第六章 磁路與變壓器

1、第六章磁路與變壓器6.1磁路[1]教學(xué)目的：了解磁動(dòng)勢(shì)及磁阻的概念授課形式掌握磁路中全電流定律和磁路中的歐姆定律講授教學(xué)重點(diǎn)：授課對(duì)象磁路中全電流定律和磁路中的歐姆定律教學(xué)難點(diǎn)：全電流定律和磁路中的歐姆定律教學(xué)內(nèi)容參考教法復(fù)習(xí)：磁通的定義及求法。根據(jù)磁力線北出南入，磁通也是沿一定路徑的引入：磁路由日常生活常見(jiàn)電磁應(yīng)用引入電磁學(xué)。復(fù)習(xí)磁場(chǎng)中相關(guān)概念并引題新授一、磁路投影Page169圖61或演示實(shí)驗(yàn)說(shuō)明磁通是沿一定路徑通過(guò)的。[1]主磁通

2、和漏磁通進(jìn)一步結(jié)合右圖投影所示，當(dāng)線圈中通以電流后，大部分磁感線沿鐵心、銜鐵和工作氣隙構(gòu)成回路，這部分磁通稱(chēng)為主磁通；還有一部分磁通，沒(méi)有經(jīng)過(guò)氣隙和銜鐵，而是經(jīng)空氣自成回路，這部分磁通稱(chēng)為漏磁通。[2]磁路結(jié)合投影比較主、漏磁通定義：磁通經(jīng)過(guò)的閉合路徑叫磁路。磁路和電路一樣，分為有分支磁路和無(wú)分支磁路兩種類(lèi)型。右上圖為無(wú)分支磁路，右圖為有分支磁路。在無(wú)分支磁路中，通過(guò)每一個(gè)橫截面的磁通都相等。比較電流二、磁路的歐姆定律[1]磁動(dòng)勢(shì)分析通

3、電線圈中電流是產(chǎn)生磁場(chǎng)的原因，電流越大，磁場(chǎng)越強(qiáng)，磁通越多；每一匝線圈的磁通是一定的，匝數(shù)越多，鏈接的磁通（磁鏈）越大。通電線圈產(chǎn)生的磁通?與線圈的匝數(shù)N和線圈中所通過(guò)的電流I的乘積成正比。磁動(dòng)勢(shì)定義：把通過(guò)線圈的電流I與線圈匝數(shù)N的乘積，稱(chēng)為磁動(dòng)勢(shì)，也叫磁通勢(shì)，即Em=NI磁動(dòng)勢(shì)Em的單位是安培(A)。[2]磁阻磁阻就是磁通通過(guò)磁路時(shí)所受到的阻礙作用，用Rm表示。磁路中磁阻的大小與磁路的長(zhǎng)度l成正比，與磁路的橫截面積S成反比，并與組成

4、磁路的材料性質(zhì)有關(guān)。因此有SlR??m復(fù)習(xí)電路中全電路歐姆定律說(shuō)明本教材中磁通實(shí)為磁鏈類(lèi)比方法：電路中導(dǎo)體對(duì)電流有阻礙作用：電阻；磁路中對(duì)磁通也有阻礙作用由影響電阻的因素引導(dǎo)影響磁阻的因素式中，?為磁導(dǎo)率，單位Hm，長(zhǎng)度l和截面積S的單位分別為m和m2。因此，磁阻Rm的單位為1亨(H?1)。由于磁導(dǎo)率?不是常數(shù)，所以Rm也不是常數(shù)。強(qiáng)調(diào)不同于電阻[3]磁路歐姆定律(1)磁路歐姆定律內(nèi)容：通過(guò)磁路的磁通與磁動(dòng)勢(shì)成正比，與磁阻成反比。即mm

5、RE??結(jié)合電路歐姆定律說(shuō)明磁路歐姆定律注意運(yùn)用時(shí)單位上式與電路的歐姆定律相似，磁通?對(duì)應(yīng)于電流I，磁動(dòng)勢(shì)Em對(duì)應(yīng)于電動(dòng)勢(shì)E，磁阻Rm對(duì)應(yīng)于電阻R。因此，這一關(guān)系稱(chēng)為磁路歐姆定律。簡(jiǎn)要說(shuō)明(2)磁路與電路的對(duì)應(yīng)關(guān)系磁路中的某些物理量與電路中的某些物理量有對(duì)應(yīng)關(guān)系，同時(shí)磁路中某些物理量之間與電路中某些物理量之間也有相似的關(guān)系。上圖是相對(duì)應(yīng)的兩種電路和磁路。投影下表電路與磁路對(duì)應(yīng)的物理量及其關(guān)系式。三、全電流定律根據(jù)磁路的歐姆定律，將代mm

6、RE??SlRNIEBSmm?????、、入，可得lINB??將上式與對(duì)照，可得或HB??lINH?HlIN?即磁路中磁場(chǎng)強(qiáng)度H與磁路的平均長(zhǎng)度l的乘積，在數(shù)值上等于激發(fā)磁場(chǎng)的磁動(dòng)勢(shì)，這就是全電流定律。結(jié)合圖(b)說(shuō)明有分支磁路磁動(dòng)勢(shì)產(chǎn)生磁通等于各分支磁通之和投影下表比較電路與磁路歐姆定律，類(lèi)比方法強(qiáng)化記憶。類(lèi)比電路閉合電路歐姆定律引入全電流定律并復(fù)習(xí)提問(wèn)：全電路中歐姆定律及公式形式表：磁路和電路中對(duì)應(yīng)的物理量及其關(guān)系式電路磁路電流I電

7、阻SlR??電阻率?電動(dòng)勢(shì)E電路歐姆定律REI?磁通?磁阻SlR??m磁導(dǎo)率?磁動(dòng)勢(shì)INE?m磁路歐姆定律mmRE??6.1磁路[2]教學(xué)目的：授課形式了解鐵磁性物質(zhì)的磁化.熟悉磁化曲線和磁滯回線講授教學(xué)重點(diǎn)：授課對(duì)象鐵磁性物質(zhì)的磁化及其性能教學(xué)難點(diǎn)：磁化曲線和磁滯回線教學(xué)內(nèi)容及備注復(fù)習(xí)：[1]磁體間相互作用[2]磁場(chǎng)的基本性質(zhì)由磁場(chǎng)基本性質(zhì)對(duì)放入其中磁體具有磁力作用引入：磁路鐵磁性物質(zhì)的磁化提問(wèn)新授：一、鐵磁性物質(zhì)的磁化[1]磁化定義

8、：本來(lái)不具備磁性的物質(zhì)，由于受磁場(chǎng)的作用而具有了磁性的現(xiàn)象稱(chēng)為該物質(zhì)被磁化。只有鐵磁性物質(zhì)才能被磁化。[2]磁化的原因(1)內(nèi)因：鐵磁性物質(zhì)是由許多被稱(chēng)為磁疇的磁性小區(qū)域組成的，每一個(gè)磁疇相當(dāng)于一個(gè)小磁鐵。(2)外因：有外磁場(chǎng)的作用。分析磁化：如右圖(a)所示，當(dāng)無(wú)外磁場(chǎng)作用時(shí)，磁疇排列雜亂無(wú)章，磁性相互抵消，對(duì)外不顯磁性；如右圖(b)所示，當(dāng)有外磁場(chǎng)作用時(shí)，磁疇將沿著磁場(chǎng)方向作取向排列，形成附加磁場(chǎng)，使磁場(chǎng)顯著加強(qiáng)。有些鐵磁性物質(zhì)在撤

9、去磁場(chǎng)后，磁疇的一部分或大部分仍然保持取向一致，對(duì)外仍顯磁性，即成為永久磁鐵。[3]不同的鐵磁性物質(zhì)，磁化后的磁性不同。投影[4]鐵磁性物質(zhì)被磁化的性能，被廣泛地應(yīng)用于電子和電氣設(shè)備中，如變壓器、繼電器、電機(jī)等。二、磁化曲線[1]磁化曲線的定義磁化曲線是用來(lái)描述鐵磁性物質(zhì)的磁化特性的。鐵磁性物質(zhì)的磁感應(yīng)強(qiáng)度B隨磁場(chǎng)強(qiáng)度H變化的曲線，稱(chēng)為磁化曲線，也叫B—H曲線。[2]磁化曲線的測(cè)定下圖(a)是測(cè)量磁化曲線裝置的示意圖，(b)是根據(jù)測(cè)量值

10、做出的磁化曲線。由圖(b)可以看出，B與H的關(guān)系是非線性的，即不是常數(shù)HB??投影下圖[3]分析磁化特性的物理意義注意特征及原因分析(1)0~1段：起始磁化段，說(shuō)明曲線上升緩慢的特征，原因是磁疇的慣性，當(dāng)H從零開(kāi)始增加時(shí)，B增加緩慢。(2)1~2段：隨H增大，B幾乎直線上升，是由于磁疇在外磁場(chǎng)作用下，大部分都趨向H方向，B增加很快，曲線很陡，稱(chēng)為直線段。(3)2~3段：隨H增加，B的上升又緩慢了，是由于大部分磁疇方向已轉(zhuǎn)向H方向，隨H的

11、增加只有少數(shù)磁疇繼續(xù)轉(zhuǎn)向，B增加變慢。強(qiáng)調(diào)非線性(4)3點(diǎn)以后：到達(dá)3點(diǎn)以后，磁疇?zhēng)缀跞哭D(zhuǎn)到了外磁場(chǎng)方向，再增大H值，B也幾乎不再增加，曲線變得平坦，稱(chēng)為飽和段。此時(shí)的磁感應(yīng)強(qiáng)度叫飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度。不同的鐵磁性物質(zhì)，B的飽和值不同，對(duì)同一種材料，B的飽和值是一定的。投影圖電機(jī)和變壓器，通常工作在曲線的2~3段，即接近飽和的地方。[4]磁化曲線的意義在磁化曲線中，已知H值就可查出對(duì)應(yīng)的B值。因此，在計(jì)算介質(zhì)中的磁場(chǎng)問(wèn)題時(shí)，磁化曲線是一個(gè)很

12、重要的依據(jù)。比較幾種不同鐵磁性物質(zhì)的磁化曲線，說(shuō)明材料導(dǎo)磁性能的好壞。三、磁滯回線磁化曲線只反映了鐵磁性物質(zhì)在外磁場(chǎng)由零逐漸增強(qiáng)的磁化過(guò)程，而很多實(shí)際應(yīng)用中，鐵磁性物質(zhì)是工作在交變磁場(chǎng)中的。所以，必須研究鐵磁性物質(zhì)反復(fù)交變磁化的問(wèn)題。[1.]磁滯回線的測(cè)定右圖為通過(guò)上實(shí)驗(yàn)測(cè)定的某種鐵磁性物質(zhì)的磁滯回線。強(qiáng)調(diào)飽和性即B不隨H變化注意說(shuō)明：（1）退磁與磁化是沿不同線進(jìn)行的。（2）退磁過(guò)程中剩磁Br、矯頑磁力H。C（3）鐵磁材料可反向磁化，特

13、性同正向。(4)磁滯現(xiàn)象：B的變化總是落后于H的變化，稱(chēng)為磁滯現(xiàn)象。經(jīng)過(guò)循環(huán)，得到封閉的對(duì)稱(chēng)于原點(diǎn)的閉合曲線(abcdefa)，稱(chēng)為磁滯回線。(5)改變交變磁場(chǎng)強(qiáng)度H的幅值，可相應(yīng)得到一系列大小不一的磁滯回線，如右下圖所示。[2.]基本磁化特性連接各條對(duì)稱(chēng)的磁滯回線的頂點(diǎn)，得到一條磁化曲線，叫基本磁化曲線。右圖中實(shí)線部分。[3]磁滯損耗鐵磁性物質(zhì)在交變磁化時(shí)，磁疇要來(lái)回翻轉(zhuǎn)，在這個(gè)過(guò)程中，產(chǎn)生了能量損耗，稱(chēng)為磁滯損耗。簡(jiǎn)介磁滯損耗與回線

14、面積關(guān)系。結(jié)論：剩磁和矯頑磁力越大的鐵磁性物質(zhì)，磁滯損耗就越大。四、鐵磁物質(zhì)的分類(lèi)與應(yīng)用：學(xué)生自學(xué)、討論。練習(xí)思考：鐵磁物質(zhì)分為哪三類(lèi)？各有什么作用？四、總結(jié)：鐵磁物質(zhì)的磁化是磁疇在外磁場(chǎng)作用下由不規(guī)則到規(guī)則排列，磁化過(guò)程中B隨H變化可用磁化特性曲線描繪，磁滯回線說(shuō)明B滯后于H的變化，且具有對(duì)稱(chēng)于原點(diǎn)的閉合曲線牲特征。作業(yè)：結(jié)合圖64理解磁化特性曲線上各不同部分的物理過(guò)程永久性磁鐵就是利用剩磁很大的鐵磁性物質(zhì)制成的。矯頑磁力的大小反映了