电工电子技术基础--第六章

下一页总目录章目录返回上一页第第66章章磁路与铁心线圈电路磁路与铁心线圈电路6.26.2磁性材料的磁性能磁性材料的磁性能6.56.5变压器变压器6.66.6电磁铁电磁铁6.16.1磁场的基本物理量磁场的基本物理量6.36.3磁路及其基本定律磁路及其基本定律6.46.4交流铁心线圈电路交流铁心线圈电路PDFcreatedwithpdfFactoryProtrialversion了解变压器的基本结构、工作原理、运行特性和了解变压器的基本结构、工作原理、运行特性和绕组的同极性端，理解变压器额定值的意义；绕组的同极性端，理解变压器额定值的意义；3.3.掌握变压器电压、电流和阻抗变换作用；掌握变压器电压、电流和阻抗变换作用；44..了解三相电压的变换方法；了解三相电压的变换方法；本章要求：本章要求：第第66章章磁路与铁心线圈电路磁路与铁心线圈电路5.5.了解电磁铁的基本工作原理及其应用知识。了解电磁铁的基本工作原理及其应用知识。1.1.理解磁场的基本物理量的意义，了解磁性材料的理解磁场的基本物理量的意义，了解磁性材料的基本知识及磁路的基本定律，会分析计算交流铁基本知识及磁路的基本定律，会分析计算交流铁心线圈电路；心线圈电路；PDFcreatedwithpdfFactoryProtrialversion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。磁感应强度磁感应强度BB的大小的大小::磁感应强度磁感应强度BB的方向的方向::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右手螺旋定则。lIFB=磁感应强度磁感应强度BB的单位的单位::特斯拉特斯拉((TT))，，11T=1Wb/mT=1Wb/m22均匀磁场均匀磁场::各点磁感应强度大小相等，方向相同的各点磁感应强度大小相等，方向相同的磁场，也称磁场，也称匀强磁场匀强磁场。。PDFcreatedwithpdfFactoryProtrialversion：：穿过垂直于穿过垂直于BB方向的面积方向的面积SS中的磁力线总中的磁力线总数。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BB的平均的平均值。值。在在均匀磁场中均匀磁场中FF=BS=BS或或B=B=FF//SS磁感应强度磁感应强度BB在数值上可以看成为与磁场方向垂直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的单位面积所通过的磁通,,故又称故又称磁通密度磁通密度。。磁通磁通FF的单位的单位::韦韦[[伯伯](](WbWb))1Wb=1V1Wb=1V··ss7.1.37.1.3磁场强度磁场强度磁场强度磁场强度HH：：介质中某点的磁感应强度介质中某点的磁感应强度BB与介质与介质磁导率磁导率mm之比。之比。磁场强度磁场强度HH的单位的单位：：安培安培//米（米（A/mA/m))mBH=PDFcreatedwithpdfFactoryProtrialversion下一页总目录章目录返回上一页任意选定一个闭合回线的围绕方向，凡是电流方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合右螺旋定则的电流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。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；∫lHdSSII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：：òå=IlHd安培环路定律（全电流定律）安培环路定律（全电流定律）II11HHII22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。在在均匀磁场中均匀磁场中Hl=INHl=INlINH=或PDFcreatedwithpdfFactoryProtrialversion下一页总目录章目录返回上一页例例::环形线圈如图，其中媒质是均匀的，环形线圈如图，其中媒质是均匀的，试计算试计算线线圈内部各点的磁场强度。圈内部各点的磁场强度。解解::取磁通作为闭合回线，以取磁通作为闭合回线，以其其方向作为回线的围绕方向，则有：方向作为回线的围绕方向，则有：xHlHlHxxxp2d´==òNII=åNIx2Hx=´πòå=IlHdSSxxFFHHxxIINN匝匝PDFcreatedwithpdfFactoryProtrialversion，，称为称为磁通势磁通势，用字母，用字母FF表示，则有表示，则有F=NIF=NI磁通由磁通势产生，磁通势的单位是安磁通由磁通势产生，磁通势的单位是安[[培培]]。。式中：式中：NN线圈匝数；线圈匝数；llxx==22ppxx是是半径为半径为xx的圆周长；的圆周长；HHxx半径半径xx处的磁场强度；处的磁场强度；NINI为线圈匝数与电流的乘积。为线圈匝数与电流的乘积。xxlNIx2NIH==π故得：故得：SSxxFFHHxxIINN匝匝PDFcreatedwithpdfFactoryProtrialversion下一页总目录章目录返回上一页真空的磁导率为常数，用真空的磁导率为常数，用mm00表示，有：表示，有：6.1.46.1.4磁导率磁导率磁导率磁导率mm：：表示磁场媒质磁性的物理量，衡量物质表示磁场媒质磁性的物理量，衡量物质的导磁能力的导磁能力。。H/m10π470-´=m相对磁导率相对磁导率mmrr：：任一种物质的磁导率任一种物质的磁导率mm和真空的磁导率和真空的磁导率mm00的比值的比值。。0rmmm=磁导率磁导率mm的单位：的单位：亨亨//米（米（H/mH/m））0BB=HH0mm=PDFcreatedwithpdfFactoryProtrialversion下一页总目录章目录返回上一页例：例：环形线圈如图，其中媒质是均环形线圈如图，其中媒质是均匀的，磁导率为匀的，磁导率为mm，，试计算线圈内试计算线圈内部各点的磁感应强度。部各点的磁感应强度。解：解：半径为半径为xx处各点的磁场强度为处各点的磁场强度为xxlNIH=故相应点磁感应强度为故相应点磁感应强度为xxxlNIHBmm==SSxxFFHHxxIINN匝匝由上例可见由上例可见,,磁场内某点的磁场强度磁场内某点的磁场强度HH只与电流只与电流大小、线圈匝数、以及该点的几何位置有关，与磁大小、线圈匝数、以及该点的几何位置有关，与磁场媒质的磁性场媒质的磁性((mm))无关；无关；而磁感应强度而磁感应强度BB与磁场媒与磁场媒质的磁性有关。质的磁性有关。PDFcreatedwithpdfFactoryProtrialversion非磁性物质非磁性物质非磁性物质分子电流的磁场方向杂乱无章，几乎非磁性物质分子电流的磁场方向杂乱无章，几乎不受外磁场的影响而互相抵消，不具有磁化特性。不受外磁场的影响而互相抵消，不具有磁化特性。非磁性材料的磁导率都是常数，有：非磁性材料的磁导率都是常数，有：所以磁通所以磁通FF与产生此磁通的电流与产生此磁通的电流II成正比，呈成正比，呈线性关系。线性关系。当磁场媒质是非磁性材料时，有：当磁场媒质是非磁性材料时，有：即即BB与与HH成正比，呈线性关系。成正比，呈线性关系。由于由于lNIHSΦB==,OOHHBBmm»»mm00mmrr»»11BB==mm00HH((FF))((II))PDFcreatedwithpdfFactoryProtrialversion磁性物质磁性物质磁性物质内部形成许多小区域，其分子间存在的磁性物质内部形成许多小区域，其分子间存在的一种特殊的作用力使每一区域内的分子磁场排列整一种特殊的作用力使每一区域内的分子磁场排列整齐，显示磁性，称这些小区域为磁畴。齐，显示磁性，称这些小区域为磁畴。在外磁场作用下，磁畴方向发生变化，使之与外在外磁场作用下，磁畴方向发生变化，使之与外磁场方向趋于一致，物质整体显示出磁性来，称为磁场方向趋于一致，物质整体显示出磁性来，称为磁化。即磁化。即磁性物质能被磁化。磁性物质能被磁化。磁磁畴畴外外磁磁场场在没有外磁场作用的普通磁性物质中，各个磁畴在没有外磁场作用的普通磁性物质中，各个磁畴排列杂乱无章，磁场互相抵消，整体对外不显磁排列杂乱无章，磁场互相抵消，整体对外不显磁性。性。磁磁畴畴PDFcreatedwithpdfFactoryProtrialversion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mmrr11((如坡如坡莫合金，其莫合金，其mmrr可达可达22´´101055))。。磁性材料磁性材料能被强烈的磁化，能被强烈的磁化，具有很高的导磁性具有很高的导磁性能。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。磁性物质的高导磁性被广泛地应用于电工设备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中，如电机、变压器及各种铁磁元件的线圈中都放有铁心。放有铁心。磁性物质的高导磁性被广泛地应用于电工设备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中，如电机、变压器及各种铁磁元件的线圈中都放有铁心。在这种放有铁心。在这种具有铁心的线圈中通入不太大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的励磁电流，便可以产生较大的磁通和磁感应强度。度。PDFcreatedwithpdfFactoryProtrialversion下一页总目录章目录返回上一页磁性物质由于磁化所产生的磁化磁场不会随着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。外磁场的增强而无限的增强。6.2.26.2.2磁饱和性磁饱和性BBJJ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；BB00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应强度直线；磁感应强度直线；BBBBJJ曲线和曲线和BB00直线的纵坐标相直线的纵坐标相加即磁场的加即磁场的BB--HH磁化曲线。磁化曲线。OOHHBBBB00BBJJBB••aa••bb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外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程度时，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，磁化磁场的磁感应强度将趋向外部磁场方向一致，磁化磁场的磁感应强度将趋向某一定值。如图。某一定值。如图。PDFcreatedwithpdfFactoryProtrialversion磁化曲线的特征：磁化曲线的特征：OOaa段：段：BB与与HH几乎成正比