磁路的基础知识ppt课件

汽车电工电子技术基础 1 磁现象 2 常见的磁感应线 3 磁路的基础知识 一 磁场的基本物理量1 磁感应强度 B 定义 磁感应强度B是表示磁场内部某点的磁场强弱及方向的物理量 性质 方向与该点磁力线切线方向一致 B与产生该磁场的电流之间的关系符合右手螺旋定则 B的大小用通过单位电流强度的单位长度导线所受的力 B F IL来确定 若磁场内各点的磁感应强度大小相等 方向相同 则为均匀磁场 单位是特斯拉 T 简称特 1T 1Wb 4 磁路的基础知识 性质一 方向与该点磁力线切线方向一致 B与产生该磁场的电流之间的关系符合右手螺旋定则 与磁场方向一致右手螺旋定则 5 磁路的基础知识 性质二 B的大小用通过单位电流强度的单位长度导线所受的力 B F IL来确定 式中 B表示磁感应强度 F表示磁场 磁力 I电流大小 L导线长度 6 磁路的基础知识 2 磁通 定义 在均匀磁场中 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 BS或B S磁感应强度B在数值上可以看成与磁场方向垂直的单位面积所通过的磁通 故又称磁通密度 磁通的单位是韦伯 Wb 简称韦 7 磁路的基础知识 3 磁导率 磁导率 是表示物质导磁性能的物理量 即衡量物质的导磁性能的一个系数 它的单位是亨 米 H m 真空的导磁率 0 4 10 7任意一种物质的导磁率与真空的导磁率之比称为相对磁导率 用 r表示 等于磁介质中磁感应强度B与磁场强度H之比即 B H例如 如果空气 非磁性材料 的磁导率是1 则铁的磁导率为10 000 即当比较时 以通过磁性材料的磁通密度是10 000倍 8 磁路的基础知识 4 磁场强度H磁场强度H是进行磁场分析时引用的一个辅助物理量 为了从磁感应强度B中除去磁介质的因素 故磁场强度定义为H B 磁场强度只与产生磁场的电流以及这些电流的分布 导体的几何形状 情况有关 而与无关磁介质的导磁率 它的单位是安 米 A m 9 磁路的基础知识 总结 磁感应强度描述的是一个磁场中磁力线的密度和分布的范围 磁通描述的是一个磁场中磁场的面积有多少磁力线通过 磁感应强度多大 磁场强度描述的是整个磁场所辐射 波及的范围 强度多大 磁导率描述的是物质的导磁性能 关系 磁场中的磁感应强度越大那么通过这个磁场面积的磁感应线就越密集磁通密度就越大 这个磁场所辐射的磁场强度就越强 10 磁路的基础知识 二 铁磁材料的磁性能物质按其导磁性能可分为两大类 一类称为铁磁材料 如铁 钢 镍 钴等 这类材料的导磁性能好 导磁率 值大 另一类为非导磁材料 如铜 铝 纸 木头 空气等 此类材料的导磁性能差 磁导率 值小 接近于真空的导磁率 11 磁路的基础知识 铁磁材料的应用 铁磁材料是制造变压器 电动机 等各种电工设备的主要材料 铁磁材料的磁性能对磁器件的性能和工作状态有很大影响 铁磁材料的磁性能主要表现为高导磁性 磁饱和 磁滞性 12 磁路的基础知识 1 高导磁性铁磁材料具有很强的导磁能力 在外磁场作用下 其内部的磁感应强度会大大增强 相对磁导率可达几百 几千甚至几万 这是因为在铁磁材料的内部存在许多磁化小区 称为磁畴 每个磁畴就像一块小磁铁 在无外磁场作用时 这些磁畴的排序是不规则的 对外不显示磁性 在一定强度的外磁场作用下 这些磁畴将顺着外磁场的方向趋向规则的排序 产生一个附加磁场 是铁磁材料内的磁感应强度大大增强 这种现象称为磁化 非铁磁材料没有磁畴结构 不具有磁化特性 磁化前 磁化后 磁化过程 13 磁路的基础知识 2 磁滞性如果励磁电流是大小和方向都随时间变化的交变电流 则磁铁材料将受到交变磁化 在电流交变的一个周期中 磁感应强度B随磁场强度H变化的关系如图 14 磁路的基础知识 由图可见 当磁场强度H减小时 磁感应强度B并不沿着原来这条曲线会降 而是沿着一条比它高的曲线缓慢下降 当H减速到0时 B并不等于0而是仍保留一定的磁性 这说明铁磁材料内部已经排齐的磁畴不会完全恢复到磁化前杂乱无章的状态 这部分称为剩磁 用Br表示 15 磁路的基础知识 如何消除剩磁 如果要消除剩磁 使B 0 应施加一反向磁场强度Hc Hc的大小称为矫顽磁力 它表示铁磁材料反抗退磁的能力 16 磁路的基础知识 剩磁消除后如再继续增大反向磁场 则铁磁材料将反向磁化 当反向磁场减小时 同样回产生反向剩磁 Br 随着磁场强度不断正反向变化 得到的磁化曲线为一条封闭曲线 在铁磁材料反复磁化过程中 磁感应强度B的变化总是落后于磁场强度H的变化 这种现象称为磁滞现象 17 磁路的基础知识 铁磁材料的分类 铁磁材料按其磁性能可分为软磁材料 硬磁材料 矩磁材料三种类型 不同类型的磁滞回线 18 磁路的基础知识 软磁材料软磁材料的剩磁和矫顽磁力较小 磁滞回线形状较窄 但磁化曲线较陡 即磁导率较高 所包围的面积较小 它即容易磁化 又容易退磁 一般用于有交变磁场的场合 如用来制造镇流器 变压器 电动机的铁芯 常见的软磁材料有纯铁 硅钢 合金材料等 19 磁路的基础知识 硬磁材料硬磁材料的剩磁和矫顽磁力较大 磁滞回线形状较宽 所包围的面积较大 适用于制作永久磁铁 如扬声器 耳机 电话机 录音机 不容易轻易消磁 常见的硬磁材料有碳钢 钴钢 铁镍铝钴合金等 20 磁路的基础知识 矩磁材料矩磁材料的磁滞回线近似于矩形 剩磁很大 接近饱和磁感应强度 但矫顽磁力较小 易于翻转 常在计算机和控制系统中用做记忆原件 汽车上的机油更换提醒装置 和开关元件 声控开关 光控开关 21 磁路的基础知识 三 磁路的基本定律1 磁路在通电的线圈周围和内部存在着磁场 在工程上为了得到较强的磁场常用导磁性能好的铁磁材料制成一定形状的铁芯 而将线圈绕在铁芯上 当线圈中通过电流时 铁芯即被磁化 使得其中的磁场大为增强 故通电线圈产生的磁通主要集中在由铁芯构成的闭合路径内 这种磁通集中通过的路径便称为磁路 22 磁路的基础知识 用于产生磁场的电流称为励磁电流 通过励磁电流的线圈称为励磁线圈或励磁绕组 电路有之流和交流之分 磁路也分为直流磁路 如直流电磁铁和直流电动机 和交流磁路 如变压器 交流电磁铁 交流电动机 它们各具有不同的特点 此外 也有永久磁铁构成的磁路 它不需要励磁绕组 23 磁路的基础知识 2 磁路的欧姆定律在线圈中通入电流I时 在铁芯中就会有磁通 通过 铁芯中的磁通必与通过线圈的电流I 线圈匝数N以及磁路的截面积S成正比 与磁路的长度成反比 还与组成磁路的材料的导磁率 成正比 为磁通 为导磁率I为流过的电流F为磁场力N为线圈匝数Rm为磁阻S为磁路的横截面积 24 磁路的基础知识 为磁通 为导磁率I为流过的电流F为磁场力N为线圈匝数Rm为磁阻S为磁路的横截面积 25 磁路的基础知识 磁路与电路的类似处 26 交流铁芯线圈电路 一 电磁关系交流铁芯线圈电路 线圈的匝数为N 当在线圈两端加上正弦交流电压时 就有交变励磁电流i通过 在交变磁通IN的作用下产生交变磁通 其绝大部分通过铁芯 称为主磁通 其余小部分从附近空气中通过 称为漏磁通 这两种交变的磁通都将在线圈中产生感应电动式 设线圈电阻为R 主磁通在线圈上产生的感应电动式为e 漏磁通产生的感应电动式为e 由基尔霍夫电压定律得它们之间的关系为 u Ri e e 27 交流铁芯线圈电路 u Ri e e 在式中由于线圈电阻上的电压降Ri和漏磁通 产生的感应电动式e 都很小 与主磁通 产生的感应电动势e比较 可以忽略不计 故上式可写为 u e上式是求磁路中的感应电动式 那么磁路中的外加电压U与那些参数有关呢 U 4 44fN m式中 m磁通的单位是韦伯 Wb f频率的单位是赫兹 Hz U外加电压的单位是伏特 V 28 交流铁芯线圈电路 二 功率消耗在交流铁芯线圈电路中 除了在线圈电阻上有功率损耗外 在铁心中也会有功率损耗 线圈上损耗的功率称为铜损 铁芯上损耗的功率称为铁损 铁损包括磁滞耗损和涡流损耗两部分 29 1 磁滞损耗铁磁材料交变磁化的磁滞现象所产生的铁损称为磁滞损耗 它是由铁磁材料内部磁畴反复转向 磁畴间相互摩擦引起铁芯发热而造成的损耗 铁芯单位体积内每周期产生的磁滞损耗与磁滞回线所包围的面积成正比 为了减小磁滞损耗 交流铁芯均有软磁材制成 30 2 涡流损耗铁磁材料不仅有导磁能力 同时也有导电能力 因而在交变磁通的作用下铁芯内将产生感应电动势和感应电流 感应电流在垂直于磁通的铁芯平面内围绕磁力线呈漩涡状 故称为涡流 涡流使铁芯发热 其功率损耗为涡流损耗 31 为了减小涡流 可采用硅钢片叠成的铁芯 它不仅有较高的导磁率 还有较大的电阻率 可使铁芯的电阻增大 涡流减小 同时 硅钢片的两面涂有绝缘漆 使硅片之间互相绝缘 可把涡流限制在一些狭长的界面内流动 从而减小了涡流损耗 所以各种交流电动机 变压器等电气设备的铁芯普遍采用硅钢片叠成 32 三 电磁铁电磁铁是利用截留铁芯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 33 电磁铁的组成 电磁铁主要由线圈 铁芯和衔铁三部分组成 铁芯和衔铁一般用软磁材料制成 铁芯一般是静止的 线圈总是装在铁芯上 开关电器的电磁铁的衔铁上还装有弹簧 34 工作原理 线圈通电后 铁芯和衔铁被磁化 成为继兴相反的两块磁铁 它们之间产生电磁吸力 当吸力大于弹簧的反作用力时 衔铁开始向着铁芯方向运动 当线圈中的电流小于某一定植或中断供电时 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 35 我们知道了磁铁有永久性磁铁也有电磁铁 请问同学们我们生活中那些电器或工具使用的是永久性磁铁原理 那些使用的是电磁铁原理 36 运用永久性磁铁原理 37 利用电磁铁原理 38 如果不知道自己明天要做什么 那么你今天所做的一切都是在浪费时间 本节讲完 请预习下一节 39