1.1 磁路的基本知识（课件）-《电机与拖动基础》同步精品课堂（高等教育出版社）

电机与拖动基础 同步精品课堂（中职专业课） 1.1 磁路的基本知识 1 知识目标 熟悉和掌握磁场的基本物理量。 能力目标 对学会对磁性物质及其特性以及磁场的基本定律等内容进行掌握。 情感目标 培养学生利用电机拖动技术解决实际工程问题的能力。 三维目标 情境引入 什么是电路系统和磁路系统？ 思考 电机是一种以电磁感应为基础来实现机电能量转换或信号转换的电磁机械装置。电机主要由两大系统组成，即电路系统和磁路系统。 要学习电机与拖动的基本理论，必须掌握电路和磁路的基本知识、电力拖动的基本知识，以及生产机械的负载转矩特性。本章围绕电磁学和电力拖动进行阐述，先介绍磁路、铁心线圈电路和电力拖动的基本知识，再讨论生产机械的负载转矩特性，最后分析电力拖动的稳定运行条件。 新知学习 一 、磁场的基本物理量 除了天然磁体会产生磁场外，人们发现在导体中通以电流也会产生磁场。 由电流产生的磁场可形象地用磁感线来描述，电流分别通过直导线和线圈时的磁场如图所示。 新知学习 一 、磁场的基本物理量 磁感线是闭合的曲线，且与产生该磁场的电流相交链，其方向与电流方向符合右手螺旋定则。右手螺旋定则如下： (1)用右手握住通电直导线，让大拇指指向电流的方向，四指的回转方向就是周围磁感线的方向，如图(a)所示。 新知学习 一 、磁场的基本物理量 磁感线是闭合的曲线，且与产生该磁场的电流相交链，其方向与电流方向符合右手螺旋定则。右手螺旋定则如下： (2)用右手握住通电线圈，让四指的回转方向指向电流的方向，大拇指的方向就是线圈内部磁感线的方向，如图(b)所示。 新知学习 一 、磁场的基本物理量 磁感线上每一点的切线方向与该点磁场的方向一致，而磁场的强弱可用磁 感线的疏密程度表示。若磁感线是一系列疏密间隔相同的平行直线，则该磁场 为均匀磁场，其内部的磁场强弱和方向处处相同。 均匀磁场是一个常用的理想化物理概念，完全均匀的磁场是不存在的。 新知学习 一 、磁场的基本物理量 图中间部分所示的磁感线是一 组间距相等的平行线，相应的磁场可视为均匀磁场。 新知学习 一 、磁场的基本物理量 磁场中垂直穿过某一截面积A的总磁感线数称为通过该面积的磁通量，简 称磁通，它是一个标量，用φ表示，单位为 Wb (韦[伯])。 1. 磁通 在对磁场进行分析和计算时，常用到磁通、磁链、磁感应强度、磁场强度和磁导率等基本物理量。 新知学习 一 、磁场的基本物理量 导电线圈所交链的磁通之和称为磁链，用亚表示，单位为Wb (韦[伯]),即 Y=Nφ。 式中：N 为线圈的匝数。 同时，磁链与建立磁通的电流有关，在线性媒介中磁链业与励磁电流i 的大 小成正比，即Y=Li 2. 磁链 在对磁场进行分析和计算时，常用到磁通、磁链、磁感应强度、磁场强度和磁导率等基本物理量。 新知学习 一 、磁场的基本物理量 磁感应强度是描述磁介质中实际的磁场强弱和方向的物理量，它是一个矢 量，用B 表示，单位为 T(特[斯拉])。在均匀磁场中，若通过与磁感线垂直的面 积A 的磁通为φ,则磁感应强度的大小为 3. 磁感应强度 在对磁场进行分析和计算时，常用到磁通、磁链、磁感应强度、磁场强度和磁导率等基本物理量。 新知学习 一 、磁场的基本物理量 式中：A 的单位为m²(平方米),且1 T=1Wb/m²。 上式表明，磁感应强度在数值上就是与磁场方向垂直的单位面积上通过的 磁通量，所以磁感应强度又称为磁通密度，简称磁密。 3. 磁感应强度 在对磁场进行分析和计算时，常用到磁通、磁链、磁感应强度、磁场强度和磁导率等基本物理量。 新知学习 一 、磁场的基本物理量 磁场强度是计算磁场时引进的一个辅助物理量，并非磁介质中某点磁场强 弱的实际值。磁场强度是一个矢量，用H 表示，其方向与磁感应强度B 的方向 相同，但其大小与B 的大小不同。 4. 磁场强度 在对磁场进行分析和计算时，常用到磁通、磁链、磁感应强度、磁场强度和磁导率等基本物理量。 新知学习 一 、磁场的基本物理量 H 与 B 的主要区别是： (1)H 代表电流本身所产生的磁场强度，反映了电流的励磁能力，其大小只 与产生该磁场电流的大小成正比，与介质的性质无关。 4. 磁场强度 在对磁场进行分析和计算时，常用到磁通、磁链、磁感应强度、磁场强度和磁导率等基本物理量。 新知学习 一 、磁场的基本物理量 H 与 B 的主要区别是： (2)B 代表电流所产生的磁场强度和介质被磁化后所产生的磁场强度的总和，其大小不仅与电流的大小有关，还与介质的性质有关。 4. 磁场强度 在对磁场进行分析和计算时，常用到磁通、磁链、磁感应强度、磁场强度和磁导率等基本物理量。 新知学习 一 、磁场的基本物理量 H 与 B 的主要区别是： 此外，H 的单位为 A/m(安/米),与 B 的单位不同。 4. 磁场强度 在对磁场进行分析和计算时，常用到磁通、磁链、磁感应强度、磁场强度和磁导率等基本物理量。 新知学习 一 、磁场的基本物理量 磁导率是衡量物质导磁能力的物理量，用μ表示，单位是 H/m(亨[利]/ 米)。在数值上，磁导率为磁感应强度 B 与磁场强度H 的比值，即 5. 磁导率 在对磁场进行分析和计算时，常用到磁通、磁链、磁感应强度、磁场强度和磁导率等基本物理量。 新知学习 一 、磁场的基本物理量 真空的磁导率用μ。表示，其值为常数4π×10~’H/m 。为了便于对物质的导 磁能力进行分析，通常以真空的磁导率μ₀为基准，将其他物质的磁导率μ与μ₀ 进行比较，二者之比称为相对磁导率，用μ,表示，即 5. 磁导率 在对磁场进行分析和计算时，常用到磁通、磁链、磁感应强度、磁场强度和磁导率等基本物理量。 新知学习 二、磁性物质及其特性 按照磁导率的不同，自然界的物质大致可分为两类：磁性物质和非磁性物质。顾名思义，磁性物质的磁导率要比非磁性物质的磁导率大得多。 1. 非磁性物质 非磁性物质又称为非铁磁物质，其磁导率μ接近于真空的磁导率μ₀,即相 对磁导率μ,≈1。非磁性物质又可分为两类：顺磁性物质和反磁性物质。 新知学习 二、磁性物质及其特性 按照磁导率的不同，自然界的物质大致可分为两类：磁性物质和非磁性物质。顾名思义，磁性物质的磁导率要比非磁性物质的磁导率大得多。 1. 非磁性物质 (1)顺磁性物质的μ稍大于μ₀,即μ,略大于1,如空气、氧、锡、铝、铅和变 压器油等物质。在磁场中放置顺磁性物质后，磁感应强度B 将略有增加。 新知学习 二、磁性物质及其特性 按照磁导率的不同，自然界的物质大致可分为两类：磁性物质和非磁性物质。顾名思义，磁性物质的磁导率要比非磁性物质的磁导率大得多。 1. 非磁性物质 (2)反磁性物质又称为抗磁性物质，其μ稍小于μ₀,即μ,略小于1,如氢、铜、 银、锌、铋和石墨等物质。在磁场中放置反磁性物质后，磁感应强度B 将略有减小。 新知学习 二、磁性物质及其特性 按照磁导率的不同，自然界的物质大致可分为两类：磁性物质和非磁性物质。顾名思义，磁性物质的磁导率要比非磁性物质的磁导率大得多。 1. 非磁性物质 工程上，通常将非磁性物质的磁导率μ近似为μ₀ 。因此，对于非磁性物质， 其磁感应强度 B 和磁场强度 H 呈线性关系，即 B≈μ₀H 新知学习 二、磁性物质及其特性 按照磁导率的不同，自然界的物质大致可分为两类：磁性物质和非磁性物质。顾名思义，磁性物质的磁导率要比非磁性物质的磁导率大得多。 2. 磁性物质 磁性物质又称铁磁物质，为导磁性能好的材料，是组成磁路的主要部分。磁 性物质包括铁、镍、钴等金属及其合金，其磁性能主要有高导磁性、磁饱和性和磁滞性三点。 新知学习 二、磁性物质及其特性 按照磁导率的不同，自然界的物质大致可分为两类：磁性物质和非磁性物质。顾名思义，磁性物质的磁导率要比非磁性物质的磁导率大得多。 2. 磁性物质 (1)高导磁性 磁性物质的μ>μ₀,即μ,>1(即10²~10⁵量级)。例如，铸铁的μ,为200~400, 铸钢的μ,约为1000,镍锌铁氧体的μ,为10~1000,锰锌铁氧体的μ,为300~ 5000,硅钢片的μ,为6000~10000,坡莫合金的μ,为20000~200000。 新知学习 二、磁性物质及其特性 磁性物质的高导磁性主要是由于磁性物质内部存在许多很小的、沿同一方向磁化了的天然磁化区，称为磁畴。每个磁畴可视为一个微型磁铁，磁化前后的磁畴分布情况如图所示。 新知学习 二、磁性物质及其特性 按照磁导率的不同，自然界的物质大致可分为两类：磁性物质和非磁性物质。顾名思义，磁性物质的磁导率要比非磁性物质的磁导率大得多。 2. 磁性物质 若无外磁场作用，磁畴则杂乱地排列，磁场互相抵消，对外不呈现磁性。若 将磁性物质放入磁场，在外磁场作用下，磁畴的轴沿磁场方向趋于一致，对外呈 现很强的磁性，形成一个附加磁场，该现象称为磁化。附加磁场叠加在外磁场 上，合成磁场的磁性显著增强。 新知学习 二、磁性物质及其特性 按照磁导率的不同，自然界的物质大致可分为两类：磁性物质和非磁性物质。顾名思义，磁性物质的磁导率要比非磁性物质的磁导率大得多。 2. 磁性物质 在同一磁场强度的作用下，磁性物质的磁畴产生 的附加磁场比非磁性物质被磁化产生的附加磁场强得多，故磁性物质的磁导率 比非磁性物质的磁导率大得多。因此，在磁场中放入磁性物质后，总磁场的强度 会增加数千倍甚至数万倍。磁性物质的这一特性称为高导磁性，该特性被广泛 应用于电机的设计制造中。 新知学习 二、磁性物质及其特性 按照磁导率的不同，自然界的物质大致可分为两类：磁性物质和非磁性物质。顾名思义，磁性物质的磁导率要比非磁性物质的磁导率大得多。 2. 磁性物质 虽然电机中的磁场大多由通过线圈的电流产生，但这些线圈却绕在由磁导 率较高的磁性材料制成的铁心上。采用铁心后，在同样的电流下，铁心处的磁感 应强度 B 和磁通φ将大大增加，且比铁心外大得多。 新知学习 二、磁性物质及其特性 按照磁导率的不同，自然界的物质大致可分为两类：磁性物质和非磁性物质。顾名思义，磁性物质的磁导率要比非磁性物质的磁导率大得多。 2. 磁性物质 (2)磁饱和性 磁性物质的磁导率μ,不仅远大于μ₀,而且还与磁场强度以及物质磁状态的 过程有关。对于磁性物质，不同的材料具有不同的磁导率，即使是同一材料，其 磁导率也不是常数，即磁感应强度B 和磁场强度 H 呈非线性关系，相应的关系 曲线称为B-H 曲 线( 或磁化曲线)。 新知学习 二、磁性物质及其特性 工程计算时，事先通过实验测得各种磁性 物质在不同磁场强度H 下的磁感应强度B, 再绘制B-H 曲线。将未经磁化的磁 性材料进行磁化，初始磁化过程及其曲线如图所示。 新知学习 二、磁性物质及其特性 ① Oa 段：外磁场H 较弱，主要是与外磁场同方向的磁畴边界增大的过程，B随 H 缓慢增加。 新知学习 二、磁性物质及其特性 ② ab 段：外磁场H 较强，主要是磁畴沿外磁场方向转动的过程，B 随 H 迅速增大，呈直线段。 新知学习 二、磁性物质及其特性 ③ bc 段：外磁场H 增大，但能够沿外磁场方向转动的磁畴越来越少，B 随 H的增加逐渐变缓慢，出现了磁饱和现象。 新知学习 二、磁性物质及其特性 ④ cd段：磁性材料内所有的磁畴都转到与外磁场一致的方向，B 和 H 的关系类似于真空中的情况，磁性材料的磁导率趋近于μ₀ ;磁化曲线呈直线，基本上与非磁性物质的 B=μ₀H 特性平行。 新知学习 二、磁性物质及其特性 (3)磁滞性 磁性物质都具有保留其磁性的倾向，B 的变化总是滞后H 的变化，这种现象称为磁滞现象。线圈中通入交流电后，开始时铁心中的 B 随 H 从零沿初始磁化曲线增加，最后B 随着与电流成正比的H 反复交变，磁性物质被反复磁化，B 将沿着如图所示的闭合曲线变化，该闭合曲线称为磁滞回线。 新知学习 二、磁性物质及其特性 对同一磁性物质，选取一系列不同磁场强度的最大值 H,多次交变磁化可 得到一系列磁滞回线，如图所示的虚线。 新知学习 二、磁性物质及其特性 不同的磁性物质，其基本磁化 曲线是不同的，图给出了几种常用磁性材料的基本磁化曲线，此曲线可以 表征物质的磁化特性，是磁路分析和计算的依据。 新知学习 二、磁性物质及其特性 按磁滞回线宽窄的不同，磁性物质又可分为三种：软磁物质、硬磁物质和矩 磁物质，如图所示。 新知学习 二、磁性物质及其特性 按磁滞回线宽窄的不同，磁性物质又可分为三种：软磁物质、硬磁物质和矩 磁物质，如图所示。 ① 软磁物质的磁滞回线瘦窄，B, 和 H。都很小，如软铁、硅钢、铸钢、铍钼合 金和铁氧体等，易磁化、退磁， 一般用来制造电机和接触器的铁心。 新知学习 二、磁性物质及其特性 按磁滞回线宽窄的不同，磁性物质又可分为三种：软磁物质、硬磁物质和矩 磁物质，如图所示。 ② 硬磁物质的磁滞回线胖宽，B, 和 H。都很大，如钴钢、钨钢、碳钢和铝镍钴合金等，磁化后可长久保持很强的磁性， 一般用来制造磁电式电表、耳机和扬声器中的永磁铁。 新知学习 二、磁性物质及其特性 按磁滞回线宽窄的不同，磁性物质又可分为三种：软磁物质、硬磁物质和矩 磁物质，如图所示。 ③ 矩磁物质的磁滞回线接近矩形，B, 很大，H。很小，如镁锰铁氧体(磁性陶瓷)、锂镁铁氧体和某些铁镍合金等，该类物质在两个方向上的剩磁可用于表示计算机二进制的0和1,常用在电子技术和计算技术中。 新知学习 二、磁性物质及其特性 涡流损耗 新知学习 二、磁性物质及其特性 磁性材料的损耗曲线 课堂练习 填空题 1. 由于涡流损耗与铁磁材料的电导率、厚度的平方成正比，因此为了减小涡流 损耗。 2.电机的铁心一般采用软磁材料制成，其磁滞回线瘦窄。在进行磁路计算时， 为了简化计算，可以不考虑磁滞现象，用基本磁化曲线来表示 B 与 H 之间的关 系。 3.对同一磁性物质，选取一系列不同磁场强度的最大值 H, 多次交变磁化可 得到一系列磁滞回线。 课堂小结 小结 磁场的基本物理量 1 磁性物质及其特性 2 课堂小结 1. 简述磁场的基本物理量？ 2. 简述右手螺旋定则？ 3. 简述磁感应强度？ 作业布置 感谢观看 $$