物理与电子工程系课件.ppt

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1、本章将介绍与磁路有关的电路问题。在电工技术中不仅要讨论电路问题，还将讨论磁路问题。因为很多电工设备与电路和磁路都有关系，如电动机、变压器、电磁铁及电工测量仪表等。磁路问题与磁场有关，与磁介质有关，但磁场往往与电流相关联，所以本章将研究磁路和电路的关系及磁和电的关系。本章讨论对象将以变压器和电磁铁为主，重点研究其电磁特性，为以后研究电动机的基本特性作基础。目录返回6.1磁路及其分析方法6.2交流铁心线圈电路6.3变压器6.4电磁铁6.1.1磁场的基本物理量：磁感应强度、磁通、磁场强度、磁导率等。1、磁感应强度表示磁场内某点的磁场强弱和方向的物理量。其与电流之间的方向用右手螺旋法则确定。B的

2、单位：特[斯拉]（T）1T＝104Gs的单位：韦伯矢量6.1磁路及其分析方法2、磁通磁感应强度B与垂直于磁场方向的面积S的乘积，称为通过该面积的磁通。均匀磁场----磁场内各点的磁感应强度的大小相等，方向相同的磁场。＝BS的单位：伏•秒，通称为韦[伯]Wb或麦克斯韦Mx1Wb＝108Mx3、磁场强度磁场强度是计算磁场所用的物理量，其大小为磁感应强度和磁导率之比。H的单位：安／米的单位：亨／米安培环路定律（全电流定律）：磁场中任何闭合回路磁场强度的线积分,等于通过这个闭合路径内电流的代数和.即矢量I1I2I3电流方向和磁场强度的方向符合右手定则，电流取正；否则取负。在无分支的均匀

3、磁路（磁路的材料和截面积相同，各处的磁场强度相等）中，如环形线圈，安培环路定律可写成：其中lx＝2x是半径为x的圆周长Hx是半径x处的磁场强度F＝NI即线圈匝数与电流的乘积，称磁通势单位为安[培]（A）4、磁导率磁导率是一个用来表示磁场媒质磁性和衡量物质导磁能力的物理量。讨论磁场内某一点的磁场强度H与有关吗？由上两式可知，磁场内某一点的H只与电流大小、线圈匝数及该点的几何位置有关，而与无关•真空中的磁导率为常数相对磁导率r----一般材料的磁导率和真空磁导率0的比值。或返回6.1.2磁性材料的磁性能磁性材料主要是指由过度元素铁、钴、镍及其合金等材料。它们主要的磁性能如下。分

4、子电流和磁畴理论：分子中电子的绕核运动和自转将形成分子电流，分子电流将产生磁场，每个分子都相当于一个小磁铁。由于磁性物质分子的相互作用，使分子电流在局部形成有序排列而显示出磁性，这些小区域称为磁畴。高磁导率的成因磁性物质没有外场时，各磁畴是混乱排列的，磁场互相抵消；当在外磁场作用下，磁畴就逐渐转到与外场一致的方向上，即产生了一个与外场方向一致的磁化磁场，从而磁性物质内的磁感应强度大大增加——物质被强烈的磁化了。应用：电工设备电动机、电磁铁、变压器等线圈中都含有的铁心。就是利用其磁导率大的特性，使得在较小的电流情况下得到尽可能大的磁感应强度和磁通。非磁性材料没有磁畴的结构，所以不具有磁化特

5、性。(a)无外场，磁畴排列杂乱无章。(b)在外场作用下，磁畴排列逐渐进入有序化。磁性物质的磁化示意图磁性材料的磁性能1、高导磁性指磁性材料的磁导率很高，r>>1，可达102-105数量级。使其具有被强烈磁化的特性。2、磁饱和性当外磁场（或励磁电流）增大到一定值时，磁性材料的全部磁畴的磁场方向都转向与磁场的方向一致，磁化磁场的磁感应强度BJ达到饱和值。高导磁性、磁饱和性、磁滞性、非线性磁化曲线B和与H的关系注当有磁性物质存在时B与H不成正比，故与I也不成正比。3、磁滞性当铁心线圈中通有交变电流（大小和方向都变化）时，铁心就受到交变磁化，电流变化时，B随H而变化，当H已减到零值时，但B

6、未回到零，这种磁感应强度滞后于磁场强度变化的性质称磁性物质的磁滞性。磁滞回线剩磁：当线圈中电流减到零（H＝0），铁心在磁化时所获的磁性还未完全消失，这时铁心中所保留的磁感应强度称为剩磁感应强度Br根据磁性能，磁性材料又可分为三种：软磁材料（磁滞回线窄长。常用做磁头、磁心等）、永磁材料（磁滞回线宽。常用做永久磁铁）、矩磁材料（磁滞回线接近矩形。可用做记忆元件）。返回磁性物质的分类根据滞回曲线和磁化曲线的不同，大致分成三类：(1)软磁材料(2)永磁材料(3)矩磁材料其矫顽磁力较小，磁滞回线较窄。(铁心)其矫顽磁力较大，磁滞回线较宽。(磁铁)其剩磁大而矫顽磁力小，磁滞回线为矩形。(记忆元件)H

7、BHBHB几种常见磁性物质的磁化曲线a铸铁b铸钢c硅钢片O0.10.20.30.40.50.60.70.80.91.0103H/(A/m)H/(A/m)12345678910103B/T1.81.61.41.21.00.80.60.40.2ababcc铸铁铸钢硅钢片铸铁铸钢硅钢片铸铁、铸钢及硅钢片的磁化曲线常用磁性材料的最大相对磁导率、剩磁及矫顽磁力材料名称6.1.3磁路的分析方法在电机、变压器及各种铁磁元件中常用磁性材料做成一