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1、电路基础磁路与变压器电路电路基础磁路与变压器电路第1页，此课件共80页哦6.1 磁场的基本物理量与铁磁材料磁场的基本物理量与铁磁材料l6.1.1 磁场的基本知识磁场的基本知识l我国是世界上最早发现并且应用磁现象的国家之一，早在战国时期人我国是世界上最早发现并且应用磁现象的国家之一，早在战国时期人们就已经发现了磁铁矿石能够吸引铁片的现象。我们把具有吸引铁、们就已经发现了磁铁矿石能够吸引铁片的现象。我们把具有吸引铁、镍、钴等物质的性质叫做磁性，又把具有磁性的物体称为磁体。镍、钴等物质的性质叫做磁性，又把具有磁性的物体称为磁体。l通过研究发现，磁体之间的相互作用力是通过磁体周围产生的磁场进通过研究发
2、现，磁体之间的相互作用力是通过磁体周围产生的磁场进行的，磁场不仅对处于其中的别的磁体或载流导体有力的作用，同时行的，磁场不仅对处于其中的别的磁体或载流导体有力的作用，同时磁场本身也具有能量，称之为磁场能。磁场本身也具有能量，称之为磁场能。l我们将小磁针放在磁场中任意一个位置让它可以自由转动时，它总是我们将小磁针放在磁场中任意一个位置让它可以自由转动时，它总是因为疏导磁力作用转动到一定的方向上而静止，这说明磁场在每一点因为疏导磁力作用转动到一定的方向上而静止，这说明磁场在每一点都有确定的方向。因此，我们规定小磁针停止转动后，它的都有确定的方向。因此，我们规定小磁针停止转动后，它的N极所指极所指的
3、方向就是该点的磁场方向。的方向就是该点的磁场方向。返回返回下一页下一页第2页，此课件共80页哦6.1 磁场的基本物理量与铁磁材料磁场的基本物理量与铁磁材料l在研究磁场时，常引用磁力线来形象的描绘磁场的特性，磁力线上各在研究磁场时，常引用磁力线来形象的描绘磁场的特性，磁力线上各点切线的方向表示该点的磁场方向；而磁力线的疏密程度则表示该点点切线的方向表示该点的磁场方向；而磁力线的疏密程度则表示该点磁场的强弱。磁力线都是连续、闭合的曲线。磁场的强弱。磁力线都是连续、闭合的曲线。l在试验中我们还发现，除了磁铁能产生磁场外，电流也可以产生磁场。在试验中我们还发现，除了磁铁能产生磁场外，电流也可以产生磁场
4、。通电直导线磁场的磁力线是以导线上各点为圆心的同心圆，这些同心通电直导线磁场的磁力线是以导线上各点为圆心的同心圆，这些同心圆都在和导线垂直的平面上；而通电线圈产生的磁场和条形磁铁一样，圆都在和导线垂直的平面上；而通电线圈产生的磁场和条形磁铁一样，也存在两个磁极。电流产生的磁场的方向和电流的关系可以用右手螺也存在两个磁极。电流产生的磁场的方向和电流的关系可以用右手螺旋定则来确定。旋定则来确定。返回返回上一页上一页下一页下一页第3页，此课件共80页哦6.1 磁场的基本物理量与铁磁材料磁场的基本物理量与铁磁材料l6.1.2 磁场的基本物理量磁场的基本物理量l1磁感应强度磁感应强度l磁感应强度是描述磁
5、场内某点磁场强弱的物理量，用字符磁感应强度是描述磁场内某点磁场强弱的物理量，用字符B表示。试表示。试验证明，在磁场中的某一点放一段长为验证明，在磁场中的某一点放一段长为l、电流为、电流为I，并与磁场方向垂，并与磁场方向垂直的通电导体，如图直的通电导体，如图6-1所示，此时该导体受到的磁场力最大，为所示，此时该导体受到的磁场力最大，为 (6-1)l因此有因此有 (6-2)返回返回上一页上一页下一页下一页第4页，此课件共80页哦6.1 磁场的基本物理量与铁磁材料磁场的基本物理量与铁磁材料l在国际单位制中，磁感应强度在国际单位制中，磁感应强度B的单位是为特斯拉，简称特的单位是为特斯拉，简称特(T)。
6、在工。在工程上，还使用高斯程上，还使用高斯(Gs)作为作为B的单位，两者之间的换算关系为的单位，两者之间的换算关系为 l磁感应强度是个矢量，不仅有大小而且有方向，它的方向即为磁场的磁感应强度是个矢量，不仅有大小而且有方向，它的方向即为磁场的方向。磁场强度的大小和方向都相同的磁场称为匀强磁场。方向。磁场强度的大小和方向都相同的磁场称为匀强磁场。l2磁通磁通l磁通是反映磁场中某个面上磁场情况的物理量，用字符磁通是反映磁场中某个面上磁场情况的物理量，用字符表示。我们表示。我们把穿过磁场并垂直于某一面积把穿过磁场并垂直于某一面积S的磁力线条数称为该面积的磁通，可的磁力线条数称为该面积的磁通，可用下面这
7、个式子表示：用下面这个式子表示：(6-3)返回返回上一页上一页下一页下一页第5页，此课件共80页哦6.1 磁场的基本物理量与铁磁材料磁场的基本物理量与铁磁材料l在匀强磁场中，若磁感应强度的方向与面积在匀强磁场中，若磁感应强度的方向与面积S相互垂直，如图相互垂直，如图6-2(a)所所示，则磁通示，则磁通为为 (6-4)或者或者 (6-5)l如果两者不垂直，面积如果两者不垂直，面积S的法线的法线n的方向与的方向与B的方向夹角为的方向夹角为，如图，如图6-2(b)所示，则磁通为所示，则磁通为 (6-6)或者或者 (6-7)返回返回上一页上一页下一页下一页 第6页，此课件共80页哦6.1 磁场的基本物
8、理量与铁磁材料磁场的基本物理量与铁磁材料l在国际单位制中，磁通在国际单位制中，磁通的单位是韦伯，简称韦的单位是韦伯，简称韦(Wb)。在工程上还使。在工程上还使用麦克斯韦用麦克斯韦(Mx)作为作为的单位，两者之间的换算关系是的单位，两者之间的换算关系是 l由式由式(6.7)可以看出，磁感应强度在数值上等于与磁场方向相垂直的单可以看出，磁感应强度在数值上等于与磁场方向相垂直的单位面积通过的磁通，因此磁感应强度又称为磁通密度。那么二者存在位面积通过的磁通，因此磁感应强度又称为磁通密度。那么二者存在如下关系如下关系 l由于磁力线是连续、闭合的曲线，对磁场中的任意一个闭合面来说，由于磁力线是连续、闭合的
9、曲线，对磁场中的任意一个闭合面来说，穿入这个面的磁力线的根数等于从该闭合面穿出的磁力线的根数，这穿入这个面的磁力线的根数等于从该闭合面穿出的磁力线的根数，这就是磁通连续性原理。这一原理可表示为就是磁通连续性原理。这一原理可表示为 (6-8)返回返回上一页上一页下一页下一页第7页，此课件共80页哦6.1 磁场的基本物理量与铁磁材料磁场的基本物理量与铁磁材料l3磁导率磁导率l实验证明，磁场的强弱除了与电流的大小、导体的形状和位置有关外，实验证明，磁场的强弱除了与电流的大小、导体的形状和位置有关外，还和周围空间的介质有关。我们用磁导率来表示介质对磁场的影响。还和周围空间的介质有关。我们用磁导率来表示
10、介质对磁场的影响。磁导率也叫导磁系数，用字符磁导率也叫导磁系数，用字符 表示。在国际单位制中，表示。在国际单位制中，的单位是的单位是亨亨/米米(H/m)。l不同的介质有不同的磁导率。磁导率大的磁介质导磁性能好，磁导率不同的介质有不同的磁导率。磁导率大的磁介质导磁性能好，磁导率小的磁介质导磁性能差。由实验可测得真空的磁导率小的磁介质导磁性能差。由实验可测得真空的磁导率l 返回返回上一页上一页下一页下一页第8页，此课件共80页哦6.1 磁场的基本物理量与铁磁材料磁场的基本物理量与铁磁材料l为了方便，我们把其他介质的磁导率采用与为了方便，我们把其他介质的磁导率采用与 的比值来表示，这个比的比值来表示
11、，这个比值称为磁介质的相对磁导率，用字符值称为磁介质的相对磁导率，用字符 来表示，即来表示，即 (6-9)l显然，显然，没有单位，它表示在其他条件相同的情况下，介质中的磁感没有单位，它表示在其他条件相同的情况下，介质中的磁感应强度是真空中的几倍。应强度是真空中的几倍。l根据相对磁导率的大小可以把物质分成非磁性物质和铁磁性材料两大根据相对磁导率的大小可以把物质分成非磁性物质和铁磁性材料两大类。非磁性物质的相对磁导率近似为类。非磁性物质的相对磁导率近似为1，如铜、铝、木材、橡胶和空，如铜、铝、木材、橡胶和空气等。而铁磁性材料的相对磁导率可达到几百甚至几千，如铸铁、硅气等。而铁磁性材料的相对磁导率可
12、达到几百甚至几千，如铸铁、硅钢和锰锌铁氧体等。钢和锰锌铁氧体等。l表表6-1给出了几种常用铁磁材料的相对磁导率。给出了几种常用铁磁材料的相对磁导率。返回返回上一页上一页下一页下一页第9页，此课件共80页哦6.1 磁场的基本物理量与铁磁材料磁场的基本物理量与铁磁材料l4磁场强度磁场强度l磁场中磁感应强度的大小不仅与产生磁场的电流有关，还与磁场中的磁场中磁感应强度的大小不仅与产生磁场的电流有关，还与磁场中的介质有关。而介质得磁导率介质有关。而介质得磁导率不是常数，计算起来并不方便，因此为不是常数，计算起来并不方便，因此为了使磁场计算简便，我们常常使用磁场强度来确定电流产生的磁场。了使磁场计算简便，
13、我们常常使用磁场强度来确定电流产生的磁场。l此磁场中某点的磁场强度就是该点的磁感应强度此磁场中某点的磁场强度就是该点的磁感应强度B和介质的磁导率和介质的磁导率的的比值，用字母比值，用字母H表示，即表示，即 (6-10)返回返回上一页上一页下一页下一页第10页，此课件共80页哦6.1 磁场的基本物理量与铁磁材料磁场的基本物理量与铁磁材料l磁场强度也是矢量，其方向与该点磁感应强度的方向相同。在国际单磁场强度也是矢量，其方向与该点磁感应强度的方向相同。在国际单位制中，位制中，H的单位是安的单位是安/米米(A/m)。如图。如图6-3所示的均匀密绕环形线圈内所示的均匀密绕环形线圈内某点磁感应强度的大小为
14、某点磁感应强度的大小为 (6-11)l式中式中I为线圈在红的电流为线圈在红的电流(A)；N为线圈的匝数；为线圈的匝数；r为环中某点的半径为环中某点的半径(m)；为环中介质的磁导率。可见，如果其他条件不变而为环中介质的磁导率。可见，如果其他条件不变而不同，则不同，则B也不同。但是同一点的磁场强度也不同。但是同一点的磁场强度H为为 (6-12)l与与无关，它只取决于线圈的形状、尺寸、线圈中的电流和这一点在无关，它只取决于线圈的形状、尺寸、线圈中的电流和这一点在磁场中的位置。磁场中的位置。返回返回上一页上一页下一页下一页第11页，此课件共80页哦6.1 磁场的基本物理量与铁磁材料磁场的基本物理量与铁
15、磁材料l6.1.3 铁磁材料铁磁材料l 1铁磁材料的磁化铁磁材料的磁化l铁磁性物质的导磁能力很强，在外磁场作用下容易被磁化。而非磁性铁磁性物质的导磁能力很强，在外磁场作用下容易被磁化。而非磁性物质之所以没有这样的磁性，是因为它们的结构不同，在铁磁性物质物质之所以没有这样的磁性，是因为它们的结构不同，在铁磁性物质内部存在许多自然磁化的小区域，称为磁畴。每个磁畴排列杂乱，对内部存在许多自然磁化的小区域，称为磁畴。每个磁畴排列杂乱，对外不显磁性。在外磁场作用下，磁畴排列规则，极性一致，于是产生外不显磁性。在外磁场作用下，磁畴排列规则，极性一致，于是产生了与外磁场方向相同的附加磁场，对外显示很强的磁性
16、，即铁磁材料了与外磁场方向相同的附加磁场，对外显示很强的磁性，即铁磁材料的磁性。的磁性。l铁磁材料的磁化特性，可通过磁化曲线和磁滞回线来说明。铁磁材料的磁化特性，可通过磁化曲线和磁滞回线来说明。返回返回上一页上一页下一页下一页第12页，此课件共80页哦6.1 磁场的基本物理量与铁磁材料磁场的基本物理量与铁磁材料l2磁化曲线磁化曲线l磁化曲线是指铁磁材料中的磁感应强度磁化曲线是指铁磁材料中的磁感应强度B随外加磁场强度随外加磁场强度H变化的曲变化的曲线，如图线，如图6-4所示。所示。l铁磁材料初始状态为铁磁材料初始状态为H=0、B=0（完全退磁）。（完全退磁）。H值从值从0开始增加，开始增加，B值
17、随之增加。开始时（值随之增加。开始时（0a段），因为磁畴的方向不断与外磁场趋向一段），因为磁畴的方向不断与外磁场趋向一致，所以致，所以B增加很快，曲线呈直线状。磁化过程中（增加很快，曲线呈直线状。磁化过程中（ab段），当外磁段），当外磁场（激励电流）增强到一定值时，磁性材料内部的磁畴基本上均转向场（激励电流）增强到一定值时，磁性材料内部的磁畴基本上均转向与外磁场方向一致，与外磁场方向一致，B的增加变缓，铁磁材料开始进入饱和状态，的增加变缓，铁磁材料开始进入饱和状态，b点点称为饱和点。称为饱和点。b点以上段，磁畴方向已经趋向一致，内部附加的磁场点以上段，磁畴方向已经趋向一致，内部附加的磁场不再增
18、强，此时铁磁材料处于饱和状态。不再增强，此时铁磁材料处于饱和状态。返回返回上一页上一页下一页下一页第13页，此课件共80页哦6.1 磁场的基本物理量与铁磁材料磁场的基本物理量与铁磁材料l由图由图6-4可见，铁磁材料的可见，铁磁材料的B和和H的关系是非线性的，所以其磁导率的关系是非线性的，所以其磁导率 不是常数。不是常数。l3磁滞回线磁滞回线l在实际工作中我们发现，如果铁磁材料在交变的磁场中反复磁化，则在实际工作中我们发现，如果铁磁材料在交变的磁场中反复磁化，则磁感应强度磁感应强度B的变化总是滞后于磁场强度的变化总是滞后于磁场强度H的变化。这种现象称为铁的变化。这种现象称为铁磁材料的磁滞现象，磁
19、化曲线表现为回线的形式，称为磁滞回线，如磁材料的磁滞现象，磁化曲线表现为回线的形式，称为磁滞回线，如图图6-5所示。所示。返回返回上一页上一页下一页下一页第14页，此课件共80页哦6.1 磁场的基本物理量与铁磁材料磁场的基本物理量与铁磁材料l由图可见，当由图可见，当H减小时，减小时，B也随之减小，但当也随之减小，但当H=0时，时，B并未回到并未回到0值，值，而是而是 ，称为剩磁感应强度，简称剩磁。当称为剩磁感应强度，简称剩磁。当 时，此感时，此感应强度应强度B才为才为0，成为矫顽磁力，它表示铁磁材料反抗退磁的能力。图，成为矫顽磁力，它表示铁磁材料反抗退磁的能力。图中所示回线是在相同的中所示回线
20、是在相同的H和和-H下反复磁化多次获得的结果。在不同的下反复磁化多次获得的结果。在不同的H和和-H下就可得到磁滞回线族，将原点和各回线的顶点下就可得到磁滞回线族，将原点和各回线的顶点(H,B)描成得描成得一条曲线称为基本磁化曲线，工程上给出的磁化曲线都是基本磁化曲一条曲线称为基本磁化曲线，工程上给出的磁化曲线都是基本磁化曲线。线。l按铁磁材料的磁滞回线的宽度、形状把铁磁材料分为软磁材料、硬磁按铁磁材料的磁滞回线的宽度、形状把铁磁材料分为软磁材料、硬磁材料和矩磁材料三种类型。材料和矩磁材料三种类型。返回返回上一页上一页 第15页，此课件共80页哦6.2 磁路及磁路定律磁路及磁路定律l6.2.1磁
21、路磁路l具有铁芯的磁圈，由于铁磁材料的磁导率远大于周围的其他介质（如具有铁芯的磁圈，由于铁磁材料的磁导率远大于周围的其他介质（如空气），即使通入较小的电流，也能产生很强的磁场，并且可以改变空气），即使通入较小的电流，也能产生很强的磁场，并且可以改变磁场在空间的分布，使绝大部分磁通集中在铁芯所构成的路径内，形磁场在空间的分布，使绝大部分磁通集中在铁芯所构成的路径内，形成了磁通的定向流动。我们把通过磁通的闭合回路称之为磁路。工程成了磁通的定向流动。我们把通过磁通的闭合回路称之为磁路。工程上，根据实际需要，把磁铁材料制成适当形状来控制磁通的路径，图上，根据实际需要，把磁铁材料制成适当形状来控制磁通的
22、路径，图6-6所示为几种常见的磁路。所示为几种常见的磁路。l绝大部分磁通通过铁芯构成闭合回路，称为主磁通，用绝大部分磁通通过铁芯构成闭合回路，称为主磁通，用 表示。另有表示。另有极少部分磁通穿出铁芯，经过线圈周围的空气闭合，称为磁漏通，用极少部分磁通穿出铁芯，经过线圈周围的空气闭合，称为磁漏通，用 表示。分析磁路问题时，磁漏通往往可以忽略不计，因此通常把表示。分析磁路问题时，磁漏通往往可以忽略不计，因此通常把磁通集中通过的路径称为磁路。磁通集中通过的路径称为磁路。返回返回下一页下一页第16页，此课件共80页哦6.2 磁路及磁路定律磁路及磁路定律l和电路相似，磁路也分为有分支磁路和无分支磁路。图
23、和电路相似，磁路也分为有分支磁路和无分支磁路。图6-6(a)是无分是无分支磁路，图支磁路，图6-6(b)和图和图6-6(d)是有对称分支磁路，图是有对称分支磁路，图6-6(c)是不对称分是不对称分支磁路。支磁路。l6.2.2磁路定律磁路定律l1磁路中的物理量磁路中的物理量l(1)磁动势磁动势 磁路中的磁动势是产生磁能的原因。通电线圈产生的磁通磁路中的磁动势是产生磁能的原因。通电线圈产生的磁通与线圈的匝数与线圈的匝数N和通过电流和通过电流I的乘积成正比，我们把的乘积成正比，我们把NI称为磁动势，用称为磁动势，用符号符号 表示，即表示，即 (6-13)返回返回上一页上一页下一页下一页第17页，此课
24、件共80页哦6.2 磁路及磁路定律磁路及磁路定律l(2)磁阻磁阻 磁路用磁阻来表示磁通通过磁路是受到阻碍作用，用符号磁路用磁阻来表示磁通通过磁路是受到阻碍作用，用符号 表表示。磁阻示。磁阻 的大小与磁路的长度的大小与磁路的长度l成正比，与磁路的横截面积成正比，与磁路的横截面积S成反比，成反比，并与组成磁路材料的磁导率并与组成磁路材料的磁导率有关，即有关，即 (6-14)l由于铁磁性材料的磁导率由于铁磁性材料的磁导率 比空气的磁导率比空气的磁导率 大得多，所以根据上面大得多，所以根据上面公式可知，在磁路长度和横截面积相同的情况下，铁磁性材料的磁阻公式可知，在磁路长度和横截面积相同的情况下，铁磁性
25、材料的磁阻比空气的磁阻小得多。比空气的磁阻小得多。返回返回上一页上一页下一页下一页第18页，此课件共80页哦6.2 磁路及磁路定律磁路及磁路定律l(3)磁位差磁位差 和电场内存在电位差一样，在磁场中也有一个被称作磁位和电场内存在电位差一样，在磁场中也有一个被称作磁位差的物理量。我们把磁场强度差的物理量。我们把磁场强度H和沿磁力场前强度方向一段长度和沿磁力场前强度方向一段长度l的乘的乘积称为该长度之间的磁位差，用字母积称为该长度之间的磁位差，用字母 表示，其单位是安表示，其单位是安(A)。在均。在均匀磁场中可以得到以下关系式匀磁场中可以得到以下关系式 (6-15)l式中式中 l为沿磁场强度方向的
26、一段长度为沿磁场强度方向的一段长度(m)，H为线圈中的磁场强度为线圈中的磁场强度(A/m)，Um为长度之间的磁位差为长度之间的磁位差(A)。l磁位差与电流之间的关系可以由安培环路定律来描述。安培环路定律磁位差与电流之间的关系可以由安培环路定律来描述。安培环路定律也叫全电流定律，它的具体内容是：磁场中沿任意闭合路径一周的磁也叫全电流定律，它的具体内容是：磁场中沿任意闭合路径一周的磁位差等于该闭合路径所包围的全部电流的代数和。即位差等于该闭合路径所包围的全部电流的代数和。即 (6-16)返回返回上一页上一页下一页下一页第19页，此课件共80页哦6.2 磁路及磁路定律磁路及磁路定律l如果闭合路径如果
27、闭合路径L上的磁场强度均为上的磁场强度均为H，则安培环路定律可以表示成，则安培环路定律可以表示成 (6-17)l2基尔霍夫第一定律基尔霍夫第一定律l对于包围磁路某一部分的封闭面来说，由于磁通是连续的，所以穿过对于包围磁路某一部分的封闭面来说，由于磁通是连续的，所以穿过该封闭面的所有磁通的代数和等于零，即该封闭面的所有磁通的代数和等于零，即 (6-18)l这就是磁路的基尔霍夫第一定律。这就是磁路的基尔霍夫第一定律。l图图6-7所示为一分支磁路的示意图，分支汇集处的所示为一分支磁路的示意图，分支汇集处的c点和点和d点称为磁路的点称为磁路的节点，连在节点之间的分支磁路称为支路。在线圈节点，连在节点之
28、间的分支磁路称为支路。在线圈N1和和N2中分别通中分别通过电流过电流i1和和i2，3条支路的磁通分别为条支路的磁通分别为1、2和和3，磁通与电流方向，磁通与电流方向如图中所示，他们之间的关系符合右手螺旋关系。如图中所示，他们之间的关系符合右手螺旋关系。返回返回上一页上一页下一页下一页第20页，此课件共80页哦6.2 磁路及磁路定律磁路及磁路定律l在节点在节点c作任意闭合面作任意闭合面S，根据磁通的连续性原理可知，穿入闭合面的，根据磁通的连续性原理可知，穿入闭合面的磁通应等于闭合面的磁通，有磁通应等于闭合面的磁通，有 l规定穿出规定穿出S面的磁通为正，穿入面的磁通为正，穿入S面的磁通为负，则上式
29、可写成面的磁通为负，则上式可写成 l即即 l它表明，在磁路中任一节点的磁通代数和等于零。它表明，在磁路中任一节点的磁通代数和等于零。返回返回上一页上一页下一页下一页 第21页，此课件共80页哦6.2 磁路及磁路定律磁路及磁路定律l3.基尔霍夫第二定律基尔霍夫第二定律l若一段磁路的材料相同，横截面也相同，则它就是均匀磁路，否则就若一段磁路的材料相同，横截面也相同，则它就是均匀磁路，否则就是不均匀磁路。磁路中的任何一个闭合路径不一定是均匀磁路。在应是不均匀磁路。磁路中的任何一个闭合路径不一定是均匀磁路。在应用安培环路定律时，必须将回路根据材料和截面的不同分段，使各段用安培环路定律时，必须将回路根据
30、材料和截面的不同分段，使各段都有相同的都有相同的H值。例如图值。例如图6-7 所示所示abcda回路，虽然材料相同，但截面回路，虽然材料相同，但截面不同，可以把磁路分为不同，可以把磁路分为4段，各段的平均长度分别为段，各段的平均长度分别为 ，相应段的磁场强度分别为相应段的磁场强度分别为 。取回路的绕行方向为顺。取回路的绕行方向为顺时针方向，则由安培环路定律得时针方向，则由安培环路定律得l即即 l故故 (6-19)返回返回上一页上一页下一页下一页第22页，此课件共80页哦6.2 磁路及磁路定律磁路及磁路定律l这就是磁路的基尔霍夫第二定律，它指出：沿磁路中的任一闭合路径这就是磁路的基尔霍夫第二定律
31、，它指出：沿磁路中的任一闭合路径的总磁压等于磁路的总磁动势。应用上式时，决定正负号的原则是：的总磁压等于磁路的总磁动势。应用上式时，决定正负号的原则是：任意设定回路绕行方向，当任意设定回路绕行方向，当H的方向与绕行方向一致时，则磁压为正，的方向与绕行方向一致时，则磁压为正，否则为负；当电流参考方向与绕行方向符合右手螺旋关系时为正，反否则为负；当电流参考方向与绕行方向符合右手螺旋关系时为正，反之为负。之为负。l4.磁路欧姆定律磁路欧姆定律l磁路中任何一段的磁压磁路中任何一段的磁压 返回返回上一页上一页下一页下一页第23页，此课件共80页哦6.2 磁路及磁路定律磁路及磁路定律l又又 l则则 (6-
32、20)l上式在形式上与电路的欧姆定律相似，称为磁路的欧姆定律。其中，上式在形式上与电路的欧姆定律相似，称为磁路的欧姆定律。其中，磁压磁压 与电路中的电压对应，磁通与电路中的电压对应，磁通与电路中的电流对应；磁阻与电路中的电流对应；磁阻 与电路中导体的电阻对应。由于铁磁性物质的磁导率与电路中导体的电阻对应。由于铁磁性物质的磁导率 随励磁电流而随励磁电流而变化，所以磁阻呈非线性，这给欧姆定律的应用带来局限性。在一般变化，所以磁阻呈非线性，这给欧姆定律的应用带来局限性。在一般情况下，不能直接用磁路的欧姆定律来进行计算，但可以用它来对磁情况下，不能直接用磁路的欧姆定律来进行计算，但可以用它来对磁路进行
33、定性分析。路进行定性分析。返回返回上一页上一页下一页下一页第24页，此课件共80页哦6.2 磁路及磁路定律磁路及磁路定律l例例6-1 如图如图6-8所示为一有气隙的铁芯线圈。若线圈中通以直流电流，所示为一有气隙的铁芯线圈。若线圈中通以直流电流，试分析气隙的大小对磁路中的磁阻、磁通和磁动势的影响。试分析气隙的大小对磁路中的磁阻、磁通和磁动势的影响。l解：直流情况下，线圈中的电流解：直流情况下，线圈中的电流I 仅决定于外加直流电压和线圈导线仅决定于外加直流电压和线圈导线的电阻，为恒定值，而与气隙的大小无关。因此，磁动势的电阻，为恒定值，而与气隙的大小无关。因此，磁动势F=NI也是恒也是恒定值，与气
34、隙的大小无关。但由于空气的磁导率远远低于铁芯，而使定值，与气隙的大小无关。但由于空气的磁导率远远低于铁芯，而使气隙磁阻成为磁路总磁阻的主要组成部分。气隙大则磁阻气隙磁阻成为磁路总磁阻的主要组成部分。气隙大则磁阻 会显著增会显著增大，而磁动势大，而磁动势F为恒定值，由磁路的欧姆定律可知，磁通为恒定值，由磁路的欧姆定律可知，磁通 将将减小。减小。返回返回上一页上一页第25页，此课件共80页哦6.3 自感与互感自感与互感l6.3.1自感自感l前面我们已经知道，通电导体周围存在磁场，因此当回路中通有电流前面我们已经知道，通电导体周围存在磁场，因此当回路中通有电流时，必定有该电流产生的磁通量通过回路自身
35、。又由电磁感应定律可时，必定有该电流产生的磁通量通过回路自身。又由电磁感应定律可知，当通过回路面积的磁通量发生变化时，回路中就有感应电动势产知，当通过回路面积的磁通量发生变化时，回路中就有感应电动势产生。这种由于回路中电流产生的磁通量发生变化，而在回路自身中激生。这种由于回路中电流产生的磁通量发生变化，而在回路自身中激起感应电动势的电惯性现象，称为自感现象，简称自感。起感应电动势的电惯性现象，称为自感现象，简称自感。l当线圈中通过变化的电流时，这个电流产生的磁场使该线圈每匝具有当线圈中通过变化的电流时，这个电流产生的磁场使该线圈每匝具有的磁通的磁通叫做自感磁通。使叫做自感磁通。使N个线圈具有的
36、磁通叫做自感磁链，用字个线圈具有的磁通叫做自感磁链，用字母母 表示，即表示，即 (6-21)返回返回下一页下一页第26页，此课件共80页哦6.3 自感与互感自感与互感l由于同一电流由于同一电流i通过不同的线圈时，所产生的自感磁链通过不同的线圈时，所产生的自感磁链 不一定相同。不一定相同。为了表明各个线圈产生自感磁链的能力，将线圈的自感磁链为了表明各个线圈产生自感磁链的能力，将线圈的自感磁链 与电流与电流i的比值称为线圈的自感系数，简称电感，用符号的比值称为线圈的自感系数，简称电感，用符号L表示，即表示，即 (6-22)l电感是线圈的固有参数，它的大小取决于线圈的匝数、几何形状以及电感是线圈的固
37、有参数，它的大小取决于线圈的匝数、几何形状以及线圈周围磁介质的磁导率。电感的单位是亨利线圈周围磁介质的磁导率。电感的单位是亨利(H)。实际应用中，一。实际应用中，一般线圈具有的电感量比较小，因而常采用比亨利小的单位，如毫亨般线圈具有的电感量比较小，因而常采用比亨利小的单位，如毫亨(mH)、微亨、微亨(H)。他们之间的换算关系是。他们之间的换算关系是返回返回上一页上一页下一页下一页第27页，此课件共80页哦6.3 自感与互感自感与互感l根据电磁感应定律，我们可以得出线圈中产生的自感电动势为根据电磁感应定律，我们可以得出线圈中产生的自感电动势为 (6-23)l当当L为常数，即线圈的匝数、几何形状和
38、磁导率都保持不变的情况下，为常数，即线圈的匝数、几何形状和磁导率都保持不变的情况下，由由 有有 (6-24)l式中式中 为电流对时间的变化率为电流对时间的变化率(A/s)。l自感电动势的方向可以用楞次定律来判断。如图自感电动势的方向可以用楞次定律来判断。如图6-9所示当电流线圈的所示当电流线圈的电流增加时，自感电动势的方向要与原电流方向相反；当流过线圈的电流增加时，自感电动势的方向要与原电流方向相反；当流过线圈的电流减小时，自感电动势的方向要与原电流方向一致，即自感电动势电流减小时，自感电动势的方向要与原电流方向一致，即自感电动势的方向总是阻碍原电流的变化。线圈的电感越大，自感应的作用也越的方
39、向总是阻碍原电流的变化。线圈的电感越大，自感应的作用也越大，线圈中的电流也越不容易改变。大，线圈中的电流也越不容易改变。返回返回上一页上一页下一页下一页 第28页，此课件共80页哦6.3 自感与互感自感与互感l例例6-2 有一个电感有一个电感L=50H的线圈接在电源上，通过的电流为的线圈接在电源上，通过的电流为1A，当电，当电路的开关断开时，在路的开关断开时，在0.02s的时间内，电流降为零。试求线圈中的自感的时间内，电流降为零。试求线圈中的自感电动势。电动势。l解：因为解：因为 l 又又 l 所以所以 返回返回上一页上一页下一页下一页第29页，此课件共80页哦6.3 自感与互感自感与互感l6
40、.3.2互感互感l两个相互邻近的线圈，如图两个相互邻近的线圈，如图6-10所示。线圈所示。线圈1和线圈和线圈2匝数分别为匝数分别为 .当线圈当线圈1通有电流通有电流i1时，在线圈时，在线圈1中产生了磁通中产生了磁通 ，称为线圈，称为线圈1的自感的自感磁通，线圈磁通，线圈1中各匝磁通的总和称为线圈中各匝磁通的总和称为线圈1的自感磁链的自感磁链 ，。由于线圈。由于线圈1和线圈和线圈2靠得很近，使靠得很近，使 中的一部分中的一部分 同时同时穿过线圈穿过线圈2，这部分磁通，这部分磁通 称为线圈称为线圈2的互感磁通。这种一个线圈的的互感磁通。这种一个线圈的磁通交链另一个线圈的现象，称为磁耦合。设磁通磁通
41、交链另一个线圈的现象，称为磁耦合。设磁通 与线圈与线圈2的每一的每一匝都有相交链，则此时线圈匝都有相交链，则此时线圈2中各匝磁通的总和称为线圈中各匝磁通的总和称为线圈2的互感磁链的互感磁链 ，。返回返回上一页上一页下一页下一页第30页，此课件共80页哦6.3 自感与互感自感与互感l当线圈当线圈1中的电流中的电流i1发生变化时，自感磁通发生变化时，自感磁通 也随之变化，不仅在线也随之变化，不仅在线圈圈1中产生自感电压中产生自感电压 ，而且通过互感磁通，而且通过互感磁通 在线圈在线圈2中也产生感应中也产生感应电压，这个电压称为互感电压电压，这个电压称为互感电压 ，同理，当线圈，同理，当线圈2中通以
42、变化电流中通以变化电流i2时，线圈时，线圈1中也会产生感应电压中也会产生感应电压 。我们把这种由于一个线圈中电流。我们把这种由于一个线圈中电流变化而在邻近其它线圈中产生感应电压的现象称为互感现象，简称互变化而在邻近其它线圈中产生感应电压的现象称为互感现象，简称互感。感。l对比自感现象可知：自感是一个线圈发生的电磁感应；而互感是两个对比自感现象可知：自感是一个线圈发生的电磁感应；而互感是两个（或多个）线圈发生的电磁感应。其本质都是一样的，只不过是电磁（或多个）线圈发生的电磁感应。其本质都是一样的，只不过是电磁感应的表现形式不同而已。感应的表现形式不同而已。返回返回上一页上一页下一页下一页第31页
43、，此课件共80页哦6.3 自感与互感自感与互感l与自感定义类似，当选取磁通（或磁链）的参考方向与产生它的电流与自感定义类似，当选取磁通（或磁链）的参考方向与产生它的电流参考方向符合右后螺旋关系时，定义互感磁链参考方向符合右后螺旋关系时，定义互感磁链 与产生它的电流与产生它的电流i1的比值为线圈的比值为线圈1对线圈对线圈2的互感系数，用的互感系数，用 表示，即表示，即 (6-25)l同理，线圈同理，线圈1中的互感磁链中的互感磁链 与产生它的电流与产生它的电流i2的比值称为线圈的比值称为线圈2对对线圈线圈1的互感，用的互感，用 表示，即表示，即l 返回返回上一页上一页下一页下一页 第32页，此课件
44、共80页哦6.3 自感与互感自感与互感l理论和实验都可以证明，理论和实验都可以证明，。因此一般省略下标，直接用。因此一般省略下标，直接用M表示互感，即表示互感，即 (6-26)l线圈间的互感线圈间的互感M是线圈的固有参数，它与量线圈的匝数、几何尺寸、是线圈的固有参数，它与量线圈的匝数、几何尺寸、相对位置和磁介质等有关。当磁介质为非铁磁性物质时，相对位置和磁介质等有关。当磁介质为非铁磁性物质时，M是常数。是常数。它和自感有相同的单位：亨它和自感有相同的单位：亨(H)、毫亨、毫亨(mH)或微亨或微亨(H)。l工程上通常用耦合系数工程上通常用耦合系数k表示两个线圈磁耦合的紧密程度，并定义为表示两个线
45、圈磁耦合的紧密程度，并定义为 (6-27)返回返回上一页上一页下一页下一页第33页，此课件共80页哦6.3 自感与互感自感与互感l式中，式中，分别是线圈分别是线圈1和线圈和线圈2的自感。显然，的自感。显然，k的最大值是的最大值是1，而，而最小值是最小值是0，前者意味着由一个线圈中电流所产生的磁通全部与另一，前者意味着由一个线圈中电流所产生的磁通全部与另一个线圈交链，已经达到无法再使个线圈交链，已经达到无法再使M增加的地步，后者出现于无互感的增加的地步，后者出现于无互感的情况。耦合系数情况。耦合系数k反映了磁通相耦合的程度，反映了磁通相耦合的程度，k=1时称为全耦合，时称为全耦合，k近近似等于似
46、等于1时称为紧耦合，时称为紧耦合，k值较小时称为松耦合。值较小时称为松耦合。l由互感现象产生的感应电动势叫做互感电动势，用由互感现象产生的感应电动势叫做互感电动势，用 表示。假定线圈表示。假定线圈1中电流发生变化，线圈中电流发生变化，线圈2中产生的互感电动势为中产生的互感电动势为l 返回返回上一页上一页下一页下一页第34页，此课件共80页哦6.3 自感与互感自感与互感l当当M确定时，一个线圈中互感电动势的大小正比与另一线圈电流的变确定时，一个线圈中互感电动势的大小正比与另一线圈电流的变化率。同样，当线圈化率。同样，当线圈2的电流变化时，线圈的电流变化时，线圈1产生的互感电动势的大小产生的互感电
47、动势的大小为为 (6-28)l线圈中的互感电动势与互感系数和另一线圈中电流的变化率的乘积成线圈中的互感电动势与互感系数和另一线圈中电流的变化率的乘积成正比。互感电动势的方向可用楞次定律判断，式中负号即为楞次定律正比。互感电动势的方向可用楞次定律判断，式中负号即为楞次定律的反映。的反映。返回返回上一页上一页下一页下一页第35页，此课件共80页哦6.3 自感与互感自感与互感l在互感线圈中，我们将电位瞬时极性始终保持一致的端点叫做同名端在互感线圈中，我们将电位瞬时极性始终保持一致的端点叫做同名端（或同极性端用符号（或同极性端用符号“”或或“*”表示。如图表示。如图6-11所示的线圈所示的线圈A中，中
48、，“1”端流入增加的电流端流入增加的电流i，则，则“i”所产生的磁通所产生的磁通会随时间而增大，会随时间而增大，这时线圈这时线圈A中产生自感电动势，线圈中产生自感电动势，线圈B中产生互感电动势。这两个电中产生互感电动势。这两个电动势都是由于动势都是由于的变化引起的。根据楞次定律，可以确定线圈的变化引起的。根据楞次定律，可以确定线圈A、B中中感应电动势的方向，如图中感应电动势的方向，如图中“+”“-”号所示。可见端点号所示。可见端点“1”和和“3”，“2”和和“4”的极性是相同的。若的极性是相同的。若 减小时，减小时，A、B中感应电动中感应电动势方向都相反，但端点势方向都相反，但端点“1”和和“
49、3”，“2”和和“4”的极性仍是相同的极性仍是相同的。所以端点的。所以端点“1”和和“3”，“2”和和“4”是同名端，如图是同名端，如图6-11所示。所示。l因此，当我们知道线圈的绕法时，可运用楞次定律直接判定互感电动因此，当我们知道线圈的绕法时，可运用楞次定律直接判定互感电动势极性，或者利用同名端也可以判断出线圈中互感电动势的极性。势极性，或者利用同名端也可以判断出线圈中互感电动势的极性。返回返回上一页上一页第36页，此课件共80页哦6.4 变压器的结构及工作原理变压器的结构及工作原理l6.4.1 变压器的结构变压器的结构l变压器按相数分有单相、三相和多相，按结构分可分为芯式和壳式。变压器按
50、相数分有单相、三相和多相，按结构分可分为芯式和壳式。按绕组数目分可分为双绕组变压器、三绕组变压器、多绕组变压器和按绕组数目分可分为双绕组变压器、三绕组变压器、多绕组变压器和自耦变压器。按冷却方式分又可分为油浸式变压器、充气式变压器和自耦变压器。按冷却方式分又可分为油浸式变压器、充气式变压器和干式变压器。尽管边压器的种类很多，但其基本构造是相同的，都由干式变压器。尽管边压器的种类很多，但其基本构造是相同的，都由铁芯和绕组两部分组成。铁芯和绕组两部分组成。l1铁芯铁芯l铁芯是变压器磁路的主体，它构成了电磁感应所需的磁路，使绕组之铁芯是变压器磁路的主体，它构成了电磁感应所需的磁路，使绕组之间实现电磁