第二节---磁与电磁基本知识课件

电工基础电工基础第二节第二节 电磁感应和磁路电磁感应和磁路n n培训要点培训要点：n n本节应重点掌握电流的磁效应，磁场对载流导线作用力的计算。n n会计算感应电动势大小、熟悉楞次定律的内容。n n理解自感、互感现象，会判断线圈的极性。7/16/20241n n本节难点：本节难点：n n楞次定律的应用n n线圈极性的判别7/16/20242一、磁的基本知识一、磁的基本知识n n1、术语名词：n n、磁性：能吸引铁的性质。n n、磁体：具有磁性的物体。如吸铁石n n、磁极：磁性最强区域。位于磁体两端。分别为南极（S）北极（N）n n、磁力：磁极间相互的作用力。n n 同名磁极相互排斥，异名磁极相互吸引。n n、磁场：有磁力存在的空间。7/16/20243n n、磁场用磁力线来描述n n 磁力线：为形象描述磁场的强弱和方向而引入的假想曲线。n n、磁场方向：磁力线上每一点的切线方向就是该点的磁场方向。（见下图）7/16/20244n n磁场强弱：磁力线密集的地方，磁场就强，磁力线疏松的地方，磁场就弱。n n磁体周围磁力线分布图：n n磁体外，磁力线从北极（N）到南极（S），磁体内磁力线由南极（S）回到北极（N）。n n磁力线是闭合曲线且互不交叉NS7/16/20245磁场的基本物理量磁场的基本物理量n n磁通（）：穿过某一截面的磁力线总数。n n单位：韦伯（Wb）n n磁感应强度（B）：通过与磁场相垂直的单位面积的磁通，表示磁场强弱的物理量n n单位：特斯拉（）n n磁场中某点磁感应强度的方向就是磁场中该点磁力线的方向，其大小等于与磁场相垂直的单位长度的导体通以单位电流时所受电磁力的大小，即：B=F/IL7/16/20246n n图示：B=F/IL导体导体S极极N极极I=1AFL=1m这就是通电导体在磁这就是通电导体在磁场中垂直时受力公式场中垂直时受力公式假如通电导体与磁场有一夹角，则，则F=F=BILSinBILSin 7/16/20247n n（3）磁导率：表示物质的导磁能力。n n符号：；公式：=0 rn n单位：亨/米（H/m）n n真空的磁导率：0=4107 H/m n n（4）磁场强度：磁感应强度B与介质磁导率的比值。n n符号：H，H=B/n n单位：安/米（A/m）7/16/20248二、电流的磁效应、磁场对通电导体的作用二、电流的磁效应、磁场对通电导体的作用n n电流的磁效应：n n通电导线（直导线或线圈）周围存在磁场。n n感应磁场的强弱（大小）n n通电导线周围的磁场是有导线中的电流产生的，磁场的强弱取决于电流的大小。7/16/20249、通电导线周围磁场方向的判断：右手定则：n n 通电直导线磁场方向右手安培定则：n n右手握导线，大拇指向电流方向，则弯曲四指的指向为磁场方向。n n 通电线圈磁场方向右手螺旋定则：n n右手弯曲的四指和线圈电流方向一致，则大拇指所指的方向为线圈内部的磁场方向，即N极。7/16/2024102、磁场对电流的作用（电动力）磁场对电流的作用（电动力）n n实验表明，通电导线在磁场中会受到力。这个力叫电动力（或电磁力）。7/16/202411、通电导线在磁场中方向的判断 左手定则：n n伸平左手，使大拇指和四指垂直让磁力线垂直穿过手心，四指指向导体电流方向，则大拇指的方向即为电动力（电磁力）的方向n nP17：图2157/16/202412、电磁力的大小电磁力的大小n n载流导体在磁场中受到电磁力的大小，与磁感应强度成正比，与导体中电流大小成正比，与导体在磁场中的有效长度成正比。n n即：F=BILSinn n式中：F电磁力，单位：Nn n B磁感应强度，单位；n n I导体的电流，单位：An n L导体在磁场中的长度，单位：mn n 导体与磁场方向的夹角（）7/16/202413例题例题：在匀强磁场中，磁感应强度：在匀强磁场中，磁感应强度B=0.5T，将通将通有电流有电流I=8A的直导体放入磁场中，若磁场中导体的直导体放入磁场中，若磁场中导体长度长度L=1.2m，求求导体与磁场垂直时，导体所受导体与磁场垂直时，导体所受电磁力的大小？电磁力的大小？、导体与磁场成、导体与磁场成30时，导体所时，导体所受电磁力的大小？受电磁力的大小？n n解：、F=BIL=0.581.2=4.8Nn n、F=BILSin=0.581.20.5=2.4N7/16/202414、讨论：讨论：n n、当导体与磁场方向垂直时，=90,Sin90=1，F最大。n n、当导体与磁场方向平行时，=0，Sin0=0，F最小（F=0）常用三角函数值：Sin90=1，Sin60=3/2 Sin30=1/2，Sin45=2/2 Sin0=07/16/202415n n了解：直流电动机的原理：n n若将通电线圈放在磁场中，必将会受到大小相等、方向相反的一对电磁力的作用，即为电磁转矩的作用，会使通电线圈转动起来。7/16/202416三、电磁感应三、电磁感应n n实验表明，闭合回路的一部分导体在磁场中切割磁力线运动或闭合回路中的磁通量发生变化，导线中产生感应电动势，我们把利用磁场产生电流的现象称做电磁感应。这个电动势称为感应电动势。回路中产生的电流称为感应电流。7/16/2024171、导体切割磁场感应电动势方向的判断、导体切割磁场感应电动势方向的判断右手（发电机）定则右手（发电机）定则n n伸平右手，使大拇指与其余四指垂直，让磁力线垂直穿过手心，大拇指指向导体运动方向，四指所指的方向就是感应电动势的方向（负极到正极）。7/16/2024182、线圈磁通变化感应电动势方向的判别、线圈磁通变化感应电动势方向的判别楞次定律楞次定律n n感应电流所产生的磁通总是阻碍原磁通的变化。即，原磁通增加，感应电流产生的磁通方向和原磁通方向相反；原磁通减少，感应电流产生的磁通和原磁通相同。7/16/202419n n3）、应用楞次定律的具体步骤：n n、确定原磁通的方向及变化的趋势（即增加或减少）；n n、根据楞次定律确定感应电流的磁通方向；n n、根据感应电流产生的磁通方向，应用安培定则判定出线圈中感应电动势或感应电流的方向。7/16/202420比较总结比较总结：左手定则：左手定则+右手定则右手定则n n为便于掌握，在理解上述定则具体含义的基础上，可简便的记住“左动右电”。其含义为用左手是电动机定则，确定受力方向。用右手是发电机原则，确定感应电动势方向。7/16/2024212、导体切割磁力线产生感应电动势的大小：导体切割磁力线产生感应电动势的大小：e=BlvSin n n式中：e导体的感应电动势（）n nB磁感应强度（）n nL导体在磁场中的长度（m）n n导体切割磁力线的速度（m/s）n n导体与磁场方向的夹角（）。n n在均匀磁场中，导体切割磁力线产生感应电动势E的大小和磁感应强度B、导线有效长度L及运动的速度V成正比。7/16/2024223、讨论讨论 n n、当导体运动方向与磁力线垂直时，=90,Sin90=1，最大。n n、当导体运动方向与磁力线平行时，=0，Sin0=0，最小（=0）n n注意：当切割磁力线的直导体没有构成闭合回路时，导体中只产生感应电动势，而不会产生感应电流。n n交流发电机的原理电磁感应原理。7/16/202423n n例题：在B=0.8T的匀强磁场中，有一导体有效长度L=20cm，以V=15m/s的速度做切割磁力线运动，试求导体中产生的感应电动势的大小？n n解：=BlvSin=0.80.215=2.4V7/16/202424例题：已知磁场的磁密为10000 Gs，导线长度为20Cm，导线在磁场中运动速度为5m/s，试计算当导线垂直于磁力线的感应电势和与磁力线成30时的感应电势？（？（？（？（工程单位：磁感应强度B-高斯（Gs）换算关系：1T=104 Gs）n n解：B=10000Gs=1Wb/m2n n当导线垂直于磁力线方向运动时=90,Sin90=1，n ne=Blv=10.25=1Vn n当导线运动与磁力线方向成30偏角时，=30,Sin30=1/2，n ne=BlvSin30=10.250.5=0.5V7/16/2024253、磁通变化线圈产生感应电动势的大小：、磁通变化线圈产生感应电动势的大小：e=N/t n n（1）、法拉第定律：线圈中感应电势E的大小与线圈匝数、线圈内磁通变化率（即单位时间内磁通量的变化）成正比。n n式中：e感应电动势（V）n n N线圈的匝数n n/t每匝线圈中磁通的变化率（Wb/s）n n“”表示产生感应电势的方向，即楞次定律。7/16/202426四、自感、互感及涡流四、自感、互感及涡流-电磁感应现电磁感应现象象n n（一）、自感现象：n n1、由于线圈（或回路）本身电流的变化，而引起线圈（或回路）内产生电磁感应的现象。n n2、自感电动势：自感现象产生的感应电动势。n nEL=LdI/dt (V)n n式中：EL自感电动势（V）n n L线圈的电感量（亨利、H）n n 1H=103mH=106Hn n dI/dt电流的变化率（A/s）n n“”表示自感电动势的方向，即楞次定律。7/16/202427n n、自感现象在电工技术中既有利又有弊n n、有利的应用：在日光灯电路中串接一个镇流器就是利用自感现象起到扼制灯丝电流，并产生很高的自感电势加在灯管两端激发灯管内气体导通而发光的作用。n n、有害的应用：会产生过电压、过电流，影响设备的正常运行，产生不必要的损失。7/16/202428n n（二）、互感现象n n、互感现象：两个相邻放置的线圈，一个线圈中自身电流变化产生磁通穿过另一个线圈，则另一个线圈产生感应电动势的现象。若另一个线圈构成闭合回路，则回路中有感应电流产生。n n互感电动势：互感产生的感应电动势。7/16/202429n n互感电动势的大小：n nEM=MdI/dt (V)n n式中：EM互感电动势（V）n n M线圈的互感系数（亨利、H）n n dI/dt电流的变化率（A/s）n n“”表示自感电动势的方向，即楞次定律。n n判断互感电动势的方向楞次定律或右手螺旋定则。7/16/202430互感的应用变压器n n实现能量传输和信号传递的电气设备变压器，通常由两个互感线圈组成。其中一个线圈与电源相连接，称为一次侧，另一个线圈与负载RL相连，称为二次侧。当一次侧接上电压，一次侧线圈产生磁通7/16/202431n n当一次侧线圈接上电压，一次侧线圈中产生磁通，该磁通同时穿过一、二侧线圈，则两个线圈同时产生感应电动势e1 1和e1 1n n根据电磁感应定律，可求得：e1 1e1 1u1/u2 2=由此可知，改变一二次线圈的匝数，就可以得到不同的输出电压。7/16/202432（三）、线圈的极性n n能够产生互感电动势的两个线圈称为磁耦合线圈。n n我们把具有磁耦合的线圈中，以互感磁通的方向为准，线圈的绕向相同或感应电动势极性始终一致的端点称为同名端，常用在线圈的一端标上“”或“”的标记（另一端不标）。但在电气工程中，常用脚标1与2或+与-来表示绕组的首端与尾端，即首端与首端或尾端与尾端互为同名端，而首端与尾端互为异名端。n n线圈极性的判断：图2197/16/202433（四）、涡流（四）、涡流n n、涡流是一种特殊形式的电磁感应现象。n n、涡流：当变化的磁通穿过大块的铁心，铁壳或其它电气装置的金属部分时，由于电磁感应，在这些部分产生旋涡状的感应电流叫做涡流。n n、减少涡流的方法：用经过绝缘处理，厚度为0.350.5mm的硅钢片叠装起来，做各种电气设备的铁心。n n、涡流有有害的一面也有有利的一面。7/16/202434习题：培训辅导材料习题：培训辅导材料 n nP22：16、18n nP23：37、38、39、40、42、43、44、457/16/202435