電工基礎(chǔ)(第五版)第四章課件

電工基礎(chǔ)(第五版)第四章課件.ppt_圖文.ppt1.能應(yīng)用右手螺旋定則正確判斷通電長(zhǎng)直導(dǎo)線和通電螺線管的磁場(chǎng)方向。2.理解磁感應(yīng)強(qiáng)度、磁通、磁導(dǎo)率的概念?！?—1磁場(chǎng)一、磁場(chǎng)與磁感線當(dāng)兩個(gè)磁極靠近時(shí),它們之間會(huì)發(fā)生相互作用:同名磁極相互排斥,異名磁極相互吸引。兩個(gè)磁極互不接觸,卻存在相互作用力,這是因?yàn)樵诖朋w周?chē)目臻g中存在著一種特殊的物質(zhì)———磁場(chǎng)。用一些互不交叉的閉合曲線來(lái)描述磁場(chǎng),這樣的曲線稱(chēng)為磁感線。磁感線上每一點(diǎn)的切線方向就是該點(diǎn)的磁場(chǎng)方向。磁感線在磁體外部由N極指向S極,在磁體內(nèi)部由S極指向N極。磁感線的疏密程度表現(xiàn)了各處磁場(chǎng)的強(qiáng)弱。蹄形磁鐵的磁感線條形磁鐵的磁感線在磁場(chǎng)的某一區(qū)域里,如果磁感線是一些方向相同分布均勻的平行直線,則稱(chēng)這一區(qū)域?yàn)閯驈?qiáng)磁場(chǎng)。勻強(qiáng)磁場(chǎng)二、電流的磁場(chǎng)電流周?chē)嬖谥艌?chǎng)。電流產(chǎn)生磁場(chǎng)的這種現(xiàn)象稱(chēng)為電流的磁效應(yīng)。通電導(dǎo)線使磁針偏轉(zhuǎn)通電長(zhǎng)直導(dǎo)線及通電螺線管周?chē)拇艌?chǎng)方向可用右手螺旋定則(也稱(chēng)安培定則)來(lái)確定。三、磁場(chǎng)的主要物理量磁場(chǎng)的強(qiáng)弱用磁感應(yīng)強(qiáng)度來(lái)描述,符號(hào)為B,單位是特斯拉(T),簡(jiǎn)稱(chēng)特。某點(diǎn)處磁感應(yīng)強(qiáng)度的方向,就是該點(diǎn)的磁場(chǎng)方向。磁場(chǎng)越強(qiáng),磁感應(yīng)強(qiáng)度越大；磁場(chǎng)越弱,則磁感應(yīng)強(qiáng)度越小。1.磁感應(yīng)強(qiáng)度2.磁通設(shè)在磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中,有一個(gè)與磁場(chǎng)方向垂直的平面,面積為S,則把B與S的乘積定義為穿過(guò)這個(gè)面積的磁通量，簡(jiǎn)稱(chēng)磁通。用Φ表示磁通,則有平面與B垂直平面與B不垂直磁通如果磁場(chǎng)不與所討論的平面垂直,則應(yīng)以這個(gè)平面在垂直于磁場(chǎng)B的方向的投影面積S'與B的乘積來(lái)表示磁通。由Φ=BS可得B=Φ/S,這表示磁感應(yīng)強(qiáng)度等于穿過(guò)單位面積的磁通,所以磁感應(yīng)強(qiáng)度又稱(chēng)磁通密度。當(dāng)面積一定時(shí),該面積上的磁通越大,磁感應(yīng)強(qiáng)度越大,磁場(chǎng)越強(qiáng)。3.磁導(dǎo)率磁導(dǎo)率就是一個(gè)用來(lái)表示媒介質(zhì)導(dǎo)磁性能的物理量,用μ表示,其單位為H/m(亨/米)。為了比較媒介質(zhì)對(duì)磁場(chǎng)的影響,把任一物質(zhì)的磁導(dǎo)率與真空的磁導(dǎo)率的比值稱(chēng)作相對(duì)磁導(dǎo)率,用μr表示,即:1.理解磁場(chǎng)對(duì)電流的作用力(電磁力)，能用左手定則正確判斷電磁力的方向。2.了解磁場(chǎng)對(duì)通電線圈的作用及其應(yīng)用。§4—2磁場(chǎng)對(duì)電流的作用一、磁場(chǎng)對(duì)通電直導(dǎo)體的作用通常把通電導(dǎo)體在磁場(chǎng)中受到的力稱(chēng)為電磁力,也稱(chēng)安培力。通電導(dǎo)線長(zhǎng)度一定時(shí),電流越大,電流所受電磁力越大；電流一定時(shí),通電導(dǎo)線越長(zhǎng),電磁力也越大。通電直導(dǎo)體在磁場(chǎng)中受到的電磁力通電直導(dǎo)體在磁場(chǎng)內(nèi)的受力方向可用左手定則來(lái)判斷。左手定則電磁力的計(jì)算式為電流方向與磁場(chǎng)方向有一夾角α當(dāng)電流方向與磁場(chǎng)方向垂直時(shí),電流所受的電磁力最大。二、通電平行直導(dǎo)線間的作用通入同方向電流的通入反方向電流的平行導(dǎo)線相互吸引平行導(dǎo)線相互排斥三、磁場(chǎng)對(duì)通電線圈的作用磁場(chǎng)對(duì)通電矩形線圈的作用是電動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)的基本原理。直流電動(dòng)機(jī)的原理磁電式儀表的結(jié)構(gòu)磁懸浮列車(chē)磁懸浮原理磁推進(jìn)原理磁懸浮列車(chē)1.理解感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的概念,能用右手定則正確判斷感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的方向。2.掌握楞次定律及其應(yīng)用,理解法拉第電磁感應(yīng)定律。§4—3電磁感應(yīng)一、電磁感應(yīng)現(xiàn)象條形磁鐵快速插入線圈條形磁鐵快速拔出線圈電磁感應(yīng)現(xiàn)象這種磁場(chǎng)產(chǎn)生電流的現(xiàn)象稱(chēng)為電磁感應(yīng)現(xiàn)象,產(chǎn)生的電流稱(chēng)為感應(yīng)電流,產(chǎn)生感應(yīng)電流的電動(dòng)勢(shì)稱(chēng)為感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。感應(yīng)電流的產(chǎn)生與磁通的變化有關(guān)。當(dāng)穿過(guò)閉合電路的磁通發(fā)生變化時(shí),閉合電路中就有感應(yīng)電流。二、楞次定律楞次定律指出了磁通的變化與感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)在方向上的關(guān)系,即：感應(yīng)電流產(chǎn)生的磁通總要阻礙引起感應(yīng)電流的磁通的變化。如果把線圈看成是一個(gè)電源,則感應(yīng)電流流出端(如圖中線圈的下端)為電源的正極。三、法拉第電磁感應(yīng)定律法拉第電磁感應(yīng)定律：線圈中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的大小與線圈中磁通的變化率成正比。N匝線圈的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的大小為感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的方向需要根據(jù)楞次定律進(jìn)行判定,在電路計(jì)算中,應(yīng)根據(jù)實(shí)際方向與參考方向的關(guān)系確定其正負(fù)。四、直導(dǎo)線切割磁感線產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)導(dǎo)體切割磁感線產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的方向可用右手定則判斷。如圖所示,平伸右手,大拇指與其余四指垂直,讓磁感線穿入掌心,大拇指指向?qū)w運(yùn)動(dòng)方向,則其余四指所指的方向就是感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的方向。右手定則如果導(dǎo)體運(yùn)動(dòng)方向與磁感線方向有一夾角α，則導(dǎo)體中的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為當(dāng)導(dǎo)體、導(dǎo)體運(yùn)動(dòng)方向和磁感線方向三者互相垂直時(shí),導(dǎo)體中的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為導(dǎo)體運(yùn)動(dòng)方向與磁感線方向有一個(gè)夾角α發(fā)電機(jī)就是應(yīng)用導(dǎo)線切割磁感線產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的原理發(fā)電的。發(fā)電機(jī)原理示意圖霍爾元件霍爾效應(yīng)利用霍爾元件制成的位置傳感器霍爾元件的應(yīng)用沖床磁感應(yīng)電子計(jì)數(shù)器示意圖1.了解自感現(xiàn)象、互感現(xiàn)象及其應(yīng)用。2.理解自感系數(shù)和互感系數(shù)的概念。3.理解同名端的概念,能正確判斷和測(cè)定互感線圈的同名端?！?—4自感和互感一、自感1.自感現(xiàn)象自感實(shí)驗(yàn)電路一這種由于流過(guò)線圈自身的電流發(fā)生變化而引起的電磁感應(yīng)現(xiàn)象稱(chēng)為自感現(xiàn)象,簡(jiǎn)稱(chēng)自感。在自感現(xiàn)象中產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)稱(chēng)為自感電動(dòng)勢(shì),用eL表示,自感電流用iL表示。自感電動(dòng)勢(shì)的方向可結(jié)合楞次定律和右手螺旋定則來(lái)確定。2.自感系數(shù)當(dāng)線圈中通入電流后,這一電流使每匝線圈所產(chǎn)生的磁通稱(chēng)為自感磁通。為了衡量不同線圈產(chǎn)生自感磁通的能力,引入自感系數(shù)(又稱(chēng)電感)這一物理量,用L表示,它在數(shù)值上等于一個(gè)線圈中通過(guò)單位電流所產(chǎn)生的自感磁通。即有鐵心的線圈,其電感要比空心線圈的電感大得多。3.自感電動(dòng)勢(shì)的大小自感現(xiàn)象是一種特殊的電磁感應(yīng)現(xiàn)象,它必然也遵從法拉第電磁感應(yīng)定律。自感電動(dòng)勢(shì)大小的計(jì)算式為自感電動(dòng)勢(shì)的大小與電流的變化率和自感系數(shù)之積成正比,電流變化率越大,自感電動(dòng)勢(shì)越大,反之亦然。所以，電感L也反映了線圈產(chǎn)生自感電動(dòng)勢(shì)的能力。自感電動(dòng)勢(shì)的方向應(yīng)根據(jù)楞次定律判定。二、互感1.互感現(xiàn)象互感實(shí)驗(yàn)電路這種由一個(gè)線圈中的電流發(fā)生變化而在另一線圈中產(chǎn)生電磁感應(yīng)的現(xiàn)象稱(chēng)為互感現(xiàn)象,簡(jiǎn)稱(chēng)互感。由互感產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)稱(chēng)為互感電動(dòng)勢(shì),用eM表示。為描述一個(gè)線圈電流的變化在另一個(gè)線圈中產(chǎn)生互感電動(dòng)勢(shì)的能力,引入互感系數(shù)(簡(jiǎn)稱(chēng)互感)這一物理量,用M表示,互感的單位也是H?；ジ邢禂?shù)與兩個(gè)線圈的匝數(shù)、幾何形狀、相對(duì)位置以及周?chē)橘|(zhì)等因素有關(guān)。2.互感電動(dòng)勢(shì)的大小和方向互感現(xiàn)象遵從法拉第電磁感應(yīng)定律?；ジ须妱?dòng)勢(shì)大小的計(jì)算式為互感電動(dòng)勢(shì)方向也應(yīng)根據(jù)楞次定律判定。3.同名端由于線圈繞向一致而產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的極性始終保持一致的端子稱(chēng)為線圈的同名端,用“·”或“*”表示?；ジ芯€圈的同名端4.互感線圈的連接兩個(gè)線圈的一對(duì)異名端相接稱(chēng)為順串,這時(shí)兩個(gè)線圈的磁通方向是相同的。串接后的等效電感兩個(gè)互感線圈順串兩個(gè)線圈的一對(duì)同名端相接稱(chēng)為反串,這時(shí)兩個(gè)線圈的磁通方向是相反的。串接后的等效電感兩個(gè)互感線圈反串如果將兩個(gè)相同線圈的同名端接在一起,則兩個(gè)線圈所產(chǎn)生的磁通在任何時(shí)候都是大小相等而方向相反,因而相互抵消。這樣接成的線圈就不會(huì)有磁通穿過(guò)。在繞制電阻時(shí),將電阻線對(duì)折,雙線并繞，就可以制成無(wú)感電阻。無(wú)感電阻在有鐵心的線圈中通入交流電時(shí),就有交變的磁場(chǎng)穿過(guò)鐵心,這時(shí)會(huì)在鐵心內(nèi)部產(chǎn)生自感電動(dòng)勢(shì)并形成電流,由于這種電流形如旋渦,故稱(chēng)渦流。一、渦流高頻感應(yīng)爐冶煉金屬家用電磁爐示意圖渦流的利用單層鐵心渦流損耗大多層鐵心渦流損耗小采用多層鐵心減小渦流損耗二、互感器互感器有兩個(gè)或兩個(gè)以上繞組,它利用互感原理使交流電從一個(gè)繞組傳向另一個(gè)(或幾個(gè))繞組,以實(shí)現(xiàn)電能或信號(hào)的“隔空”傳遞。多繞組變壓器鉗形電流表互感原理的應(yīng)用示例電流互感器電壓互感器收音機(jī)中的中頻變壓器互感原理的應(yīng)用示例漏電保護(hù)器原理圖三極(組合式)二極兩種漏電保護(hù)器外形三、汽車(chē)點(diǎn)火線圈汽車(chē)點(diǎn)火線圈的外形點(diǎn)火線圈的電路結(jié)構(gòu)1.理解鐵磁材料的磁化以及磁化曲線、磁滯回線與鐵磁材料性能的關(guān)系。2.了解鐵磁材料的分類(lèi)及應(yīng)用。3.理解磁動(dòng)勢(shì)和磁阻的概念及磁路歐姆定律?！?—5鐵磁材料與磁路一、鐵磁物質(zhì)的磁化使原來(lái)沒(méi)有磁性的物質(zhì)具有磁性的過(guò)程稱(chēng)為磁化。只有鐵磁材料才能被磁化，而非鐵磁性材料是不能被磁化的。這是因?yàn)殍F磁物質(zhì)可以看作由許多被稱(chēng)為磁疇的小磁體所組成。當(dāng)一個(gè)線圈的結(jié)構(gòu)、形狀、匝數(shù)都已確定時(shí),線圈中的磁通Φ隨電流I變化的規(guī)律可用Φ—I曲線來(lái)表示,稱(chēng)為磁化曲線。它反映了鐵心的磁化過(guò)程。利用電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)磁化鐵心磁化曲線磁化實(shí)驗(yàn)與磁化曲線曲線Oa段較為陡峭,Φ隨I近似成正比增加。b點(diǎn)以后的部分近似平坦,這表明即使再增大線圈中的電流I,Φ也已近似不變了,鐵心磁化到這種程度稱(chēng)為磁飽和。a點(diǎn)到b點(diǎn)是一段彎曲的部分,稱(chēng)為曲線的膝部。這表明從未飽和到飽和是逐步過(guò)渡的。磁化曲線各種電器的線圈中,一般都裝有鐵心以獲得較強(qiáng)的磁場(chǎng)。為了盡可能增強(qiáng)線圈中的磁場(chǎng),還常將鐵心制成閉合的形狀,使磁感線沿鐵心構(gòu)成回路,磁感線沿鐵心構(gòu)成回路理想情況實(shí)際情況反復(fù)磁化和磁滯回線當(dāng)線圈中電流變化到零時(shí),由于磁疇存在慣性,鐵心中的Φ并不為零,而是仍保留部分剩磁,如圖b中的b、e兩點(diǎn)。此時(shí)必須加反向電流,并達(dá)到一定數(shù)值(圖b中c、f兩點(diǎn)),才能使剩磁消失。上述現(xiàn)象稱(chēng)為磁滯,圖b中的封閉曲線稱(chēng)為磁滯回線。鐵心在反復(fù)磁化的過(guò)程中,由于要不斷克服磁疇?wèi)T性將損耗一定的能量,稱(chēng)為磁滯損耗,這將使鐵心發(fā)熱。二、鐵磁材料的分類(lèi)三、磁路與磁路歐姆定律1.磁路磁通所通過(guò)的路徑稱(chēng)為磁路。磁電系儀表變壓器電動(dòng)機(jī)幾種電氣設(shè)備的磁路磁路可分為無(wú)分支磁路和有分支磁路。全部在磁路內(nèi)部閉合的磁通稱(chēng)主磁通,部分經(jīng)過(guò)磁路周?chē)镔|(zhì)而自成回路的磁通稱(chēng)為漏磁通。由于制造和結(jié)構(gòu)上的原因,磁路中常有氣隙,當(dāng)氣隙很小時(shí),氣隙中的磁感線是平行而均勻的,只有極少數(shù)磁感線擴(kuò)散出去形成所謂的邊緣效應(yīng)。主磁通、漏磁通和邊緣效應(yīng)磁阻就是磁通通過(guò)磁路時(shí)所受到的阻礙作用,用符號(hào)Rm表示。磁路中磁阻的大小與磁路的長(zhǎng)度L成正比,與磁路的橫截面積S成反比,并與組成磁路材料的磁導(dǎo)率有關(guān),其公式為2.磁路歐姆定律通過(guò)磁路的磁通與磁動(dòng)勢(shì)成正比,而與磁阻成反比,稱(chēng)磁路歐姆定律，即如果磁路中有空氣隙,由于空氣隙的磁阻遠(yuǎn)比鐵磁材料的磁阻大,整個(gè)磁路的磁阻會(huì)大大增加,若要有足夠的磁通,就必須增大勵(lì)磁電流或增加線圈的匝數(shù),即增大磁動(dòng)勢(shì)。由于鐵磁材料磁導(dǎo)率的非線性,磁阻Rm不是常數(shù),所以磁路歐姆定律只能對(duì)磁路作定性分析。磁路和電路的比較四、電磁鐵電磁鐵是利用通有電流的鐵心線圈對(duì)鐵磁性物質(zhì)產(chǎn)生電磁吸力的裝置。它們都是由線圈、鐵心和銜鐵三個(gè)基本部分組成。馬蹄式(起重電磁鐵)拍合式(繼電器)螺管式(電磁閥)電磁鐵的