12页，此课件共49页哦 如如果果励励磁磁线线圈圈中中通通入入交交变变励励磁磁电电流流,对对铁铁心心进进行行反反复复磁磁化化,磁磁感感应应强强度度的的大大小小和和方方向向的的变变化化总总是是滞滞后后于于磁磁场场强强度度的的变变化化,这这种特性称为磁滞特性种特性称为磁滞特性.3)磁滞性磁滞性磁滞回线为消除剩磁所加的反向磁场强度值为消除剩磁所加的反向磁场强度值Hc称为矫顽力。称为矫顽力。当断开励磁电流当断开励磁电流(H=0)后后,磁感应强度仍不为零的现象磁感应强度仍不

8、为零的现象,称为剩磁特性。称为剩磁特性。第13页，此课件共49页哦铁磁材料的类型铁磁材料的类型分为典型的三种类型分为典型的三种类型:1.软磁材料软磁材料:矫顽力小矫顽力小,磁滞回线狭窄磁滞回线狭窄.如如铸铁、铸钢、纯铁、硅钢、铸铁、铸钢、纯铁、硅钢、坡莫合金和铁氧体等材料。坡莫合金和铁氧体等材料。电机、变压器等电器的铁心电机、变压器等电器的铁心采用软磁材料。采用软磁材料。磁化曲线磁化曲线a-铸铁；铸铁；b-铸钢；铸钢；c-硅钢片硅钢片第14页，此课件共49页哦 剩剩磁磁很很大大,磁磁滞滞回回线线形形状状近近似似矩矩形形.在在自自动动控控制制系系统统用用做做记记忆忆元元件件、开开关关元元件件和和

9、逻逻辑辑元元件件的的磁磁心心材材料料.常常用用的的有有镁镁锰锰铁铁氧氧体体及及1J51型型铁铁镍镍合合金金等等.2.硬磁材料硬磁材料:矫顽力、剩磁均较大矫顽力、剩磁均较大,磁滞回线宽磁滞回线宽.一般用来制造一般用来制造永久磁铁永久磁铁.如钨钢、钴钢及铁镍铝钴合金等如钨钢、钴钢及铁镍铝钴合金等.3.矩磁材料矩磁材料:第15页，此课件共49页哦磁路：磁路：磁通所经过的特定的路径。磁通所经过的特定的路径。直流电机直流电机交流接触器交流接触器继电器继电器变压器变压器1.2 磁路及其基本定律磁路及其基本定律第16页，此课件共49页哦1)磁路的欧姆定律磁路的欧姆定律设变压器由单一铁心构成的均匀磁路设变压器

10、由单一铁心构成的均匀磁路Hl=I=INH=B/=/（S）磁动势磁动势F=IN磁阻磁阻 磁路欧姆定律磁路欧姆定律第17页，此课件共49页哦2)磁路的基尔霍夫磁流定律磁路的基尔霍夫磁流定律 对对于于有有分分支支的的磁磁路路,进进入入封封闭闭面面磁磁通通的的代代数数和和等等于于零零(磁通的连续性磁通的连续性),即即=0第18页，此课件共49页哦磁路有气隙或由不同材料不同截面磁路有气隙或由不同材料不同截面的路段所组成的单一闭合磁路的路段所组成的单一闭合磁路,称称为串联磁路。为串联磁路。3)磁路的基尔霍夫磁压定律磁路的基尔霍夫磁压定律第19页，此课件共49页哦第20页，此课件共49页哦磁磁路路电电路路磁

11、通磁通INR+_EI磁压降磁压降磁动势磁动势电动势电动势电流电流电压降电压降U第21页，此课件共49页哦基本定律基本定律 磁阻磁阻磁感应磁感应强度强度安培环路安培环路定律定律磁磁 路路IN欧姆定律欧姆定律电阻电阻电流电流强度强度克氏克氏电压定律电压定律克氏克氏电流定律电流定律电电 路路R+_EI第22页，此课件共49页哦1.3 电流在磁场中的力效应电流在磁场中的力效应 载流导体在磁场中会受到电磁力的作用，称为电流在磁场中的载流导体在磁场中会受到电磁力的作用，称为电流在磁场中的力效应。这个力叫做电磁力，用字母力效应。这个力叫做电磁力，用字母F表示。表示。(a)(b)(c)电流和磁场间的作用力的关

12、系电磁作用力的大小电磁作用力的大小 第23页，此课件共49页哦电磁力的方向电磁力的方向左手定则左手定则 磁场对载流导体的作用力(左手定则)第24页，此课件共49页哦1.4 1.4 电磁感应电磁感应电磁感应现象有两种表现形式电磁感应现象有两种表现形式:当穿过线圈的磁通发生变化时，在线圈当穿过线圈的磁通发生变化时，在线圈内产生感应电动势。内产生感应电动势。当运动的导体切割磁力线时，在导体内产生当运动的导体切割磁力线时，在导体内产生感应电动势。感应电动势。第25页，此课件共49页哦直导体中的感应电动势直导体中的感应电动势 (a)(b)运动的导体在磁场中的感应电势与右手定则运动的导体在磁场中的感应电势

13、与右手定则第26页，此课件共49页哦线圈中的感应电动势线圈中的感应电动势 线圈的感应电势感应电动势方向的确定第27页，此课件共49页哦感应电动势的大小等于线圈的匝感应电动势的大小等于线圈的匝数与磁通变化率的乘积数与磁通变化率的乘积。感应电动势的方向由楞次定律得出：感应电动势的方向由楞次定律得出：感应电动势的方向总是使得其感应感应电动势的方向总是使得其感应电流产生的磁通来阻止原有磁通的电流产生的磁通来阻止原有磁通的变化变化。第28页，此课件共49页哦自感自感 当通过线圈的电流发生变化时，则由该电流所产生的、当通过线圈的电流发生变化时，则由该电流所产生的、穿过线圈的磁通也发生变化，从而使线圈本身产

14、生自感穿过线圈的磁通也发生变化，从而使线圈本身产生自感电动势，这种现象称为自感现象，这种感应电动势称为电动势，这种现象称为自感现象，这种感应电动势称为自感电动势。自感电动势。第29页，此课件共49页哦=N，称为磁链称为磁链 自感电动势自感电动势 定义为自感系数定义为自感系数电感元件两端的电压电感元件两端的电压 规定电压与电流的正方向一致，即电动势规定电压与电流的正方向一致，即电动势正方向一致。正方向一致。正方向一致。正方向一致。第30页，此课件共49页哦一单层密绕螺线管的自感一单层密绕螺线管的自感系数系数:线圈长线圈长L,截面积截面积S,绕绕组的总匝数为组的总匝数为N.可以看出可以看出:螺线管

15、自感系数螺线管自感系数L L正比于它的体积和单位长正比于它的体积和单位长度内匝数的平方度内匝数的平方N N2 2。(忽略端点效应忽略端点效应)管内磁感应强度管内磁感应强度:第31页，此课件共49页哦电流、电压和电动势的正方向日光灯电路在生产实践中，常遇到自感现象；其有利（日光灯）有弊在生产实践中，常遇到自感现象；其有利（日光灯）有弊（电机断电易烧坏接触器触点）（电机断电易烧坏接触器触点）。实践中实践中应扬长避短。应扬长避短。应扬长避短。应扬长避短。第32页，此课件共49页哦铁心线圈电路铁心线圈电路 ：主磁通：主磁通：漏磁通：漏磁通ui第33页，此课件共49页哦假设假设：主磁通：主磁通：漏磁通：

16、漏磁通ui第34页，此课件共49页哦（线圈电阻（线圈电阻R R和感抗和感抗X X较小忽略）较小忽略）第35页，此课件共49页哦功率损耗与涡流功率损耗与涡流 磁滞损耗磁滞损耗(Ph)：当铁磁体被反复磁化时：当铁磁体被反复磁化时,由于磁滞原因而引由于磁滞原因而引起的功率损耗。（克服剩磁所消耗的能量）起的功率损耗。（克服剩磁所消耗的能量）为减小磁滞损耗为减小磁滞损耗,应选用磁滞回线面积小的软磁材料做电应选用磁滞回线面积小的软磁材料做电机、电器的铁心机、电器的铁心.除线圈电阻上的功率损耗除线圈电阻上的功率损耗(铜损铜损)外，还有铁损。外，还有铁损。第36页，此课件共49页哦为减少涡流为减少涡流,铁心通

17、常用相互绝缘的钢片叠制而成。铁心通常用相互绝缘的钢片叠制而成。涡流损耗涡流损耗(Pe)Pe)：当铁：当铁心中磁通发生变化时心中磁通发生变化时,在铁心内引起感应电在铁心内引起感应电动势和电流动势和电流(即涡流即涡流)。由于涡流在铁心中造由于涡流在铁心中造成的功率损耗。成的功率损耗。(电磁电磁炉利用这一特点炉利用这一特点)磁滞损耗和涡流损耗统称为铁损磁滞损耗和涡流损耗统称为铁损(P PFeFe)PFe=Ph+Pe第37页，此课件共49页哦电磁铁可分为线圈、铁心及衔铁三部分电磁铁可分为线圈、铁心及衔铁三部分 电磁铁电磁铁第38页，此课件共49页哦电磁吸力电磁吸力电磁吸力的大小与经过气隙电磁吸力的大小

18、与经过气隙进入衔铁的磁力线的多少及进入衔铁的磁力线的多少及其分布有关其分布有关,它与气隙的磁它与气隙的磁通或磁密通或磁密B0的平方成正比的平方成正比,与气隙截面与气隙截面S0成正比。成正比。电磁铁可分为线圈、铁心及衔铁三部分电磁铁可分为线圈、铁心及衔铁三部分 第39页，此课件共49页哦交流电磁铁的瞬时电磁吸力为交流电磁铁的瞬时电磁吸力为直流电磁铁的电磁吸力为直流电磁铁的电磁吸力为采用短路环采用短路环第40页，此课件共49页哦IU直流励磁线圈电路的特点直流励磁线圈电路的特点（R 为线圈的电阻）为线圈的电阻）直流电磁铁直流电磁铁第41页，此课件共49页哦直流电磁铁直流电磁铁U 一定一定I 一定一定

19、磁动势磁动势 F=IN 一定一定磁通和磁阻成反比磁通和磁阻成反比（线圈中没有反电动势）（线圈中没有反电动势）IU第42页，此课件共49页哦交流励磁线圈电路的特点交流励磁线圈电路的特点ui交流电磁铁交流电磁铁交流激励交流激励线圈中产生感应电势线圈中产生感应电势第43页，此课件共49页哦ui交流电磁铁交流电磁铁电路方程：电路方程：的感应电势的感应电势 和和 产生产生一般情况下一般情况下 很小很小第44页，此课件共49页哦假设假设则则ui第45页，此课件共49页哦有效值有效值相量相量第46页，此课件共49页哦交流磁路中磁阻交流磁路中磁阻Rm对电流的影响对电流的影响电磁铁吸合过程的分析：电磁铁吸合过程

20、的分析：在吸合过程中若外加电压不变在吸合过程中若外加电压不变,则则基本不变。基本不变。iu第47页，此课件共49页哦 小小 电流小电流小电磁铁吸合后电磁铁吸合后(气隙小）气隙小）大大 起动电流大起动电流大 电磁铁吸合前电磁铁吸合前(气隙大）气隙大）注意：如果气隙中有异物卡住，电磁铁长时间吸不注意：如果气隙中有异物卡住，电磁铁长时间吸不上，线圈中的电流一直很大，将会导致过热，把线上，线圈中的电流一直很大，将会导致过热，把线圈烧坏。圈烧坏。第48页，此课件共49页哦(U不变，不变，I不变）不变）(I 随随 Rm 变化）变化）（U不变时，不变时，基本不变基本不变）直流磁路直流磁路交流磁路交流磁路（随随Rm变化）变化）第49页，此课件共49页哦