高三下电子工业出版社电工技术基础与仿真（Multisim 10）课件项目7磁路与变压器的分析

项目7 磁路与变压器的分析 任务1 认识磁路 7.1.1 磁路的基本概念 1. 磁现象和磁体 古代人们就发现了天然磁石吸引铁器的现象，我国春秋战国时期的一些著作已有关于磁石的记载和描述，而东汉学者王充在《论衡》一书中描述的“司南”，被公认是最早的磁性定向工具，12世纪初，我国已有指南针用于航海的明确记载。 2. 电流的磁效应 1820年4月，有一次奥斯特演示电流磁效应的实验时，当电池与铂丝相连时，靠近铂丝的小磁针摆动了，他经过深入地研究，并于1820年7月宣布了实验结果，从而首次揭示了电与磁的关系。 自奥斯特实验之后，安培等人又做了很多实验研究，发现不仅通电导线对磁场有作用力，磁体对通电导线也有作用力，例如，把一段直导线悬挂在U形磁铁的两极间，通以电流，导线就会移动。他们还发现，任意两条通电导线之间也有作用力。 3. 磁场 在磁铁或电流(运动电荷)周围的空间里存在着磁场，磁场会对任何置于其中的其他磁体或电流施加作用力。也就是说运动着的电荷(即电流)周围的空间存在磁场，并且这个磁场又会对处于其中的运动电荷(电流)产生成力作用。 规定在磁场中的任一点，小磁针静止时北极所指的方向，就是该点的磁场方向。 电流周围存在着磁场。当直导线有电流通过时，在其周围就存在着磁场，如图所示。磁场的方向与电流方向之间的关系用右手螺旋定则判定 4.磁路 为了充分有效地利用磁场能量，以较小励磁电流产生较强的磁场，通常用高导磁性能的铁磁材料做成一定形状的铁心，把线圈绕在铁心上面，如变压器、电机、接触器、继电器等电磁器件。 当线圈通以电流时，磁通大部分经过铁心而形成闭合回路，这种磁通集中通过的路径就称为磁路。 电磁铁是由励磁绕组(线圈)、静铁心和动铁心(衔铁)三个基本部分组成。 当励磁绕组通以电流时，磁场的磁通绝大部分通过铁心、衔铁及其间的空气隙而形成闭合的磁路，这部分磁通称为主磁通。 有极小部分磁通在铁心以外通过大气形成闭合回路，这部分磁通电称为漏磁通。 7.1.2磁路的主要物理量 1．磁感应强度B 把在磁场中，垂直于磁场方向的通电直导线、受到的磁场力F与通过的电流I和导线的长度L的乘积的比值，叫做通电导线所在处的磁感应强度，用B表示。即 2．磁通 穿过磁场中某一面积的磁感应线的条数，叫做穿过这个面积的磁通量。磁通量简称磁通，用Φ表示。单位是Wb(韦伯)。 磁通量的大小与磁场的强弱程度、面积的大小以及该间跟磁场方向的夹角有关， 3．磁导率 磁导率是表示物质磁性能的物理量，它的单位是亨/米（H/m）。 任意一种物质的磁导率与真空的磁导率之比称为相对磁导率，用 表示，即 4磁场强度H 磁场强度是进行磁场分析时引用的一个辅助物理量，定义为 7.1.3 铁磁材料 根据导磁性能的好坏，自然界的物质可分为两大类。 一类物质称为铁磁材料，如铁、钢、镍、钴等，这类材料的导磁性能好，磁导率 值大； 另一类为非铁磁材料，如铜、铝、纸、空气等，这类材料的导磁性能差。 铁磁材料的磁性能主要表现为高导磁性、磁饱和性和磁滞性。 1．高导磁性 磁性物质的分子间有一种特殊的作用力而使每一区域内的分子都整齐排列，显示磁性，这些小区域称为磁畴，在无外磁场作用时，磁畴排列混乱，磁场相互抵消，对外不显磁性。 当在外磁场的作用下铁磁物质的磁畴就顺着外磁场的方向转向，显示出磁性。随着外磁场的增强，磁畴就逐渐转到外磁场相同的方向上，产生了很强的与外磁场同方向的磁化磁场，这种现象称为磁化。 2．磁饱和性 在铁磁材料的磁化过程中，随着励磁电流的增大，外磁场和附加磁场都将增大， 当励磁电流增大到一定值时几乎所有的磁畴与外磁场的方向一致，附加磁场就不在随励磁电流的增大而继续增强，这种现象称为磁饱和现象。 材料的磁化特性可用磁化曲线表示，铁磁材料的磁化曲线如图所示 图中可看出，曲线分成三段： oa段：B与H差不多成正比例增长； ab段：随着H的增长，B增长缓慢，此段为曲线的膝部； bc段：随着H的进一步增长，B几乎不增长，达到饱和状态。 3．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，则铁磁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变化的关系如图所示。 铁磁材料按其磁性能又可分为 软磁材料、硬磁材料和矩磁材料三种类型，如图所示。 7.1.4 磁路的欧姆定律 磁路的欧姆定律是磁路最基本的定律，现以铁心线圈来说明 磁路的欧姆定律 说明：磁路和电路有很多相似之处，见表7-1， 7.2任务2 认识互感电路与铁心线圈电路 7.2.1互感电路 1.自感现象与互感现象 当电感线圈中的电流发生变化时，使线圈的磁链也发生变化，从而在其自身两端产生感应电压的现象称为自感现象。 2. 互感系数 互感磁链与产生它的电流之间存在着一定的函数关系，当线圈周围媒介为非铁磁性物质时