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,单击此处编辑母版标题样式,*,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,第,8,章 磁路与铁心线圈,8,1,磁路及磁路基本定律,8,3,交流铁心线圈,8,2,铁磁性物质的磁化,8,4,电磁铁与变压器,授课日期 班次 授课时数,2,课题：第八章磁路与铁心线圈,8.1,磁路及磁路基本定律,8.2,铁磁性物质的磁化,教学目的：了解磁路的概念及磁路欧姆定律和磁路,KCL,、,KVL,定律；,了解铁磁性物质磁化过程中的一些基本概念,重点：磁路欧姆定律和磁路,KCL,、,KVL,定律；铁磁性物质的磁化,难点：铁磁性物质的磁化,教具：多媒体,作业：,P176,：,8.2,自用,参考书：,电路,丘关源 著,教学过程：由第三章磁与电磁导入本次课,第八章磁路与铁心线圈,8.1,磁路及磁路基本定律,1.,磁路的概念,2.,磁路中的基本定律,由案例,8.1,引入,8.2,内容,8.2,铁磁性物质的磁化,1.,铁磁性物质的磁化,2.,磁化曲线,3.,磁滞回线,课后小计：,第,8,章 磁路与铁心线圈,8,1,磁路及磁路基本定律,1,磁路的概念,（,1,）主磁通,在图,8,1,中，当线圈中通以电流后，沿铁心、衔铁和,工作气隙构成回路的这部分磁通称为主磁通，占总磁通的绝大部分。,（,2,）漏磁通,指没有经过工作气隙和衔铁，而经空气自成回路的这,部分磁通称为漏磁通。,（,3,）磁路,磁通经过的闭合路径称为磁路。,磁路也分为有分支磁路（如图,8,2,所示）和无分支磁路（如图,8,1,示）。在无分支磁路中，通过每一个横截面的磁通都相等。变压器、直流电机及电器铁心构成的磁路如图,8,3,所示。,（,3,）磁路,磁通经过的闭合路径称为磁路。,8,1,磁路及磁路基本定律,2,磁路中的基本定律,（,1,）磁路欧姆定律,式中，为磁通（对应于电流），单位韦伯（,Wb,）；,为磁通势（对,应于电动势），单位安（,A,）,R,m,为,磁阻（对应于电阻），单位（亨）,（,1/,H,）。,磁阻计算的关系式为,磁通势（磁动势）,F,，,实验表明通电线圈产生的磁场强弱与线圈内通入电流,I,的大小及线圈的匝数,N,成正比，把,I,与,N,的乘积称为磁通势，,即,:,F=NI,8,1,磁路及磁路基本定律,（,2,）全电流定律,或,上式表明，磁路中磁场强度与磁路的平均长度的乘积，在数值上等于磁场的磁通势，称为,全电流定律。,磁场强度与磁路平均长度的乘积，又称磁位差，用符号表示 ，,即,:,（,8,4,）,若研究的磁路具有不同的截面，并且是由不同的材料（如铁心和气隙）,构成的，则可以把一个磁路分成许多段来考虑，即把同一截面、同一材料,划为一段，可得,或,（,8,5,）,8,1,磁路及磁路基本定律,（,3,）基尔霍夫磁通定律,有分支磁路如图,8,2,所示，任取一闭合面，根据磁通连续性原理，进,入闭合面的磁通，必等于流出闭合面的磁通，即穿过闭合面的磁通的代数,和为零，此称基尔霍夫磁通定律。,即,（,4,）基尔霍夫磁位差定律,如图,磁路可能由多种尺寸、多种材料构成，有的还含有气隙。,图,8,4,所示磁路可分为三段，根据全电流定律有,推广到任意磁路中有,由于励磁电流是线圈产生磁通的来源，故称,NI,为磁路的磁通势,F,，,单位,为安,(,A),。,式,(8,7),表示磁路中沿任意闭合曲线磁位差的代数和等于沿该曲,线磁通势的代数和，此称,基尔霍夫磁位差定律,。,若将磁通势表示为磁位降（磁位差）方向，也可写成,当励磁电流为直流时，磁路中产生,恒定磁通,，此磁路称为,恒定磁通磁,路,，当励磁电流为交流时，产生,交变磁通,，此称为,交变磁通磁路,。,8,2,铁磁性物质的磁化,案例,8,1,变压器中有硅钢片叠成的铁心，电机的绕组是嵌放在由硅钢,片叠成的铁心槽内。在第,3,章中我们已经介绍，硅钢片是高导磁率（磁阻,低）的铁磁性材料，能使磁通绝大部分通过由硅钢片叠成的铁心而形成闭,合回路。铁磁性物质是如何被磁化？还具有哪些特性？,1,铁磁性物质的磁化,本来不具磁性的物质，由于受磁场的作用而具有磁性的现象称为,该物质被磁化。,只有铁磁性物质才能被磁化，而非铁磁性物质是不能被磁化的。,铁磁性物质，被磁化前后的,磁畴取向,如图,8,5,所示。,有些铁磁性物质在去掉外磁场以后，磁畴的大部分仍然保持取向一致，对外仍显示磁性，这就成了,永久磁铁,。,8,2,铁磁性物质的磁化,2,磁化曲线,铁磁物质的,B,随,H,而变化的曲线称为,磁化曲线,，又称,B,H,曲线。,图,8,6(,a),所,示给出了测定磁化曲线的实验电路。实验测得的,B,H,曲,线，就是磁化曲线，如图,8,6(,b),所示。,由图可见，,B,与,H,的关系是非线性的，即,不是常数。,8,2,铁磁性物质的磁化,B,H,曲线分为三段：,1,）起始磁化段,(,曲线的,0,1,段,),当,H,从零值开始增大时，,B,增加较慢。,2,）直线段（曲线的,1,2,段）,随着,H,的增大，,B,几乎是直线上升。,3,）饱和段（曲线的,2,3,段）,随着,H,的增加，,B,的上升又比较缓慢了。,对于电机和变压器，通常都是工作在曲线的,2,3,段,(,即接近饱和的地方,),。,磁化曲线表示了媒质中磁感应强度,B,和磁场强度,H,的函数关系，不同的,铁磁性物质，其磁化曲线的形状不同。图,8,7,所表示的是几种不同铁磁,性物质的磁化曲线。,8,2,铁磁性物质的磁化,3,磁滞回线,（,1,）剩磁,当,B,随,H,沿起始磁化曲线达到饱和值以后，逐渐减小,H,的数,值，实验表明，这时,B,并是沿起始磁化曲线减小，而是沿另一条在它上面,的曲线,ab,下降，如图,8,8,所示。当,H,减至零时，,B,值不等于零，而是保留,一定的值称为,剩磁，用,B,r,表示,。,（,2,）矫顽磁力,为了消除剩磁，必须外加反方向的磁场，当反向磁场,增大到一定的值时，,B,值变为零，剩磁完全消失。这时的,H,值是为克服剩,磁所加的磁场强度，称为,矫顽磁力，用,Hc,表示。,8,2,铁磁性物质的磁化,（,3,）磁滞现象,B,的变化总是落后于,H,的变化，这种现象称为磁滞现象。,经过多次循环，可以得到一个封闭的对称于原点的闭合曲线,(,abcdefa,),，,叫做,磁滞回线,。,如果在线圈中改变交变电流幅值的大小，那么交变磁场强度,H,的幅值,也将随之改变。在反复交变磁化中，可相应得到一系列大小不一的磁滞,回线，连接各条对称的磁滞回线的顶点，得到的一条曲线叫,基本磁化曲,线,，如图,8,9,所示。,（,4,）磁滞损耗,铁磁性物质的反复交变磁化过程中，产生了能量损耗，,这种损耗称为磁滞损耗。,磁滞回线包围的面积越大，磁滞损耗就越大。所以，,剩磁和矫顽磁力越大,的铁磁性物质，,磁滞损耗就越大。,授课日期 班次 授课时数,2,课题：,8.3,交流铁心线圈,8.4,电磁铁与变压器,教学目的：了解交流铁心线圈的特点；了解变压器的变压比、变流比及变压器阻抗变换的意义,重点：变压器的变压比、变流比及变压器阻抗变换,难点：与重点相同,教具：多媒体,作业：,P176,：,8.5,自用,参考书：,电路,丘关源 著,教学过程：一、复习提问,1.,对比磁路基本定律与电路基本定律,2.,什么是磁滞损耗、涡流损耗、铁心损耗？,二：新授：,8.3,交流铁心线圈,1.,交流铁心线圈中电压与磁通的关系,2.,交流铁心线圈中磁通与电流的关系,8.4,电磁铁与变压器,8.4.1,电磁铁,1.,电磁铁的工作原理与典型结构,2.,电磁铁的分类,8.4.2,变压器,1.,变压器用途与组成,2.,变压器的工作原理,3.,例题分析,课后小计：,8,3,交流铁心线圈,1,交流铁心线圈中电压与磁通的关系,如图,8,10,所示的铁心线圈电路，在带铁心的线圈上加正弦交流电压,u,，,线圈中的电流便在铁心中产生磁通,。,电压,u,与磁通,之间的关系为：,设 则有：,由此可知：当铁心线圈上加以正弦交流电压时，铁心线圈中的磁通也,是按正弦规律变化，在相位上，,电压超前于磁通,90,，在数值上，端电压,有效值 。,8,3,交流铁心线圈,2,交流铁心线圈中磁通与电流的关系,由于,与,B,成正比，,i,与,H,成正比，故得,i,曲线也为非线性关系。,由铁磁物质的基本磁化曲线图,8,11(,a),可得到图,8,11(,b),所示,i,曲线。,8,3,交流铁心线圈,3,交流铁心线圈中的铁心损耗,在交变磁通作用下，铁心中有能量损耗，称为,铁损,。铁损主要由两部,分组成：,（,1,）涡流损耗,铁心中的交变磁通,(,t,),，,在铁心中感应出电压，由于,铁心也是导体，便产生一圈圈的电流，称之为,涡流,。涡流在铁心内流动时，,在所经回路的导体电阻上产生的能量损耗,称为,涡流损耗,。,（,2,）磁滞损耗,铁磁性物质在反复磁化时，磁畴反复变化，磁滞损耗,是在克服各种阻滞作用而消耗的那部分能量。磁滞损耗的能量转换为热能,而使铁磁材料发热。,减少涡流损耗的途径有两种：一是减小铁片厚度；二是提高铁心材料,的电阻率。,减少磁滞损耗有两条途径：一是提高材料的起始磁导率；二是减小剩,磁,B,b,。,通常把,磁滞损耗和涡流损耗的总和称为铁损,。,8,4,电磁铁与变压器,8,4,1,电磁铁,1,电磁铁的工作原理与典型结构,电磁铁是利用载流铁心线圈产生的电磁吸力来操纵机械装置,，以完,成预期动作的一种电器。它是将电能转换为机械能的一种电磁元件。,电磁铁主要由,线圈、铁心及衔铁三部分组成,，铁心和衔铁一般用软磁材料制成。铁心一般是静止的，线圈总是装在铁心上。开关电器的电磁铁的衔铁上还装有弹簧。,如图,8,12,所示。,8,4,1,电磁铁,电磁铁的结构形式很多，如图,8,13,所示。按磁路系统形式可分为拍,合式、盘式、,E,形和螺管式。按衔铁运动方式可分为转动式如图,8,13,（,a,）,所示和直动式如图,8,13,（,b,）、（,c,）、,(d),所示。,电磁铁的基本工作原理：,当线圈通电后，铁心和衔铁被磁化，成为极性相反的两块磁铁，它们,之间产生电磁吸力。当吸力大于弹簧的反作用力时，衔铁开始向着铁心,方向运动。当线圈中的电流小于某一定值或中断供电时，电磁吸力小于弹,簧的反作用力，衔铁将在反作用力的作用下返回原来的释放位置。,8,4,1,电磁铁,2,电磁铁的分类,按其线圈电流的性质可分为,直流电磁铁,和,交流电磁铁,；,按用途不同可分为,牵引电磁铁、制动电磁铁、起重电磁铁,及其他类型的,专用电磁铁,。,牵引电磁铁主要用于自动控制设备中，用来牵引或推斥机械装置，以,达到自控或遥控的目的,；,制动电磁铁是用来操纵制动器，以完成制动任务的电磁铁；,起重电磁铁是用于起重、搬运铁磁性重物的电磁铁。,8,4,2,变压器,1,变压器的用途与组成,用于输配电系统的,电力变压器,；用于工业动力系统中直流拖动的专,用,电源变压器,；用于电力系统或实验室等场合的,调压变压器,；用于测量,电压、电流的,电压互感器、电流互感器,；用于潮湿环境或人体常常接触,场合的,隔离变压器,。,变压器主要由,铁心,和,绕组,两个基本部分组成。,8,4,2,变压器,2,变压器的工作原理,图,8.14,为单相变压器的原理图,与电源相连的称为一次绕组（又称,原边绕组）,与负载相连的称为二次绕组（又称副边绕组）。一次绕组、,二次绕组的匝数分别为 和 。,当变压器的一交绕组,接上交流电压,时，一次绕组中便,有电流 通,过,。电流 在铁心中,产生闭合磁通 ，磁通 随 的变化而变化，,从而,在二次绕组中,产生感应电动势。,8,4,2,变压器,如果二次绕组,接有负载,，在二次绕组和负载组成回路中,有负载电流,产生。,（,1,）变压器的变压比,变压器中一、二次绕组的电压之比为,（,2,）变压器的变流比,变压器中一、二次绕组的电流之比为,（,3,）变压器的阻抗变换,在如图,8,15,（,a,）,所示电路中，负载阻抗 与变压器二次绕组连接，虚线框内部分 为折算到一次绕组的等效阻抗 ，如图,8,15,（,b,）,所示。,通过变换可得,8,4,2,变压器
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