电磁学基础知识.ppt

第三章第三章 电磁学基础电磁学基础l l3.2 3.2 铁磁性材料铁磁性材料铁磁性材料铁磁性材料l l3.5 3.5 变压器变压器变压器变压器l l3.6 3.6 点火线圈与汽车传统点火系统的工作过程点火线圈与汽车传统点火系统的工作过程点火线圈与汽车传统点火系统的工作过程点火线圈与汽车传统点火系统的工作过程 l l3.1 3.1 磁场与电磁感应磁场与电磁感应磁场与电磁感应磁场与电磁感应l l3.3 3.3 磁路基本定律磁路基本定律磁路基本定律磁路基本定律l l3.4 3.4 含有铁心线圈交流电路含有铁心线圈交流电路含有铁心线圈交流电路含有铁心线圈交流电路本章要求：本章要求：l第三章第三章 电磁学基础电磁学基础l1）了了解解磁磁场场的的四四个个基基本本物物理理量量和和电电磁磁感感应应概概念。念。l2）了解铁磁性材料特性及其应用。）了解铁磁性材料特性及其应用。l3）理解磁路欧姆定律和磁路的基尔霍夫定律。）理解磁路欧姆定律和磁路的基尔霍夫定律。l4）了了解解变变压压器器的的基基本本结结构构，掌掌握握变变压压器器的的基基本工作原理。本工作原理。l5）了了解解点点火火线线圈圈与与汽汽车车传传统统点点火火系系统统的的工工作作过程。过程。l6）了解电磁铁的工作特性。）了解电磁铁的工作特性。l3.1.1 电磁学的基本物理量电磁学的基本物理量l l表示磁场内某点磁场强弱和方向的物理量。表示磁场内某点磁场强弱和方向的物理量。l l大大小小:l l方向方向:与电流的方向之间符合右手螺旋定则。与电流的方向之间符合右手螺旋定则。l l单位单位:特斯拉特斯拉(T)，1 1T=1Wb/m2 l l均均匀匀磁磁场场:各各点点磁磁感感应应强强度度大大小小相相等等，方方向相同的磁场，也称向相同的磁场，也称匀强磁场匀强磁场。l3.1 磁场与电磁感应磁场与电磁感应l l1 1、磁感应强度、磁感应强度、磁感应强度、磁感应强度B B 2、磁通磁通l l磁通磁通磁通磁通 ：穿过垂直于穿过垂直于穿过垂直于穿过垂直于B B方向的面积方向的面积方向的面积方向的面积S S中的磁力线总数。中的磁力线总数。中的磁力线总数。中的磁力线总数。l l说明说明说明说明:如果不是均匀磁场，则取如果不是均匀磁场，则取如果不是均匀磁场，则取如果不是均匀磁场，则取B B的平均值。的平均值。的平均值。的平均值。l l在在在在均匀磁场中均匀磁场中均匀磁场中均匀磁场中 =B S =B S 或或或或 B=B=/S Sl 磁磁磁磁感感感感应应应应强强强强度度度度B B在在在在数数数数值值值值上上上上可可可可以以以以看看看看成成成成为为为为与与与与磁磁磁磁场场场场方方方方向向向向垂垂垂垂直的单位面积所通过的磁通直的单位面积所通过的磁通直的单位面积所通过的磁通直的单位面积所通过的磁通,故又称故又称故又称故又称磁通密度磁通密度磁通密度磁通密度。l l磁通磁通 的单位的单位:韦韦 伯伯(Wb)1Wb=1Vsl3、磁导率、磁导率l磁导率磁导率来表示物质的导磁性能。来表示物质的导磁性能。的单位是的单位是H/m(亨亨/米）。米）。llll注意注意l l真空的磁导率为常数，用真空的磁导率为常数，用真空的磁导率为常数，用真空的磁导率为常数，用 0 0表示，有：表示，有：表示，有：表示，有：l l相对磁导率相对磁导率相对磁导率相对磁导率 r r：l l 任一种物质的磁导率任一种物质的磁导率任一种物质的磁导率任一种物质的磁导率 和真空的磁导率和真空的磁导率和真空的磁导率和真空的磁导率 0 0的比值的比值的比值的比值。l不同的介质，磁导率不同的介质，磁导率也不同。磁导率值大的材料，导磁性能也不同。磁导率值大的材料，导磁性能好。好。l磁磁导导率率与与真真空空磁磁导导率率近近似似相相等等，即即 r r 1 1。如如空空气气、木材、纸、铝等。木材、纸、铝等。l注意注意l铁磁性物质的磁导率铁磁性物质的磁导率是个变量，它随磁场的强弱而变化。是个变量，它随磁场的强弱而变化。l材料分类：材料分类：l非磁性材料非磁性材料l铁磁性材料铁磁性材料l磁磁导导率率远远远远大大于于真真空空磁磁导导率率，即即 r r 1 1，可可达达到几百到上万。材料如铁、钴、镍及其合金等。到几百到上万。材料如铁、钴、镍及其合金等。l所所以以电电器器设设备备如如变变压压器器、电电机机都都将将绕绕组组套套装装在在铁铁磁磁性材料制成的铁心上。性材料制成的铁心上。l l7.1.37.1.3 磁场强度磁场强度磁场强度磁场强度l l磁磁磁磁场场场场强强强强度度度度HH ：介介介介质质质质中中中中某某某某点点点点的的的的磁磁磁磁感感感感应应应应强强强强度度度度 B B 与与与与介介介介质质质质l l 磁导率磁导率磁导率磁导率 之比。之比。之比。之比。l l磁场强度磁场强度磁场强度磁场强度HH的单位的单位的单位的单位 ：安培安培安培安培/米（米（米（米（A/mA/m)l l磁磁场场强强度度的的大大小小取取决决于于电电流流的的大大小小、载载流流导导体体的的形形状状及及几何位置，而与磁介质无关。几何位置，而与磁介质无关。lH和和B同同为为矢矢量量。H的的方方向向就就是是该该点点B的的方方向向。在在后后面面学学到的磁路问题中，常常用到磁场强度这个物理量。到的磁路问题中，常常用到磁场强度这个物理量。l l 任任意意选选定定一一个个闭闭合合回回线线的的围围绕绕方方向向，凡凡是是电电流流方方向向与与闭闭合合回回线线围围绕绕方方向向之之间间符符合合右右螺旋定则的电流作为正、反之为负。螺旋定则的电流作为正、反之为负。l l式中：式中：式中：式中：是磁场强度矢量沿任意闭合是磁场强度矢量沿任意闭合是磁场强度矢量沿任意闭合是磁场强度矢量沿任意闭合l l 线线线线(常取磁通作为闭合回线常取磁通作为闭合回线常取磁通作为闭合回线常取磁通作为闭合回线)的线积分；的线积分；的线积分；的线积分；l l I I 是穿过闭合回线所围面积的电流的代数和。是穿过闭合回线所围面积的电流的代数和。l l安培环路定律安培环路定律安培环路定律安培环路定律电流正负的规定电流正负的规定电流正负的规定电流正负的规定：l l3.1.4 3.1.4 安培环路定律（全电流定律）安培环路定律（全电流定律）安培环路定律（全电流定律）安培环路定律（全电流定律）l lI I1 1l lHHl lI I2 2l l安培环路定律将安培环路定律将电流与磁场强度联系起来。电流与磁场强度联系起来。l l在在在在均均均均匀匀匀匀磁磁磁磁场场场场中中中中 Hl Hl=IN IN l3.1.2 电磁感应电磁感应l1、电磁感应定律、电磁感应定律l 在在1831年年英英国国科科学学家家法法拉拉第第发发现现：，变变化化的的磁磁场场能能使使闭闭合合的的回回路路产产生生感感应应电电动动势势和和感感应应电电流流。感感应应电电动动势势的的大大小小正正比比于于回回路路内内磁磁通通对对电电流流的的变变化化率。率。l 1833年年，楞楞次次对对法法拉拉第第电电磁磁感感应应定定律律进进行行补补充充：闭闭合合回回路路中中感感应应电电流流的的方方向向，总总是是使使它它所所产产生生的的磁磁场场阻阻碍碍引引起起感感应应电电流流的的原原磁通的变化。磁通的变化。这就是楞次定律。这就是楞次定律。l法拉第电磁感应定律：法拉第电磁感应定律：l楞次定律：楞次定律：l具具体体地地说说，如如果果回回路路由由于于磁磁通通增增加加而而引引起起的的电电磁磁感感应应，则则感感应应电电流流的的磁磁场场与与原原来来的的磁磁场场反反向向；如如果果回回路路由由于于磁磁通通减减少少引引起起电电磁磁感感应应，则则感感应应电电流流的的磁磁场场与与原原来来的的磁磁场场相相同同。简简要要地地说说，感感应应电电流流总是阻碍原磁通的变化。总是阻碍原磁通的变化。l 法法拉拉第第电电磁磁感感应应定定律律和和楞楞次次定定律律分分别别从从大大小小和和方方向向两两方方面面阐述了感应电动势与磁通的关系。阐述了感应电动势与磁通的关系。l 为为了了便便于于分分析析、表表达达感感应应电电动动势势，通通常常设设定定感感应应电电动动势势与与磁磁通通的的参参考考方方向向符符合合右右螺螺旋旋关关系系，则则电电磁磁感感应应定定律律可可用用下下式式表表达达：对对于于一一匝匝线线圈由圈由电电磁感磁感应应所所产产生的感生的感应电动势为应电动势为:l式中，磁通的式中，磁通的单单位位为为Wb；时间时间的的单单位位为为S；电动势电动势的的单单位位为为V。l 若若线线圈圈匝匝数数为为N匝匝，每每匝匝线线圈圈内内穿穿过过的的磁磁通通为为，则则与与此此线线圈圈相相交交链链的的总总磁通称磁通称为为磁磁链链，用，用表示表示,即即 l （）（）l l l 式（）不式（）不仅仅表明了感表明了感应电动势应电动势的大小，而且可以表明其方向。的大小，而且可以表明其方向。l l l l此时线圈的感应电动势为此时线圈的感应电动势为l l e(t)l2、自感、自感Ll 当当闭闭合合线线圈圈通通电电流流，就就会会产产生生磁磁场场，那那么么当当电电流流交交变变，就就会会使使磁磁场场交交变变，从从而而在在线线圈圈自自身身产产生生感感应应电电动动势势，这这种种现现象象称称为为自感自感现现象，象，这这种种电动势电动势称称为为自感自感电动势电动势eL。l 电电流流通通过过线线圈圈时时产产生生的的磁磁链链与与电电流流i在在大大小小上上成成正正比比，为为了了便便于于分分析析、计计算算，引引入入一一个个参参数数L，称称为为线线圈圈的的自自感感系系数数，即即l l式中，式中，为磁链；为磁链；L为自感系数，简称为电感或自感。为自感系数，简称为电感或自感。通常选择磁链通常选择磁链与电流与电流 i在方向上满足右手螺旋定则。在方向上满足右手螺旋定则。l假假设设线线圈圈中中的的电电阻阻等等于于零零（由由无无电电阻阻的的导导线线绕绕制制而而成成），那那么么这个线圈就称之为电感元件，显然它是一个理想元件。这个线圈就称之为电感元件，显然它是一个理想元件。l当当自自感感系系数数L为为一一个个常常数数，即即不不随随磁磁链链与与电电流流I的的改改变变而而改改变变，这这种种电电感感元元件件称称为为线线性性电电感感元元件件，否否则则即即为为非非线线性性电电感元件。感元件。l式式（1）与与式式（2）是是电电动动势势的的两两种种表达式，表达式，l l（2）l一般当电感一般当电感L为常数时，多采用式（为常数时，多采用式（2）。）。l而分析非线性电感时，由于而分析非线性电感时，由于L可变，一般采用式（可变，一般采用式（1）。）。l注注意意l若若为线为线性性电电感元件感元件l对于铁心线圈来说，电感对于铁心线圈来说，电感L不为常数。不为常数。l非非线线性性电电感感l l 3、电电感元件上感元件上电压电压与与电电流的关系流的关系l 习习惯惯上上选选择择电电感感元元件件上上的的电电流流、电电压压、自自感感电动势电动势三者参考方向一致，三者参考方向一致，则则 l l在在直直流流电电路路中中，由由于于电电流流变变化化率率为为零零，所所以以电电感感电压电压等于零，等于零，电电感元件相当于短路。感元件相当于短路。l电感的欧电感的欧姆定律姆定律l注注意意3.2铁铁磁性材料磁性材料l3.2.1 高导磁性高导磁性l l 磁磁磁磁性性性性材材材材料料料料的的的的磁磁磁磁导导导导率率率率通通通通常常常常都都都都很很很很高高高高，即即即即 r r 1 1(如如如如坡莫合金，其坡莫合金，其坡莫合金，其坡莫合金，其 r r 可达可达可达可达 2 2 10105 5)。l l 磁磁磁磁性性性性材材材材料料料料能能能能被被被被强强强强烈烈烈烈的的的的磁磁磁磁化化化化，具具具具有有有有很很很很高高高高的的的的导导导导磁磁磁磁性性性性能。能。能。能。l l 磁性材料主要指铁、镍、钴及其合金等。磁性材料主要指铁、镍、钴及其合金等。磁性材料主要指铁、镍、钴及其合金等。磁性材料主要指铁、镍、钴及其合金等。l l 磁磁磁磁性性性性物物物物质质质质的的的的高高高高导导导导磁磁磁磁性性性性被被被被广广广广泛泛泛泛地地地地应应应应用用用用于于于于电电电电工工工工设设设设备备备备中中中中，如如如如电电电电机机机机、变变变变压压压压器器器器及及及及各各各各种种种种铁铁铁铁磁磁磁磁元元元元件件件件的的的的线线线线圈圈圈圈中中中中都放有铁心。都放有铁心。都放有铁心。都放有铁心。l l 磁磁磁磁性性性性物物物物质质质质的的的的高高高高导导导导磁磁磁磁性性性性被被被被广广广广泛泛泛泛地地地地应应应应用用用用于于于于电电电电工工工工设设设设备备备备中中中中，如如如如电电电电机机机机、变变变变压压压压器器器器及及及及各各各各种种种种铁铁铁铁磁磁磁磁元元元元件件件件的的的的线线线线圈圈圈圈中中中中都都都都放放放放有有有有铁铁铁铁心心心心。在在在在这这这这种种种种具具具具有有有有铁铁铁铁心心心心的的的的线线线线圈圈圈圈中中中中通通通通入入入入不不不不太太太太大大大大的的的的励励励励磁磁磁磁电电电电流流流流，便便便便可可可可以以以以产产产产生生生生较较较较大大大大的的的的磁磁磁磁通通通通和和和和磁磁磁磁感感感感应应应应强度。强度。强度。强度。l l磁磁磁磁性性性性物物物物质质质质由由由由于于于于磁磁磁磁化化化化所所所所产产产产生生生生的的的的磁磁磁磁化化化化磁磁磁磁场场场场不不不不会会会会随随随随着着着着外磁场的增强而无限的增强。外磁场的增强而无限的增强。外磁场的增强而无限的增强。外磁场的增强而无限的增强。l3.2.2 磁饱和性磁饱和性l lB BJ J 磁场内磁性物质的磁化磁场磁场内磁性物质的磁化磁场磁场内磁性物质的磁化磁场磁场内磁性物质的磁化磁场l l 的磁感应强度曲线；的磁感应强度曲线；的磁感应强度曲线；的磁感应强度曲线；l lB B0 0 磁场内不存在磁性物质时的磁场内不存在磁性物质时的磁场内不存在磁性物质时的磁场内不存在磁性物质时的l l 磁感应强度直线；磁感应强度直线；磁感应强度直线；磁感应强度直线；l lB B B BJ J曲曲曲曲线线线线和和和和B B0 0直直直直线线线线的的的的纵纵纵纵坐坐坐坐标标标标相相相相l l 加即磁场的加即磁场的加即磁场的加即磁场的 B B-HH 磁化曲线。磁化曲线。磁化曲线。磁化曲线。l lO Ol lHHl lB Bl lB B0 0l lB BJ Jl lB Bl l l la al l l lb bl l磁化曲线磁化曲线磁化曲线磁化曲线l l磁磁磁磁性性性性物物物物质质质质由由由由于于于于磁磁磁磁化化化化所所所所产产产产生生生生的的的的磁磁磁磁化化化化磁磁磁磁场场场场不不不不会会会会随随随随着着着着外外外外磁磁磁磁场场场场的的的的增增增增强强强强而而而而无无无无限限限限的的的的增增增增强强强强。当当当当外外外外磁磁磁磁场场场场增增增增大大大大到到到到一一一一定定定定程程程程度度度度时时时时，磁磁磁磁性性性性物物物物质质质质的的的的全全全全部部部部磁磁磁磁畴畴畴畴的的的的磁磁磁磁场场场场方方方方向向向向都都都都转转转转向向向向与与与与外外外外部部部部磁磁磁磁场场场场方方方方向向向向一一一一致致致致，磁磁磁磁化化化化磁磁磁磁场场场场的的的的磁磁磁磁感感感感应应应应强强强强度度度度将将将将趋趋趋趋向向向向某一定值。如图。某一定值。如图。某一定值。如图。某一定值。如图。l B B-HH 磁化曲线的特征：磁化曲线的特征：磁化曲线的特征：磁化曲线的特征：l l O Oa a段：段：段：段：B B 与与与与HH几乎成正比地增加；几乎成正比地增加；几乎成正比地增加；几乎成正比地增加；l l abab段：段：段：段：B B 的增加缓慢下来；的增加缓慢下来；的增加缓慢下来；的增加缓慢下来；l l b b点以后：点以后：点以后：点以后：B B增加很少，达到饱和。增加很少，达到饱和。增加很少，达到饱和。增加很少，达到饱和。l lO Ol lHHl lB Bl lB B0 0l lB BJ Jl lB Bl l l la al l l lb bl 有有有有磁磁磁磁性性性性物物物物质质质质存存存存在在在在时时时时，B B 与与与与 HH不不不不成成成成l l正正正正比比比比，磁磁磁磁性性性性物物物物质质质质的的的的磁磁磁磁导导导导率率率率 不不不不是是是是常常常常数，随数，随数，随数，随HH而变。而变。而变。而变。l 有有有有磁磁磁磁性性性性物物物物质质质质存存存存在在在在时时时时，与与与与 I I 不不不不成成成成l l正比。正比。正比。正比。l l 磁磁磁磁性性性性物物物物质质质质的的的的磁磁磁磁化化化化曲曲曲曲线线线线在在在在磁磁磁磁路路路路计计计计算算算算上上上上极极极极为为为为重重重重要要要要，其其其其为为为为非非非非线线线线性性性性曲曲曲曲线，实际中通过实验得出线，实际中通过实验得出线，实际中通过实验得出线，实际中通过实验得出。l lO Ol lHHl lB,B,l lB Bl l l l磁化曲线磁化曲线磁化曲线磁化曲线l lB B和和和和 与与与与HH的关系的关系的关系的关系l3.2.3 磁滞性磁滞性l l 磁磁磁磁性性性性材材材材料料料料在在在在交交交交变变变变磁磁磁磁场场场场中中中中反反反反复复复复磁磁磁磁化化化化，其其其其B B-HH关关关关系系系系曲曲曲曲线是一条回形闭合曲线，称为线是一条回形闭合曲线，称为线是一条回形闭合曲线，称为线是一条回形闭合曲线，称为磁滞回线磁滞回线磁滞回线磁滞回线。l l磁磁磁磁滞滞滞滞性性性性：磁磁磁磁性性性性材材材材料料料料中中中中磁磁磁磁感感感感应应应应强强强强度度度度B B的的的的变变变变化化化化总总总总是是是是滞滞滞滞后后后后于于于于l l 外磁场变化的性质。外磁场变化的性质。外磁场变化的性质。外磁场变化的性质。l l磁滞回线磁滞回线磁滞回线磁滞回线l lO Ol lHHl lB Bl ll ll ll ll lB Br rl lHHc cl l剩磁感应强度剩磁感应强度剩磁感应强度剩磁感应强度B Br r(剩磁剩磁剩磁剩磁)：l l 当当当当 线线线线 圈圈圈圈 中中中中 电电电电 流流流流 减减减减 小小小小 到到到到 零零零零(HH=0)=0)时，铁心中的磁感应强度。时，铁心中的磁感应强度。时，铁心中的磁感应强度。时，铁心中的磁感应强度。l l矫顽磁力矫顽磁力矫顽磁力矫顽磁力HHc c：l l 使使使使 B B=0=0 所需的所需的所需的所需的 H H 值。值。值。值。l l 磁磁磁磁性性性性物物物物质质质质不不不不同同同同，其其其其磁磁磁磁滞滞滞滞回回回回线和磁化曲线也不同。线和磁化曲线也不同。线和磁化曲线也不同。线和磁化曲线也不同。l l 几种常见磁性物质的磁化曲线几种常见磁性物质的磁化曲线几种常见磁性物质的磁化曲线几种常见磁性物质的磁化曲线l la a 铸铁铸铁铸铁铸铁 b b 铸钢铸钢铸钢铸钢 c c 硅钢片硅钢片硅钢片硅钢片l lO Ol l0.1 0.1 0.2 0.2 0.3 0.3 0.4 0.4 0.5 0.5 0.6 0.6 0.7 0.7 0.8 0.8 0.9 0.9 1.01.0 10103 3l lHH/(A/m)/(A/m)l lHH/(A/m)/(A/m)l l1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 10103 3l lB B/T/Tl l1.81.8l l1.61.6l l1.41.4l l1.21.2l l1.01.0l l0.80.8l l0.60.6l l0.40.4l l0.20.2l la al lb bl la al lb bl lc cl lc cl l按磁性物质的磁性能，磁性材料分为三种类型：按磁性物质的磁性能，磁性材料分为三种类型：按磁性物质的磁性能，磁性材料分为三种类型：按磁性物质的磁性能，磁性材料分为三种类型：l l(1)(1)软磁材料软磁材料软磁材料软磁材料l l 具具具具有有有有较较较较小小小小的的的的矫矫矫矫顽顽顽顽磁磁磁磁力力力力，磁磁磁磁滞滞滞滞回回回回线线线线较较较较窄窄窄窄。一一一一般般般般用用用用来来来来制制制制造造造造电电电电机机机机、电电电电器器器器及及及及变变变变压压压压器器器器等等等等的的的的铁铁铁铁心心心心。常常常常用用用用的的的的有有有有铸铸铸铸铁铁铁铁、硅钢、坡莫合金即铁氧体等。硅钢、坡莫合金即铁氧体等。硅钢、坡莫合金即铁氧体等。硅钢、坡莫合金即铁氧体等。l l(2)(2)永磁材料永磁材料永磁材料永磁材料l l 具具具具有有有有较较较较大大大大的的的的矫矫矫矫顽顽顽顽磁磁磁磁力力力力，磁磁磁磁滞滞滞滞回回回回线线线线较较较较宽宽宽宽。一一一一般般般般用用用用来制造永久磁铁。常用的有碳钢及铁镍铝钴合金等。来制造永久磁铁。常用的有碳钢及铁镍铝钴合金等。来制造永久磁铁。常用的有碳钢及铁镍铝钴合金等。来制造永久磁铁。常用的有碳钢及铁镍铝钴合金等。l l(3)(3)矩磁材料矩磁材料矩磁材料矩磁材料l l 具具具具有有有有较较较较小小小小的的的的矫矫矫矫顽顽顽顽磁磁磁磁力力力力和和和和较较较较大大大大的的的的剩剩剩剩磁磁磁磁，磁磁磁磁滞滞滞滞回回回回线线线线接接接接近近近近矩矩矩矩形形形形，稳稳稳稳定定定定性性性性良良良良好好好好。在在在在计计计计算算算算机机机机和和和和控控控控制制制制系系系系统统统统中中中中用用用用作作作作记记记记忆忆忆忆元元元元件件件件、开开开开关关关关元元元元件件件件和和和和逻逻逻逻辑辑辑辑元元元元件件件件。常常常常用用用用的的的的有有有有镁镁镁镁锰锰锰锰铁铁铁铁氧氧氧氧体等。体等。体等。体等。3.3 磁路基本定律磁路基本定律l l3.3.1 磁路的概念磁路的概念l l 在在在在电电电电机机机机、变变变变压压压压器器器器及及及及各各各各种种种种铁铁铁铁磁磁磁磁元元元元件件件件中中中中常常常常用用用用磁磁磁磁性性性性材材材材料料料料做做做做成成成成一一一一定定定定形形形形状状状状的的的的铁铁铁铁心心心心。铁铁铁铁心心心心的的的的磁磁磁磁导导导导率率率率比比比比周周周周围围围围空空空空气气气气或或或或其其其其它它它它物物物物质质质质的的的的磁磁磁磁导导导导率率率率高高高高的的的的多多多多，磁磁磁磁通通通通的的的的绝绝绝绝大大大大部部部部分分分分经经经经过过过过铁铁铁铁心心心心形形形形成闭合通路。成闭合通路。成闭合通路。成闭合通路。l+llNlIflNlSlSl l直流电机的磁路直流电机的磁路直流电机的磁路直流电机的磁路l l交流接触器的磁路交流接触器的磁路交流接触器的磁路交流接触器的磁路l磁路：主磁通所经过的闭合路径。磁路：主磁通所经过的闭合路径。lil 线线圈圈通通入入电电流流后后，产产生生磁磁通通，分分主主磁磁通和漏磁通。通和漏磁通。l：主磁通主磁通l：漏漏 磁磁通通l线圈线圈l铁心铁心l变压器的磁路变压器的磁路l3.3.2 3.3.2 磁路的基尔霍夫第一定律磁路的基尔霍夫第一定律l 对对于于有有分分支支磁磁路路，其其分分支支汇汇集集处处称称为为磁磁路路的的节节点点，磁磁路路的的任任意意节节点点所所连连接接的的各各分分支支磁磁路路的的代数和等于零。代数和等于零。lI I1 1lN N1 1lN N2 2lI I2 2l即：即：l 在在无无分分支支的的均均匀匀磁磁路路（磁磁路路的的材材料料和和截截面面积积相相同同，各处的磁场强度相等）中，安培环路定律可写成：各处的磁场强度相等）中，安培环路定律可写成：l磁路磁路l长度长度Ll线圈线圈l匝数匝数NlIlHL：称为磁位差。称为磁位差。lNI：称为磁动势。一般称为磁动势。一般l 用用 F 表示。表示。lF=NIl3.3.3 3.3.3 磁路的基尔霍夫第二定律磁路的基尔霍夫第二定律l总磁动势总磁动势l 在在非非均均匀匀磁磁路路（磁磁路路的的材材料料或或截截面面积积不不同同，或或磁磁场场强度不等）中，强度不等）中，总磁动势等于各段磁位差之和。总磁动势等于各段磁位差之和。l例：例：lIlNl对于均匀磁路对于均匀磁路l磁路中的磁路中的l欧姆定律欧姆定律l3.3.4 磁路的欧姆定律磁路的欧姆定律l则：则：lIlNlSlLl注：由于磁性材料注：由于磁性材料 是非线性的，磁路欧姆定律多用作定性是非线性的，磁路欧姆定律多用作定性l 分析，不做定量计算。分析，不做定量计算。l令：令：lRm 称为磁阻称为磁阻l ll l 为磁路的平均长度；为磁路的平均长度；为磁路的平均长度；为磁路的平均长度；S S 为磁路的截面积；为磁路的截面积；为磁路的截面积；为磁路的截面积；l l 为磁导率。为磁导率。为磁导率。为磁导率。l l磁通磁通磁通磁通势势势势l磁路和电路的比较（一）磁路和电路的比较（一）l磁磁l路路l电电l路路l磁磁通通lIlNlIl磁磁 压压降降l磁磁 动动势势l电电 动动势势l电流电流l电压降电压降lRl+l_lElUl基本定律基本定律l 磁阻磁阻l磁感应磁感应l强度强度l基尔霍夫定律基尔霍夫定律l磁磁 路路lIlNl欧姆定律欧姆定律l电阻电阻l电流电流l强度强度l基尔霍夫定律基尔霍夫定律l磁路与电路的比较磁路与电路的比较(二二)l电电 路路lRl+l_lElI3.4 交流铁心线圈电交流铁心线圈电路路l3.4.1 电电磁磁关系关系l l l l l l l l+l le el l l l+l le e l l+l l l lu ul lN Nl li il（磁通势）（磁通势）l l主主主主磁磁磁磁通通通通 ：通通通通过过过过铁铁铁铁心心心心闭闭闭闭合合合合的磁通。的磁通。的磁通。的磁通。l l漏漏漏漏磁磁磁磁通通通通 ：经经经经过过过过空空空空气气气气或或或或其其其其它它它它非非非非导导导导磁磁磁磁媒媒媒媒质质质质闭闭闭闭合合合合的的的的磁磁磁磁通。通。通。通。l l线圈线圈线圈线圈l l铁心铁心铁心铁心l l i i，l l铁铁铁铁心心心心线线线线圈圈圈圈的的的的漏漏漏漏磁磁磁磁电电电电感感感感l l 与与与与i i不是线性关系。不是线性关系。不是线性关系。不是线性关系。l2.4.2 电电压压电电流流关关系系l l根根根根据据据据KVL:KVL:l l l l l l+l l l l l l+l l l l+l le el le e l lu ul lN Nl li il l式式式式中中中中：R R是是是是线线线线圈圈圈圈导导导导线线线线的的的的电电电电阻阻阻阻 l lL L 是漏磁电感是漏磁电感是漏磁电感是漏磁电感l l 当当当当 u u 是是是是正正正正弦弦弦弦电电电电压压压压时时时时，其其其其它它它它各各各各电电电电压压压压、电电电电流流流流、电电电电动动动动势可视作正弦量，则电压、电流关系的相量式为：势可视作正弦量，则电压、电流关系的相量式为：势可视作正弦量，则电压、电流关系的相量式为：势可视作正弦量，则电压、电流关系的相量式为：l l设主磁通设主磁通设主磁通设主磁通 则则则则l l有效值有效值有效值有效值l 由由由由于于于于线线线线圈圈圈圈电电电电阻阻阻阻 R R 和和和和感感感感抗抗抗抗X X （或或或或漏漏漏漏磁磁磁磁通通通通 ）较较较较小小小小，其电压降也较小，与主磁电动势其电压降也较小，与主磁电动势其电压降也较小，与主磁电动势其电压降也较小，与主磁电动势 E E 相比可忽略，故有相比可忽略，故有相比可忽略，故有相比可忽略，故有l l式中：式中：式中：式中：B Bmm是是是是铁心中磁感应强度的最大值，单位铁心中磁感应强度的最大值，单位铁心中磁感应强度的最大值，单位铁心中磁感应强度的最大值，单位TT；l l S S 是铁心截面积，单位是铁心截面积，单位是铁心截面积，单位是铁心截面积，单位mm2 2。2.4.3 电磁铁电磁铁l l1.1.概述概述概述概述l l 电电电电磁磁磁磁铁铁铁铁是是是是利利利利用用用用通通通通电电电电的的的的铁铁铁铁心心心心线线线线圈圈圈圈吸吸吸吸引引引引衔衔衔衔铁铁铁铁或或或或保保保保持持持持某某某某种种种种机机机机械械械械零零零零件件件件、工工工工件件件件于于于于固固固固定定定定位位位位置置置置的的的的一一一一种种种种电电电电器器器器。当当当当电电电电源源源源断断断断开开开开时时时时电电电电磁磁磁磁铁铁铁铁的的的的磁磁磁磁性性性性消消消消失失失失，衔衔衔衔铁铁铁铁或或或或其其其其它它它它零零零零件件件件即即即即被被被被释释释释放放放放。电电电电磁磁磁磁铁铁铁铁衔衔衔衔铁铁铁铁的的的的动动动动作作作作可可可可使使使使其其其其它它它它机机机机械械械械装装装装置发生联动。置发生联动。置发生联动。置发生联动。l l根据使用电源类型分为：根据使用电源类型分为：根据使用电源类型分为：根据使用电源类型分为：l l直流电磁铁：直流电磁铁：直流电磁铁：直流电磁铁：用直流电源励磁；用直流电源励磁；用直流电源励磁；用直流电源励磁；l l交流电磁铁：交流电磁铁：交流电磁铁：交流电磁铁：用交流电源励磁。用交流电源励磁。用交流电源励磁。用交流电源励磁。l l2.2.基本结构基本结构基本结构基本结构l l 电电电电磁磁磁磁铁铁铁铁由由由由线线线线圈圈圈圈、铁铁铁铁心心心心及及及及衔衔衔衔铁铁铁铁三三三三部部部部分分分分组组组组成成成成，常常常常见见见见的结构如图所示。的结构如图所示。的结构如图所示。的结构如图所示。l l铁心铁心铁心铁心l l衔铁衔铁衔铁衔铁l l衔铁衔铁衔铁衔铁l l 有有有有时时时时是是是是机机机机械械械械零零零零件件件件 、工件充当衔铁、工件充当衔铁、工件充当衔铁、工件充当衔铁l lF Fl lF Fl lF Fl lF Fl l线圈线圈线圈线圈l l线圈线圈线圈线圈l l衔铁衔铁衔铁衔铁l l铁心铁心铁心铁心l l线圈线圈线圈线圈l l铁心铁心铁心铁心l l3.3.电磁铁吸力的计算电磁铁吸力的计算电磁铁吸力的计算电磁铁吸力的计算l l 电电电电磁磁磁磁铁铁铁铁吸吸吸吸力力力力的的的的大大大大小小小小与与与与气气气气隙隙隙隙的的的的截截截截面面面面积积积积S S0 0及及及及气气气气隙隙隙隙中中中中的磁感应强度的磁感应强度的磁感应强度的磁感应强度B B0 0的平方成正比。基本公式如下：的平方成正比。基本公式如下：的平方成正比。基本公式如下：的平方成正比。基本公式如下：l l式中：式中：式中：式中：B B0 0 的单位是特的单位是特的单位是特的单位是特 斯拉斯拉斯拉斯拉；l l S S0 0 的单位是平方米；的单位是平方米；的单位是平方米；的单位是平方米；l l F F 的单位是牛的单位是牛的单位是牛的单位是牛 顿顿顿顿（N N）。）。）。）。l l直流电磁铁的吸力直流电磁铁的吸力直流电磁铁的吸力直流电磁铁的吸力l l直流电磁铁的吸力依据上述基本公式直接求取。直流电磁铁的吸力依据上述基本公式直接求取。直流电磁铁的吸力依据上述基本公式直接求取。直流电磁铁的吸力依据上述基本公式直接求取。l l交流电磁铁的吸力交流电磁铁的吸力交流电磁铁的吸力交流电磁铁的吸力l l交流电磁铁中磁场是交变的，设交流电磁铁中磁场是交变的，设交流电磁铁中磁场是交变的，设交流电磁铁中磁场是交变的，设l l式中：式中：式中：式中：l l为吸力的最大值。为吸力的最大值。为吸力的最大值。为吸力的最大值。l l吸力的波形吸力的波形吸力的波形吸力的波形:l l吸力平均值为吸力平均值为吸力平均值为吸力平均值为:l lt tl lF Fmml lf flOl l (1)(1)交交交交流流流流电电电电磁磁磁磁铁铁铁铁的的的的吸吸吸吸力力力力在在在在零零零零与与与与最最最最大大大大值值值值之之之之间间间间脉脉脉脉动动动动。衔衔衔衔铁铁铁铁以以以以两两两两倍倍倍倍电电电电源源源源频频频频率率率率在在在在颤颤颤颤动动动动，引引引引起起起起噪噪噪噪音音音音，同同同同时时时时触触触触点点点点容容容容易易易易损损损损坏坏坏坏。为为为为了了了了消消消消除除除除这这这这种种种种现现现现象象象象，在在在在磁磁磁磁极极极极的的的的部部部部分分分分端端端端面面面面上上上上套套套套一一一一个个个个分分分分磁磁磁磁环环环环（或或或或称称称称短短短短路路路路环环环环），工工工工作作作作时时时时，在在在在分分分分磁磁磁磁环环环环中中中中产产产产生生生生感感感感应应应应电电电电流流流流，其其其其阻阻阻阻碍碍碍碍磁磁磁磁通通通通的的的的变变变变化化化化，在在在在磁磁磁磁极极极极端端端端面面面面两两两两部部部部分分分分中中中中的的的的磁磁磁磁通通通通 1 1 和和和和 2 2 之之之之间间间间产产产产生生生生相相相相位位位位差差差差，相相相相应应应应该该该该两两两两部部部部分分分分的的的的吸吸吸吸力力力力不不不不同同同同时时时时为为为为零零零零，实实实实现现现现消消消消除除除除振振振振动动动动和和和和噪噪噪噪音音音音，如如如如图图图图所所所所示示示示；而而而而直流电磁铁吸力恒定不变；直流电磁铁吸力恒定不变；直流电磁铁吸力恒定不变；直流电磁铁吸力恒定不变；l l综合上述：综合上述：综合上述：综合上述：l l 1 1l l 2 2l l (2)(2)交流电磁铁中交流电磁铁中交流电磁铁中交流电磁铁中,为了减少铁损，铁心由钢片叠成；为了减少铁损，铁心由钢片叠成；为了减少铁损，铁心由钢片叠成；为了减少铁损，铁心由钢片叠成；l l直流电磁铁的磁通不变，无铁损，铁心用整块软钢制成；直流电磁铁的磁通不变，无铁损，铁心用整块软钢制成；直流电磁铁的磁通不变，无铁损，铁心用整块软钢制成；直流电磁铁的磁通不变，无铁损，铁心用整块软钢制成；l l (4)(4)直直直直流流流流电电电电磁磁磁磁铁铁铁铁的的的的励励励励磁磁磁磁电电电电流流流流仅仅仅仅与与与与线线线线圈圈圈圈电电电电阻阻阻阻有有有有关关关关，在吸合过程中，励磁电流不变。在吸合过程中，励磁电流不变。在吸合过程中，励磁电流不变。在吸合过程中，励磁电流不变。l l (3)(3)在在在在交交交交流流流流电电电电磁磁磁磁铁铁铁铁中中中中，线线线线圈圈圈圈电电电电流流流流不不不不仅仅仅仅与与与与线线线线圈圈圈圈电电电电阻阻阻阻有有有有关关关关，主主主主要要要要的的的的还还还还与与与与线线线线圈圈圈圈感感感感抗抗抗抗有有有有关关关关。在在在在其其其其吸吸吸吸合合合合过过过过程程程程中中中中，随随随随着着着着磁磁磁磁路路路路气气气气隙隙隙隙的的的的减减减减小小小小，线线线线圈圈圈圈感感感感抗抗抗抗增增增增大大大大，电电电电流流流流减减减减小小小小。如如如如果果果果衔衔衔衔铁铁铁铁被被被被卡卡卡卡住住住住，通通通通电电电电后后后后衔衔衔衔铁铁铁铁吸吸吸吸合合合合不不不不上上上上，线线线线圈圈圈圈感感感感抗抗抗抗一一一一直直直直很很很很小小小小，电电电电流流流流较较较较大大大大，将将将将使使使使线线线线圈圈圈圈严严严严重重重重发发发发热热热热甚甚甚甚至至至至烧毁；烧毁；烧毁；烧毁；l l4.4.电磁铁的应用电磁铁的应用电磁铁的应用电磁铁的应用l l 电电电电磁磁磁磁铁铁铁铁在在在在生生生生产产产产中中中中获获获获得得得得广广广广泛泛泛泛应应应应用用用用。其其其其主主主主要要要要应应应应用用用用原原原原理理理理是是是是：用用用用电电电电磁磁磁磁铁铁铁铁衔衔衔衔铁铁铁铁的的的的动动动动作作作作带带带带动动动动其其其其他他他他机机机机械械械械装装装装置置置置运运运运动动动动，产生机械连动，实现控制要求。产生机械连动，实现控制要求。产生机械连动，实现控制要求。产生机械连动，实现控制要求。内内 容容 直流电磁铁直流电磁铁 交流电磁铁交流电磁铁 铁芯结构由整块软钢制成,无短路环 由硅钢片制成,有短路环 吸合过程 电流不变,吸力逐渐加大 吸力基本不变,电流减小 吸合后 无振动 有轻微振动 吸合不好时 线圈不会过热 线圈会过热,可能烧坏 l直流电磁铁与交流电磁铁比较直流电磁铁与交流电磁铁比较3.5 变压器变压器l 变变压压器器是是静静止止的的电电磁磁器器械械，在在电电力力系系统统和和电电子子线线路路中中应应用用广泛。广泛。l l变压器的主要功能有变压器的主要功能有变压器的主要功能有变压器的主要功能有：l变电压（变电压（电力系统电力系统