电磁学基础知识精选PPT.ppt

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1、关于电磁学基础知识第1页，讲稿共66张，创作于星期二本章要求：本章要求：本章要求：本章要求：第三章第三章 电磁学基础电磁学基础1）了解磁场的四个基本物理量和电磁感应概念。2）了解铁磁性材料特性及其应用。3）理解磁路欧姆定律和磁路的基尔霍夫定律。4）了解变压器的基本结构，掌握变压器的基本工作原理。5）了解点火线圈与汽车传统点火系统的工作过程。6）了解电磁铁的工作特性。第2页，讲稿共66张，创作于星期二3.1.1 电磁学的基本物理量电磁学的基本物理量表示磁场内某点磁场强弱和方向的物理量。表示磁场内某点磁场强弱和方向的物理量。大小大小:方向方向:与电流的方向之间符合右手螺旋定则。与电流的方向之间符合

2、右手螺旋定则。单位单位:特斯拉特斯拉(T)，1 1T=1Wb/m2 均匀磁场均匀磁场:各点磁感应强度大小相等，方向相同各点磁感应强度大小相等，方向相同的磁场，也称的磁场，也称匀强磁场匀强磁场。3.1 磁场与电磁感应磁场与电磁感应1、磁感应强度、磁感应强度、磁感应强度、磁感应强度B B 第3页，讲稿共66张，创作于星期二2、磁通磁通磁通磁通磁通磁通 ：穿过垂直于穿过垂直于B B方向的面积方向的面积S S中的磁力线总数。中的磁力线总数。中的磁力线总数。中的磁力线总数。说明说明:如果不是均匀如果不是均匀磁场，则取磁场，则取磁场，则取磁场，则取B的平均值。的平均值。的平均值。的平均值。在在在在均匀磁场

3、中均匀磁场中 =B S 或或或或 B=B=/S S 磁感应强度磁感应强度B在数值上可以看成为与磁场方向垂直的在数值上可以看成为与磁场方向垂直的单位面积所通过的磁通单位面积所通过的磁通,故又称故又称故又称故又称磁通密度磁通密度磁通密度磁通密度。磁通磁通 的单位的单位:韦韦 伯伯(Wb)1Wb=1Vs第4页，讲稿共66张，创作于星期二3、磁导率、磁导率磁导率来表示物质的导磁性能。的单位是H/m(亨/米）。注意真空的磁导率为常数，用真空的磁导率为常数，用 0 0表示，有：表示，有：表示，有：表示，有：相对磁导率相对磁导率相对磁导率相对磁导率 r：任一种物质的磁导率任一种物质的磁导率任一种物质的磁导率

4、任一种物质的磁导率 和真空的磁导率和真空的磁导率 0 0的比值的比值的比值的比值。不同的介质，磁导率也不同。磁导率值大的材料，导磁性能好。第5页，讲稿共66张，创作于星期二磁导率与真空磁导率近似相等，即 r 1。如空气、木材、纸、铝等。注意铁磁性物质的磁导率铁磁性物质的磁导率是个变量，它随磁场的强弱而变化。是个变量，它随磁场的强弱而变化。材料分类：非磁性材料铁磁性材料磁导率远远大于真空磁导率，即 r 1 1，可达到几百到上万。材料如铁、钴、镍及其合金等。所以电器设备如变压器、电机都将绕组套装在铁磁性材料制成的铁心上。第6页，讲稿共66张，创作于星期二7.1.37.1.3 磁场强度磁场强度磁场强

5、度磁场强度磁场强度磁场强度磁场强度磁场强度H：介质中某点的磁感应强度介质中某点的磁感应强度介质中某点的磁感应强度介质中某点的磁感应强度 B B 与介质与介质与介质与介质 磁导率磁导率 之比。之比。之比。之比。磁场强度磁场强度H的单位的单位的单位的单位 ：安培安培/米（米（米（米（A/m)磁场强度的大小取决于电流的大小、载流导体的形状及几何位置，而与磁介质无关。H和B同为矢量。H的方向就是该点B的方向。在后面学到的磁路问题中，常常用到磁场强度这个物理量。第7页，讲稿共66张，创作于星期二 任意选定一个闭合回线的围绕方向，凡是电流任意选定一个闭合回线的围绕方向，凡是电流方向与闭合回线围绕方向之间符

6、合右螺旋定则的电方向与闭合回线围绕方向之间符合右螺旋定则的电流作为正、反之为负。流作为正、反之为负。式中：式中：是磁场强度矢量沿任意闭合是磁场强度矢量沿任意闭合 线线(常取磁通作为闭合回线常取磁通作为闭合回线)的线积分；的线积分；I I 是穿过闭合回线所围面积的电流的代数和。是穿过闭合回线所围面积的电流的代数和。安培环路定律安培环路定律电流正负的规定电流正负的规定：3.1.4 3.1.4 安培环路定律（全电流定律）安培环路定律（全电流定律）安培环路定律（全电流定律）安培环路定律（全电流定律）I1HI2安培环路定律将安培环路定律将电流与磁场强度联系起来。电流与磁场强度联系起来。在在在在均匀磁场中

7、均匀磁场中 Hl=IN 第8页，讲稿共66张，创作于星期二3.1.2 电磁感应1、电磁感应定律 在1831年英国科学家法拉第发现：，变化的磁场能使闭合的回路产生感应电动势和感应电流。感应电动势的大小正比于回路内磁通对电流的变化率。1833年，楞次对法拉第电磁感应定律进行补充：闭合回路中感应电流的方向，总是使它所产生的磁场阻碍引起感应电流的原磁通的变化。这就是楞次定律。法拉第电磁感应定律：楞次定律：具体地说，如果回路由于磁通增加而引起的电磁感应，则感应电流的磁场与原来的磁场反向；如果回路由于磁通减少引起电磁感应，则感应电流的磁场与原来的磁场相同。简要地说，感应电流总是阻碍原磁通的变化。法拉第电磁

8、感应定律和楞次定律分别从大小和方向两方面阐述了感应电动势与磁通的关系。第9页，讲稿共66张，创作于星期二 为了便于分析、表达感应电动势，通常设定感应电动势与磁通的参考方向符合右螺旋关系，则电磁感应定律可用下式表达：对于一匝线圈由电磁感应所产生的感应电动势为:式中，磁通的单位为Wb；时间的单位为S；电动势的单位为V。若线圈匝数为N匝，每匝线圈内穿过的磁通为，则与此线圈相交链的总磁通称为磁链，用表示,即 （）式（）不仅表明了感应电动势的大小，而且可以表明其方向。此时线圈的感应电动势为 e(t)第10页，讲稿共66张，创作于星期二2、自感L 当闭合线圈通电流，就会产生磁场，那么当电流交变，就会使磁场

9、交变，从而在线圈自身产生感应电动势，这种现象称为自感现象，这种电动势称为自感电动势eL。电流通过线圈时产生的磁链与电流i在大小上成正比，为了便于分析、计算，引入一个参数L，称为线圈的自感系数，即 式中，为磁链；L为自感系数，简称为电感或自感。通常选择磁链与电流 i在方向上满足右手螺旋定则。假设线圈中的电阻等于零（由无电阻的导线绕制而成），那么这个线圈就称之为电感元件，显然它是一个理想元件。第11页，讲稿共66张，创作于星期二当自感系数L为一个常数，即不随磁链与电流I的改变而改变，这种电感元件称为线性电感元件，否则即为非线性电感元件。式（1）与式（2）是电动势的两种表达式，（2）一般当电感L为常

10、数时，多采用式（2）。而分析非线性电感时，由于L可变，一般采用式（1）。注意若为线性电感元件对于铁心线圈来说，电感L不为常数。非线性电感第12页，讲稿共66张，创作于星期二 3、电感元件上电压与电流的关系 习惯上选择电感元件上的电流、电压、自感电动势三者参考方向一致，则 在直流电路中，由于电流变化率为零，所以电感电压等于零，电感元件相当于短路。电感的欧姆定律注意第13页，讲稿共66张，创作于星期二3.2铁铁磁性材料磁性材料3.2.1 高导磁性高导磁性 磁性材料的磁导率通常都很高，即磁性材料的磁导率通常都很高，即磁性材料的磁导率通常都很高，即磁性材料的磁导率通常都很高，即 r 1 1(如坡莫合金

11、，如坡莫合金，如坡莫合金，如坡莫合金，其其其其 r 可达可达可达可达 2 2 105)。磁性材料磁性材料磁性材料磁性材料能被强烈的磁化，能被强烈的磁化，能被强烈的磁化，能被强烈的磁化，具有很高的导磁性能。具有很高的导磁性能。具有很高的导磁性能。具有很高的导磁性能。磁性材料主要指铁、镍、钴及其合金等。磁性材料主要指铁、镍、钴及其合金等。磁性材料主要指铁、镍、钴及其合金等。磁性材料主要指铁、镍、钴及其合金等。磁性物质的高导磁性被广泛地应用于电工设备中，如磁性物质的高导磁性被广泛地应用于电工设备中，如磁性物质的高导磁性被广泛地应用于电工设备中，如磁性物质的高导磁性被广泛地应用于电工设备中，如电机、变

12、压器及各种铁磁元件的线圈中都放有铁心。电机、变压器及各种铁磁元件的线圈中都放有铁心。电机、变压器及各种铁磁元件的线圈中都放有铁心。电机、变压器及各种铁磁元件的线圈中都放有铁心。磁性物质的高导磁性被广泛地应用于电工设备中，如磁性物质的高导磁性被广泛地应用于电工设备中，如磁性物质的高导磁性被广泛地应用于电工设备中，如磁性物质的高导磁性被广泛地应用于电工设备中，如电机、变压器及各种铁磁元件的线圈中都放有铁心。在电机、变压器及各种铁磁元件的线圈中都放有铁心。在电机、变压器及各种铁磁元件的线圈中都放有铁心。在电机、变压器及各种铁磁元件的线圈中都放有铁心。在这种这种这种这种具有铁心的线圈中通入不太大的励磁

13、电流，便可具有铁心的线圈中通入不太大的励磁电流，便可以产生较大的磁通和磁感应强度。以产生较大的磁通和磁感应强度。第14页，讲稿共66张，创作于星期二磁性物质由于磁化所产生的磁化磁场不会随着外磁场的磁性物质由于磁化所产生的磁化磁场不会随着外磁场的磁性物质由于磁化所产生的磁化磁场不会随着外磁场的磁性物质由于磁化所产生的磁化磁场不会随着外磁场的增强而无限的增强。增强而无限的增强。增强而无限的增强。增强而无限的增强。3.2.2 磁饱和性磁饱和性BJ J 磁场内磁性物质的磁化磁场磁场内磁性物质的磁化磁场 的磁感应强度曲线；的磁感应强度曲线；B B0 磁场内不存在磁性物质时的磁场内不存在磁性物质时的 磁感

14、应强度直线；磁感应强度直线；磁感应强度直线；磁感应强度直线；B B BJ J曲线和曲线和B B0直线的纵坐标相直线的纵坐标相直线的纵坐标相直线的纵坐标相 加即磁场的加即磁场的 B-HH 磁化曲线。磁化曲线。磁化曲线。磁化曲线。O OHHB BB B0 0B BJ JB B a a b b磁化曲线磁化曲线磁化曲线磁化曲线磁性物质由于磁化所产生的磁化磁场不会随着外磁性物质由于磁化所产生的磁化磁场不会随着外磁场的增强而无限的增强。当外磁场增大到一定程度磁场的增强而无限的增强。当外磁场增大到一定程度时，磁性物质的全部磁畴的磁场方向都转向与外部磁时，磁性物质的全部磁畴的磁场方向都转向与外部磁场方向一致，

15、磁化磁场的磁感应强度将趋向某一定值。场方向一致，磁化磁场的磁感应强度将趋向某一定值。如图。如图。第15页，讲稿共66张，创作于星期二 B-H 磁化曲线的特征：磁化曲线的特征：磁化曲线的特征：磁化曲线的特征：O Oa a段：段：段：段：B 与与HH几乎成正比地增加；几乎成正比地增加；几乎成正比地增加；几乎成正比地增加；abab段：段：B B 的增加缓慢下来；的增加缓慢下来；b点以后：点以后：点以后：点以后：B B增加很少，达到饱和。增加很少，达到饱和。O OHHB BB B0 0B BJ JB B a a b b 有磁性物质存在时，有磁性物质存在时，有磁性物质存在时，有磁性物质存在时，B 与与与

16、与 H不成不成不成不成正比，磁性物质的磁导率正比，磁性物质的磁导率正比，磁性物质的磁导率正比，磁性物质的磁导率 不是常数，不是常数，随随H而变。而变。有磁性物质存在时，有磁性物质存在时，与与与与 I 不成不成不成不成正比。正比。磁性物质的磁化曲线在磁路计磁性物质的磁化曲线在磁路计算上极为重要，其为非线性曲线，算上极为重要，其为非线性曲线，实际中通过实验得出实际中通过实验得出。O OHHB,B,B B 磁化曲线磁化曲线磁化曲线磁化曲线B B和和和和 与与与与HH的关系的关系的关系的关系第16页，讲稿共66张，创作于星期二3.2.3 磁滞性磁滞性 磁性材料在交变磁场中反复磁化，其磁性材料在交变磁场

17、中反复磁化，其B-HH关系曲线是一关系曲线是一关系曲线是一关系曲线是一条回形闭合曲线，称为条回形闭合曲线，称为条回形闭合曲线，称为条回形闭合曲线，称为磁滞回线磁滞回线。磁滞性：磁滞性：磁性材料中磁性材料中磁感应强度磁感应强度B的变化总是滞后于的变化总是滞后于的变化总是滞后于的变化总是滞后于 外磁场变化的性质。外磁场变化的性质。外磁场变化的性质。外磁场变化的性质。磁滞回线磁滞回线磁滞回线磁滞回线O OHBB Br rHHc剩磁感应强度剩磁感应强度剩磁感应强度剩磁感应强度B Br r(剩磁剩磁剩磁剩磁)：当线圈中电流减小到零当线圈中电流减小到零当线圈中电流减小到零当线圈中电流减小到零(HH=0)=

18、0)时，时，时，时，铁心中的磁感应强度。铁心中的磁感应强度。铁心中的磁感应强度。铁心中的磁感应强度。矫顽磁力矫顽磁力矫顽磁力矫顽磁力HHc c：使使 B B=0=0 所需的所需的 H 值。值。值。值。磁性物质不同，其磁滞回线磁性物质不同，其磁滞回线和磁化曲线也不同。和磁化曲线也不同。第17页，讲稿共66张，创作于星期二 几种常见磁性物质的磁化曲线几种常见磁性物质的磁化曲线a 铸铁铸铁 b 铸钢铸钢 c 硅钢硅钢片片O0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1.00.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1.0 10103 3HH/(

19、A/m)/(A/m)HH/(A/m)/(A/m)1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 10103 3B B/T/T1.81.81.61.61.41.41.21.21.01.00.80.80.60.60.40.40.20.2a ab ba ab bc cc c第18页，讲稿共66张，创作于星期二按磁性物质的磁性能，磁性材料分为三种类型：按磁性物质的磁性能，磁性材料分为三种类型：(1)(1)软磁材料软磁材料 具有较小的矫顽磁力，磁滞回线较窄。具有较小的矫顽磁力，磁滞回线较窄。一般用来制一般用来制造电机、电器及变压器等的铁心。常用的有铸铁、硅钢、造电机、

20、电器及变压器等的铁心。常用的有铸铁、硅钢、坡莫合金即铁氧体等。坡莫合金即铁氧体等。(2)(2)永磁材料永磁材料 具有较大的矫顽磁力，磁滞回线较宽。具有较大的矫顽磁力，磁滞回线较宽。一般用来制一般用来制一般用来制一般用来制造永久磁铁。常用的有碳钢及铁镍铝钴合金等。造永久磁铁。常用的有碳钢及铁镍铝钴合金等。造永久磁铁。常用的有碳钢及铁镍铝钴合金等。造永久磁铁。常用的有碳钢及铁镍铝钴合金等。(3)矩磁材料矩磁材料 具有较小的矫顽磁力和较大的剩磁，磁滞回线接近矩形，具有较小的矫顽磁力和较大的剩磁，磁滞回线接近矩形，具有较小的矫顽磁力和较大的剩磁，磁滞回线接近矩形，具有较小的矫顽磁力和较大的剩磁，磁滞回

21、线接近矩形，稳定性良好。稳定性良好。稳定性良好。稳定性良好。在计算机和控制系统中用作记忆元件、开关元件在计算机和控制系统中用作记忆元件、开关元件在计算机和控制系统中用作记忆元件、开关元件在计算机和控制系统中用作记忆元件、开关元件和逻辑元件。常用的有镁锰铁氧体等。和逻辑元件。常用的有镁锰铁氧体等。和逻辑元件。常用的有镁锰铁氧体等。和逻辑元件。常用的有镁锰铁氧体等。第19页，讲稿共66张，创作于星期二3.3 磁路基本定律磁路基本定律3.3.1 磁路的概念磁路的概念 在电机、变压器及各种铁磁元件中常用磁性材料做成在电机、变压器及各种铁磁元件中常用磁性材料做成一定形状的铁心。铁心的磁导率比周围空气或其

22、它物质一定形状的铁心。铁心的磁导率比周围空气或其它物质的磁导率高的多，的磁导率高的多，磁通的绝大部分经过铁心形成闭合通磁通的绝大部分经过铁心形成闭合通路。路。+NIfNSS直流电机的磁路直流电机的磁路直流电机的磁路直流电机的磁路交流接触器的磁路交流接触器的磁路交流接触器的磁路交流接触器的磁路第20页，讲稿共66张，创作于星期二磁路：主磁通所经过的闭合路径。磁路：主磁通所经过的闭合路径。i 线圈通入电流后，线圈通入电流后，产生磁通，分主磁通产生磁通，分主磁通和漏磁通。和漏磁通。：主磁通主磁通：漏磁通漏磁通线圈线圈铁心铁心变压器的磁路第21页，讲稿共66张，创作于星期二3.3.2 3.3.2 磁路

23、的基尔霍夫第一定律磁路的基尔霍夫第一定律 对于有分支磁路，其分支汇集处称为磁路的节对于有分支磁路，其分支汇集处称为磁路的节点，磁路的任意节点所连接的各分支磁路的代数和点，磁路的任意节点所连接的各分支磁路的代数和等于零。等于零。I I1 1N N1 1N N2 2I I2 2即：即：第22页，讲稿共66张，创作于星期二 在无分支的均匀磁路在无分支的均匀磁路（磁路的材料和截面积相同，各处（磁路的材料和截面积相同，各处的磁场强度相等）中，安培环路定律可写成：的磁场强度相等）中，安培环路定律可写成：磁路磁路长度长度L线圈线圈匝数匝数NIHL：称为磁位差。称为磁位差。NI：称为磁动势。一般称为磁动势。一

24、般 用用 F 表示。表示。F=NI3.3.3 3.3.3 磁路的基尔霍夫第二定律磁路的基尔霍夫第二定律第23页，讲稿共66张，创作于星期二总磁动势总磁动势 在非均匀磁路在非均匀磁路（磁路的材料或截面积不同，或磁场强度（磁路的材料或截面积不同，或磁场强度不等）中，不等）中，总磁动势等于各段磁位差之和。总磁动势等于各段磁位差之和。例：例：IN第24页，讲稿共66张，创作于星期二对于均匀磁路对于均匀磁路磁路中的磁路中的欧姆定律欧姆定律3.3.4 磁路的欧姆定律磁路的欧姆定律则：则：INSL注：由于磁性材料注：由于磁性材料 是非线性的，磁路欧姆定律多用作定性是非线性的，磁路欧姆定律多用作定性 分析，不

25、做定量计算。分析，不做定量计算。令：令：Rm 称为磁阻称为磁阻l l 为磁路的平均长度；为磁路的平均长度；为磁路的平均长度；为磁路的平均长度；S S 为磁路的截面积；为磁路的截面积；为磁路的截面积；为磁路的截面积；为磁导率。为磁导率。为磁导率。为磁导率。磁通势磁通势磁通势磁通势第25页，讲稿共66张，创作于星期二磁路和电路的比较（一）磁路和电路的比较（一）磁磁路路电电路路磁通磁通INI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R+_EU第26页，讲稿共66张，创作于星期二基本定律基本定律 磁阻磁阻磁感应磁感应强度强度基尔霍夫定律基尔霍夫定律磁磁 路路IN欧姆定律欧姆定律电阻电阻电

26、流电流强度强度基尔霍夫定律基尔霍夫定律磁路与电路的比较磁路与电路的比较(二二)电电 路路R+_EI第27页，讲稿共66张，创作于星期二3.4 交流铁心线圈电路交流铁心线圈电路3.4.1 电磁关系电磁关系 +e+e+uNi（磁通势）（磁通势）主磁通主磁通 ：通过铁心闭合的磁通过铁心闭合的磁通过铁心闭合的磁通过铁心闭合的磁通。通。通。通。漏磁通漏磁通 ：经过空气或其经过空气或其它非导磁媒质闭合的磁通。它非导磁媒质闭合的磁通。线圈线圈线圈线圈铁心铁心铁心铁心 i i，铁心线圈的漏磁电感铁心线圈的漏磁电感铁心线圈的漏磁电感铁心线圈的漏磁电感 与与i不是线性关系。不是线性关系。第28页，讲稿共66张，创

27、作于星期二2.4.2 电压电流关系电压电流关系根据根据根据根据KVL:KVL:+ee uNi式中：式中：R R是线圈导线的电阻是线圈导线的电阻 L L 是漏磁电感是漏磁电感 当当当当 u u 是正弦电压时是正弦电压时，其它各电压、电流、电动势可视作，其它各电压、电流、电动势可视作，其它各电压、电流、电动势可视作，其它各电压、电流、电动势可视作正弦量，则电压、电流关系的相量式为：正弦量，则电压、电流关系的相量式为：正弦量，则电压、电流关系的相量式为：正弦量，则电压、电流关系的相量式为：第29页，讲稿共66张，创作于星期二设主磁通设主磁通 则则有效值有效值有效值有效值 由于线圈电阻由于线圈电阻由于

28、线圈电阻由于线圈电阻 R R 和感抗和感抗和感抗和感抗X X （或漏磁通（或漏磁通 ）较小，其电压）较小，其电压）较小，其电压）较小，其电压降也较小，与主磁电动势降也较小，与主磁电动势降也较小，与主磁电动势降也较小，与主磁电动势 E 相比可忽略，故有相比可忽略，故有相比可忽略，故有相比可忽略，故有式中：式中：B Bm是是铁心中磁感应强度的最大值，单位铁心中磁感应强度的最大值，单位铁心中磁感应强度的最大值，单位铁心中磁感应强度的最大值，单位T；S 是铁心截面积，单位是铁心截面积，单位mm2 2。第30页，讲稿共66张，创作于星期二2.4.3 电磁铁电磁铁1.概述概述概述概述 电磁铁是利用通电的铁

29、心线圈吸引衔铁或保持某种机电磁铁是利用通电的铁心线圈吸引衔铁或保持某种机电磁铁是利用通电的铁心线圈吸引衔铁或保持某种机电磁铁是利用通电的铁心线圈吸引衔铁或保持某种机械零件、工件于固定位置的一种电器。当电源断开时电磁械零件、工件于固定位置的一种电器。当电源断开时电磁械零件、工件于固定位置的一种电器。当电源断开时电磁械零件、工件于固定位置的一种电器。当电源断开时电磁铁的磁性消失，衔铁或其它零件即被释放。电磁铁衔铁的铁的磁性消失，衔铁或其它零件即被释放。电磁铁衔铁的铁的磁性消失，衔铁或其它零件即被释放。电磁铁衔铁的铁的磁性消失，衔铁或其它零件即被释放。电磁铁衔铁的动作可使其它机械装置发生联动。动作可

30、使其它机械装置发生联动。动作可使其它机械装置发生联动。动作可使其它机械装置发生联动。根据使用电源类型分为：根据使用电源类型分为：直流电磁铁：直流电磁铁：用直流电源励磁；用直流电源励磁；交流电磁铁：交流电磁铁：用交流电源励磁。用交流电源励磁。第31页，讲稿共66张，创作于星期二2.2.基本结构基本结构基本结构基本结构 电磁铁由线圈、铁心及衔铁三部分组成，常见的结电磁铁由线圈、铁心及衔铁三部分组成，常见的结构如图所示。构如图所示。铁心铁心铁心铁心衔铁衔铁衔铁衔铁衔铁衔铁衔铁衔铁 有时是机械零件有时是机械零件、工件充当衔铁工件充当衔铁F FF FF FF F线圈线圈线圈线圈线圈线圈线圈线圈衔铁衔铁衔

31、铁衔铁铁心铁心铁心铁心线圈线圈线圈线圈铁心铁心铁心铁心第32页，讲稿共66张，创作于星期二3.电磁铁吸力的计算电磁铁吸力的计算 电磁铁吸力的大小与气隙的截面积电磁铁吸力的大小与气隙的截面积电磁铁吸力的大小与气隙的截面积电磁铁吸力的大小与气隙的截面积S S0及气隙中的磁感及气隙中的磁感应强度应强度B B0 0的平方成正比。基本公式如下：的平方成正比。基本公式如下：式中：式中：式中：式中：B B0 0 的单位是特的单位是特 斯拉斯拉斯拉斯拉；S0 的单位是平方米；的单位是平方米；的单位是平方米；的单位是平方米；F F 的单位是牛的单位是牛 顿顿（N）。）。）。）。直流电磁铁的吸力直流电磁铁的吸力直

32、流电磁铁的吸力依据上述基本公式直接求取。直流电磁铁的吸力依据上述基本公式直接求取。第33页，讲稿共66张，创作于星期二交流电磁铁的吸力交流电磁铁的吸力交流电磁铁的吸力交流电磁铁的吸力交流电磁铁中磁场是交变的，设交流电磁铁中磁场是交变的，设交流电磁铁中磁场是交变的，设交流电磁铁中磁场是交变的，设式中：式中：式中：式中：为吸力的最大值。为吸力的最大值。为吸力的最大值。为吸力的最大值。吸力的波形吸力的波形吸力的波形吸力的波形:吸力平均值为吸力平均值为:t tF Fmmf fO第34页，讲稿共66张，创作于星期二 (1)交流电磁铁的吸力在零与最大值之间交流电磁铁的吸力在零与最大值之间交流电磁铁的吸力在

33、零与最大值之间交流电磁铁的吸力在零与最大值之间脉动。衔铁以两倍电源频率在颤动，引起噪音，脉动。衔铁以两倍电源频率在颤动，引起噪音，脉动。衔铁以两倍电源频率在颤动，引起噪音，脉动。衔铁以两倍电源频率在颤动，引起噪音，同时触点容易损坏。同时触点容易损坏。同时触点容易损坏。同时触点容易损坏。为了消除这种现象，在磁为了消除这种现象，在磁极的部分端面上套一个分磁环（或称短路环）极的部分端面上套一个分磁环（或称短路环），工作时，在分磁环中产生感应电流，其阻，工作时，在分磁环中产生感应电流，其阻碍磁通的变化，在磁极端面两部分中的磁通碍磁通的变化，在磁极端面两部分中的磁通 1 和和和和 2 2 之间产生相位差

34、，相应该两部分的之间产生相位差，相应该两部分的吸力不同时为零，实现消除振动和噪音，如吸力不同时为零，实现消除振动和噪音，如图所示；而直流电磁铁吸力恒定不变；图所示；而直流电磁铁吸力恒定不变；综合上述：综合上述：1 2 (2)交流电磁铁中交流电磁铁中交流电磁铁中交流电磁铁中,为了减少铁损，铁心由钢片叠成；为了减少铁损，铁心由钢片叠成；直流电磁铁的磁通不变，无铁损，铁心用整块软钢制成；直流电磁铁的磁通不变，无铁损，铁心用整块软钢制成；第35页，讲稿共66张，创作于星期二 (4)(4)直流电磁铁的励磁电流仅与线圈电阻有关，在直流电磁铁的励磁电流仅与线圈电阻有关，在吸合过程中，励磁电流不变。吸合过程中

35、，励磁电流不变。(3)(3)在交流电磁铁中，线圈电流不仅与线圈电阻有关，在交流电磁铁中，线圈电流不仅与线圈电阻有关，在交流电磁铁中，线圈电流不仅与线圈电阻有关，在交流电磁铁中，线圈电流不仅与线圈电阻有关，主要的还与线圈感抗有关。在其吸合过程中，随着磁路气主要的还与线圈感抗有关。在其吸合过程中，随着磁路气主要的还与线圈感抗有关。在其吸合过程中，随着磁路气主要的还与线圈感抗有关。在其吸合过程中，随着磁路气隙的减小，线圈感抗增大，电流减小。如果衔铁被卡住，隙的减小，线圈感抗增大，电流减小。如果衔铁被卡住，隙的减小，线圈感抗增大，电流减小。如果衔铁被卡住，隙的减小，线圈感抗增大，电流减小。如果衔铁被卡

36、住，通电后衔铁吸合不上，线圈感抗一直很小，电流较大，将通电后衔铁吸合不上，线圈感抗一直很小，电流较大，将通电后衔铁吸合不上，线圈感抗一直很小，电流较大，将通电后衔铁吸合不上，线圈感抗一直很小，电流较大，将使线圈严重发热甚至烧毁；使线圈严重发热甚至烧毁；使线圈严重发热甚至烧毁；使线圈严重发热甚至烧毁；4.4.电磁铁的应用电磁铁的应用 电磁铁在生产中获得广泛应用。其主要应用原理是：电磁铁在生产中获得广泛应用。其主要应用原理是：用电磁铁衔铁的动作带动其他机械装置运动，产生机械用电磁铁衔铁的动作带动其他机械装置运动，产生机械连动，实现控制要求。连动，实现控制要求。第36页，讲稿共66张，创作于星期二内

37、内 容容 直流电磁铁直流电磁铁 交流电磁铁交流电磁铁 铁芯结构由整块软钢制成,无短路环 由硅钢片制成,有短路环 吸合过程 电流不变,吸力逐渐加大 吸力基本不变,电流减小 吸合后 无振动 有轻微振动 吸合不好时 线圈不会过热 线圈会过热,可能烧坏 直流电磁铁与交流电磁铁比较直流电磁铁与交流电磁铁比较第37页，讲稿共66张，创作于星期二3.5 变压器变压器 变压器是静止的电磁器械，在电力系统和电子线路中应用广泛。变压器的主要功能有变压器的主要功能有变压器的主要功能有变压器的主要功能有：变电压（变电压（电力系统电力系统）变电流（变电流（电流互感器电流互感器）变阻抗（变阻抗（电子线路中的阻抗匹配电子线

38、路中的阻抗匹配）变压器的主要用途变压器的主要用途变压器的主要用途变压器的主要用途:经济地输电经济地输电合理地配电合理地配电安全地用电安全地用电 它利用电磁感应原理，将一种交流电转变为另一种或它利用电磁感应原理，将一种交流电转变为另一种或几种频率相同、大小不同的交流电。几种频率相同、大小不同的交流电。第38页，讲稿共66张，创作于星期二 例：电力工业中常采用高压输电低压配电，实现节能例：电力工业中常采用高压输电低压配电，实现节能例：电力工业中常采用高压输电低压配电，实现节能例：电力工业中常采用高压输电低压配电，实现节能并保证用电安全。具体如下：并保证用电安全。具体如下：并保证用电安全。具体如下：

39、并保证用电安全。具体如下：发电厂发电厂10.5kV输电线输电线220kV升压升压仪器仪器36V降压降压实验室实验室380/220V降压降压变电站变电站 10kV降压降压降压降压第39页，讲稿共66张，创作于星期二变压器的分类变压器的分类变压器的分类变压器的分类电压互感器电压互感器 电流互感器电流互感器 按用途分按用途分电力变压器电力变压器(输配电用输配电用)仪用变压器仪用变压器 整流变压器整流变压器 按相数分按相数分三相变压器三相变压器 单相变压器单相变压器 按制造方式按制造方式壳式壳式心式心式变压器符号变压器符号第40页，讲稿共66张，创作于星期二1 1 1 1、变压器的结构、变压器的结构、

40、变压器的结构、变压器的结构变压器的磁路变压器的磁路绕组：绕组：一次绕组一次绕组二次绕组二次绕组单相变压器单相变压器+由高导磁硅钢片叠成由高导磁硅钢片叠成厚厚0.35mm 或或 0.5mm铁心铁心变压器的电路变压器的电路一次一次绕组绕组N1二次二次绕组绕组N2铁心铁心3.5.1 单相变压器的基本结构和原理单相变压器的基本结构和原理第41页，讲稿共66张，创作于星期二变压器的结构变压器的结构单相变压器三相电力变压器1一信号式温度计；2一吸湿器；3一储油柜；4一油表；5一安全气边；6一气体继电器；7一高压套管；8一低压套管；9一分接开关；10一油箱；11铁心；12线圈；13放油阀门第42页，讲稿共6

41、6张，创作于星期二2、变压器的工作原理变压器的工作原理单相变压器单相变压器+一次一次绕组绕组N1二次二次绕组绕组N2铁心铁心 一次、二次绕组互不相连，能量的传递靠磁耦合。一次、二次绕组互不相连，能量的传递靠磁耦合。一次、二次绕组互不相连，能量的传递靠磁耦合。一次、二次绕组互不相连，能量的传递靠磁耦合。第43页，讲稿共66张，创作于星期二(1)空载运行情况空载运行情况1）电磁关系电磁关系一次侧接交流电源，二一次侧接交流电源，二次侧开路。次侧开路。+1 i0(i0N1)1空载时，空载时，铁心中主铁心中主磁通磁通 是是由一次绕由一次绕组磁通势组磁通势产生的。产生的。第44页，讲稿共66张，创作于星期

42、二(2)带负载运行情况带负载运行情况1）电磁关系电磁关系一次侧接交流电源，一次侧接交流电源，二次侧二次侧接负载接负载。+1 1i1(i1N1)i1i2(i2N2)2有载时，铁心有载时，铁心中主磁通中主磁通 是是由由一次、二次绕一次、二次绕组磁通势共同组磁通势共同产生的合成磁产生的合成磁通。通。2i2+e2+e 2+u2 Z Z 第45页，讲稿共66张，创作于星期二2 2）电压变换电压变换电压变换电压变换（设加正弦交流电压）（设加正弦交流电压）（设加正弦交流电压）（设加正弦交流电压）有效值有效值:同同 理：理：主磁通按正弦规律变化，设为主磁通按正弦规律变化，设为 则则(1)一次、二次侧主磁通感应

43、电动势一次、二次侧主磁通感应电动势一次、二次侧主磁通感应电动势一次、二次侧主磁通感应电动势第46页，讲稿共66张，创作于星期二根据根据KVL：变压器一次侧等效电路如图变压器一次侧等效电路如图 由于电阻由于电阻 R1 和感抗和感抗 X X1 1(或漏磁通或漏磁通)较小较小,其两端的电压其两端的电压也较小也较小,与主磁电动势与主磁电动势 E1 1比较可忽略不计，则比较可忽略不计，则+(2)(2)一次、二次侧电压一次、二次侧电压一次、二次侧电压一次、二次侧电压式中式中式中式中 R R1 为为一次侧一次侧绕组的电阻绕组的电阻;X1 1=L L 1 1 为为为为一次侧一次侧绕组的感抗绕组的感抗绕组的感抗

44、绕组的感抗(漏磁感抗，由漏磁产漏磁感抗，由漏磁产生生)。第47页，讲稿共66张，创作于星期二（匝比）（匝比）K为变比为变比对二次侧，对二次侧，对二次侧，对二次侧，根据根据KVL：结论：改变匝数比，就能改变输出电压。结论：改变匝数比，就能改变输出电压。式中式中 R2 为为二次二次绕组的电阻绕组的电阻;X2=L 2 2 为为二次二次绕组的感抗；绕组的感抗；为为二次二次绕组的端电压。绕组的端电压。变压器空载时变压器空载时变压器空载时变压器空载时:+u2+i1 1i2+e2+e 2 2式中式中式中式中U U20为变压器空载电压。为变压器空载电压。为变压器空载电压。为变压器空载电压。故有故有第48页，讲

45、稿共66张，创作于星期二3）电流变换电流变换(一次、二次侧电流关系一次、二次侧电流关系一次、二次侧电流关系一次、二次侧电流关系)有载运行有载运行 可见，铁心中主磁通的最大值可见，铁心中主磁通的最大值可见，铁心中主磁通的最大值可见，铁心中主磁通的最大值 mm在变压器空载和有在变压器空载和有载时近似保持不变。即有载时近似保持不变。即有 不论变压器空载还是不论变压器空载还是有载，一次绕组上的阻有载，一次绕组上的阻抗压降均可忽略，故有抗压降均可忽略，故有由上式，若由上式，若由上式，若由上式，若U1、f f 不变，则不变，则 m 基本不变，近于常数。基本不变，近于常数。基本不变，近于常数。基本不变，近于

46、常数。空载空载：有载：有载：+|Z|+第49页，讲稿共66张，创作于星期二一般情况下：一般情况下：I0 (23)%I1N 很小可忽略。很小可忽略。或或结论：一次、二次侧电流与匝数成反比。结论：一次、二次侧电流与匝数成反比。或：或：1.1.提供产生提供产生提供产生提供产生 m的磁势的磁势的磁势的磁势2.提供用于补偿提供用于补偿 作用作用 的磁势的磁势磁势平衡式：磁势平衡式：空载磁势空载磁势有载磁势有载磁势第50页，讲稿共66张，创作于星期二4）阻抗变换阻抗变换由图可知：由图可知：结论：结论：变压器一次侧的等效阻抗模，为二次侧所变压器一次侧的等效阻抗模，为二次侧所带负载的阻抗模的带负载的阻抗模的K

47、 2 倍。倍。+第51页，讲稿共66张，创作于星期二(1)(1)变压器的匝数比应为变压器的匝数比应为变压器的匝数比应为变压器的匝数比应为：信号源信号源R0RL+R0+解解解解:例例1:如图，交流信号源的电动如图，交流信号源的电动势势 E=120V，内阻，内阻 R 0=800，负载为扬声器，其等效电阻负载为扬声器，其等效电阻为为RL=8。要求。要求:（1）当）当RL折算到原边的等效电阻折算到原边的等效电阻 时，求变压器的匝数比和信号时，求变压器的匝数比和信号源输出的功率；（源输出的功率；（2）当将负）当将负载直接与信号源联接时载直接与信号源联接时,信号信号源输出多大功率？源输出多大功率？第52页

48、，讲稿共66张，创作于星期二信号源的输出功率：信号源的输出功率：电子线路中，常利用阻抗匹配实现最大输出功率。电子线路中，常利用阻抗匹配实现最大输出功率。结论：接入变压器以后，输出功率大大提高。结论：接入变压器以后，输出功率大大提高。结论：接入变压器以后，输出功率大大提高。结论：接入变压器以后，输出功率大大提高。原因：原因：满足了最大功率输出的条件：满足了最大功率输出的条件：（2）将负载直接接到信号源上时）将负载直接接到信号源上时，输出功率输出功率输出功率输出功率为：为：第53页，讲稿共66张，创作于星期二为减少涡流损耗，铁心一般由为减少涡流损耗，铁心一般由为减少涡流损耗，铁心一般由为减少涡流损

49、耗，铁心一般由导磁钢片叠成。导磁钢片叠成。导磁钢片叠成。导磁钢片叠成。3.2.13.2.1变压器的损耗变压器的损耗铜损铜损铜损铜损 (pCu)：绕组导线电阻的损耗。绕组导线电阻的损耗。涡流损耗：交变磁通在铁心中产生的感涡流损耗：交变磁通在铁心中产生的感 应电流应电流(涡流涡流)造成的损耗。造成的损耗。造成的损耗。造成的损耗。磁滞损耗：磁滞现象引起铁心发热，造磁滞损耗：磁滞现象引起铁心发热，造 成的损耗。成的损耗。铁损铁损(p pFe)：3.23.2 变压器的损耗与效率变压器的损耗与效率()第54页，讲稿共66张，创作于星期二（1 1）磁滞损耗）磁滞损耗 磁滞损耗的大小：磁滞损耗的大小：磁滞损耗

50、的大小：磁滞损耗的大小：单位体积内的磁滞损耗正比与磁滞回单位体积内的磁滞损耗正比与磁滞回单位体积内的磁滞损耗正比与磁滞回单位体积内的磁滞损耗正比与磁滞回线的面积和磁场交变的频率线的面积和磁场交变的频率线的面积和磁场交变的频率线的面积和磁场交变的频率 f f。O OHB 磁滞损耗转化为热能，引起铁心发磁滞损耗转化为热能，引起铁心发磁滞损耗转化为热能，引起铁心发磁滞损耗转化为热能，引起铁心发热。热。热。热。减少磁滞损耗的措施：减少磁滞损耗的措施：选用磁滞回线狭小的磁性材料制作铁心。变压器和电机选用磁滞回线狭小的磁性材料制作铁心。变压器和电机选用磁滞回线狭小的磁性材料制作铁心。变压器和电机选用磁滞回