电工基础(第五版)第四章.

导体运动方向与磁感 线方向有一个夹角α
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发电机就是应用导线切割磁感线产生感应电动势的原理 发电的。
发电机原理示意图
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霍尔元件
霍尔效应
利用霍尔元件制成的位置传感器 霍尔元件的应用
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冲床磁感应电子计数器示意图
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§4—4 自感和互感
1.了解自感现象、互感现象及其应用。 2.理解自感系数和互感系数的概念。 3.理解同名端的概念,能正确判断和测定互感线 圈的同名端。
一、自感 1.自感现象
自感实验电路一
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这种由于流过线圈自身的电流发生变化而引起的 电磁感应现象称为自感现象,简称自感。
在自感现象中产生的感应电动势称为自感电动势,
用eL表示,自感电流用iL表示。
自感电动势的方向可结合楞次定律和右手螺旋定 则来确定。
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2.自感系数 当线圈中通入电流后,这一电流使每匝线圈所产生的磁 通称为自感磁通。 为了衡量不同线圈产生自感磁通的能力,引入自感系数
磁电式仪表的结构
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磁悬浮列车
磁悬浮原理
磁推进原理 磁悬浮列车
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§4—3 电磁感应
1.理解感应电动势的概念,能用右手定则正确判 断感应电动势的方向。
2.掌握楞次定律及其应用,理解法拉第电磁感应 定律。
一、电磁感应现象
条形磁铁快速插入线圈 条形磁铁快速拔出线圈 电磁感应现象
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这种磁场产生电流的现象称为电磁感应现象,产生的电 流称为感应电流,产生感应电流的电动势称为感应电动势。
磁极相互排斥,异名磁极相互吸引。 两个磁极互不接触,却存在相互作用力,这是因为在
磁体周围的空间中存在着一种特殊的物质———磁场。
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用一些互不交叉的闭合曲线来描述磁场,这样的曲线称 为磁感线。
磁感线上每一点的切线方向就是该点的磁场方向。磁感 线在磁体外部由N 极指向S极,在磁体内部由S极指向N 极。
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电磁继电器
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起重电磁铁
平面磨床吸盘 电磁铁和电磁吸盘
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直流电磁铁和交流电磁铁的比较
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本章小结 1.磁铁周围和电流周围都存在着磁场。磁感线能形象地描 述磁场,是互不交叉的闭合曲线,在磁体外部由N 极指向S极,在 磁体内部由S极指向N 极。磁感线上一点的切线方向表示该点 的磁场方向。 2.电流产生的磁场方向可用安培定则判断。磁场对处在其 中的载流导体有作用力,其方向用左手定则判断,电磁力的大小
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3.磁导率 磁导率就是一个用来表示媒介质导磁性能的物理量,
用μ表示,其单位为H/m(亨/米)。
为了比较媒介质对磁场的影响,把任一物质的磁导
率与真空的磁导率的比值称作相ຫໍສະໝຸດ Baidu磁导率,用μr 表示,
即:
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§4—2 磁场对电流的作用
1.理解磁场对电流的作用力(电磁力)，能用左手 定则正确判断电磁力的方向。
感应电流的产生与磁通的变化有关。当穿过闭合电路的 磁通发生变化时,闭合电路中就有感应电流。
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二、楞次定律 楞次定律指出了磁通的变化与感应电动势在方向
上的关系,即：感应电流产生的磁通总要阻碍引起感 应电流的磁通的变化。
如果把线圈看成是一个电源,则 感应电流流出端(如图中线圈的下端) 为电源的正极。
势的能力,引入互感系数(简称互感)这一物理量,用M 表示,互
感的单位也是H。 互感系数与两个线圈的匝数、几何形状、相对位置以及周
围介质等因素有关。
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2.互感电动势的大小和方向 互感现象遵从法拉第电磁感应定律。互感电动势大小 的计算式为
互感电动势方向也应根据楞次定律判定。
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3.同名端 由于线圈绕向一致而产生感应电动势的极性始终保 持一致的端子称为线圈的同名端,用“·”或“*”表示。
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三、汽车点火线圈
汽车点火线圈的外形
点火线圈的电路结构
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§4—5 铁磁材料与磁路
1.理解铁磁材料的磁化以及磁化曲线、磁滞回线 与铁磁材料性能的关系。
2.了解铁磁材料的分类及应用。 3.理解磁动势和磁阻的概念及磁路欧姆定律。
一、铁磁物质的磁化 使原来没有磁性的物质具有磁性的过程称为磁化。只
有铁磁材料才能被磁化，而非铁磁性材料是不能被磁化的。 这是因为铁磁物质可以看作由许多被称为磁畴的小磁体所 组成。
磁感线的疏密程度表现了各处磁场的强弱。
蹄形磁铁的磁感线
条形磁铁的磁感线
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在磁场的某一区域里,如果磁感线是一些方向相同分 布均匀的平行直线,则称这一区域为匀强磁场。
匀强磁场
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二、电流的磁场 电流周围存在着磁场。电流产生磁场的这种现
象称为电流的磁效应。
通电导线使磁针偏转
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通电长直导线及通电螺线管周围的磁场方向可用右手 螺旋定则(也称安培定则)来确定。
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三、磁场的主要物理量 1.磁感应强度 磁场的强弱用磁感应强度来描述,符号为B,单位
是特斯拉(T),简称特。 某点处磁感应强度的方向,就是该点的磁场方向。 磁场越强,磁感应强度越大；磁场越弱,则磁感应
强度越小。
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2.磁通
设在磁感应强度为B 的匀强磁场中,有一个与磁场方 向垂直的平面,面积为S,则把B与S 的乘积定义为穿过这 个面积的磁通量，简称磁通。用Φ 表示磁通,则有
§4—1 磁场 §4—2 磁场对电流的作用 §4—3 电磁感应 §4—4 自感和互感 §4—5 铁磁材料与磁路
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§4—1 磁 场
1.能应用右手螺旋定则正确判断通电长直导线和 通电螺线管的磁场方向。
2.理解磁感应强度、磁通、磁导率的概念。
一、磁场与磁感线 当两个磁极靠近时,它们之间会发生相互作用:同名
感应电动势的方向可用右手定则判断。如图所示,平伸右手, 大拇指与其余四指垂直,让磁感线穿入掌心,大拇指指向导体运 动方向,则其余四指所指的方向就是感应电动势的方向。
右手定则
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如果导体运动方向与磁感线方向有一夹角α ，则导
体中的感应电动势为
当导体、导体运动方向和磁感线 方向三者互相垂直时,导体中的感应 电动势为
实际情况
反复磁化和磁滞回线
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当线圈中电流变化到零时,由于磁畴存在惯性,铁心中 的Φ 并不为零,而是仍保留部分剩磁,如图b中的b、e两点。 此时必须加反向电流,并达到一定数值(图b中c、f两点), 才能使剩磁消失。
上述现象称为磁滞,图b中的封闭曲线称为磁滞回线。 铁心在反复磁化的过程中,由于要不断克服磁畴惯性将损 耗一定的能量,称为磁滞损耗,这将使铁心发热。
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当一个线圈的结构、形状、匝数都已确定时,线圈中的磁
通Φ 随电流I 变化的规律可用Φ—I 曲线来表示,称为磁化
曲线。它反映了铁心的磁化过程。
利用电流产生的磁场磁化铁心
磁化曲线
磁化实验与磁化曲线
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磁化曲线
曲线Oa段较为陡峭,Φ 随I 近似成正比增加。
b点以后的部分近似平坦,这表明即使再增大线圈中的电流
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三、法拉第电磁感应定律 法拉第电磁感应定律：线圈中感应电动势的大小与
线圈中磁通的变化率成正比。
N 匝线圈的感应电动势的大小为
感应电动势的方向需要根据楞次定律进行判定,在电路 计算中,应根据实际方向与参考方向的关系确定其正负。
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四、直导线切割磁感线产生感应电动势
导体切割磁感线产生感应电动势
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(又称电感)这一物理量,用L 表示,它在数值上等于一个线
圈中通过单位电流所产生的自感磁通。即
有铁心的线圈,其电感要比空心线圈的电感大得多。
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3.自感电动势的大小 自感现象是一种特殊的电磁感应现象,它必然也遵从法 拉第电磁感应定律。自感电动势大小的计算式为
自感电动势的大小与电流的变化率和自感系数之积成 正比,电流变化率越大,自感电动势越大,反之亦然。所以，
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二、铁磁材料的分类
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三、磁路与磁路欧姆定律 1.磁路 磁通所通过的路径称为磁路。
磁电系仪表
变压器
电动机
几种电气设备的磁路
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磁路可分为无分支磁路和有分支磁路。 全部在磁路内部闭合的磁通称主磁通,部分经过磁路周围 物质而自成回路的磁通称为漏磁通。 由于制造和结构上的原因,磁路中常有气隙,当气隙很小时, 气隙中的磁感线是平行而均匀的,只有极少数磁感线扩散出去 形成所谓的边缘效应。
为F=BIlsinα,式中α为载流直导体与磁感应强度方向的夹角。
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3.磁场与磁路的基本物理量见表。
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4.产生感应电动势的条件是线圈中的磁通发生变化或导 体相对磁场运动而切割磁感线。直导体切割磁感应线产生的
感应电动势方向用右手定则来判断,其大小为e=Blvsinα。
5.楞次定律:感应电流的磁场总是阻碍原磁通的变化。 法拉第电磁感应定律:线圈中感应电动势的大小与磁通的
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平面与B垂直
平面与B不垂直 磁通
如果磁场不与所讨论的平面垂直,则应以这个平面在垂直
于磁场B 的方向的投影面积S'与B 的乘积来表示磁通。
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由Φ=BS 可得B=Φ/S ,这表示磁感应强度等于穿过 单位面积的磁通,所以磁感应强度又称磁通密度。
当面积一定时,该面积上的磁通越大,磁感应强度越 大,磁场越强。
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二、互感器 互感器有两个或两个以上绕组,它利用互感原理使交流
电从一个绕组传向另一个(或几个)绕组,以实现电能或信号的 “隔空” 传递。
多绕组变压器
钳形电流表
互感原理的应用示例
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电流互感器
电压互感器 收音机中的中 频变压器
互感原理的应用示例
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二极
漏电保护器原理图
三极(组合式) 两种漏电保护器外形
2.了解磁场对通电线圈的作用及其应用。
一、磁场对通电直导体的作用 通常把通电导体在磁场中受到的力称为电磁力,
也称安培力。
通电直导体在磁场中受到的电磁力
通电导线长度一定时,电流越大,电流所受电磁力 越大；电流一定时,通电导线越长,电磁力也越大。
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通电直导体在磁场内的受力方向可用左手定则来 判断。
在绕制电阻时,将电阻线对折,双线并绕，就可以制成 无感电阻。
无感电阻
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一、涡流 在有铁心的线圈中通入交流电时,就有交变的磁场穿过 铁心,这时会在铁心内部产生自感电动势并形成电流, 由于 这种电流形如旋涡, 故称涡流。
高频感应炉冶炼金属 家用电磁炉示意图 涡流的利用
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单层铁心涡流损耗大 多层铁心涡流损耗小 采用多层铁心减小涡流损耗
互感线圈的同名端
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4.互感线圈的连接 两个线圈的一对异名端相接称为顺串,这时两个线圈的磁 通方向是相同的。串接后的等效电感
两个互感线圈顺串
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两个线圈的一对同名端相接称为反串,这时两个线圈的 磁通方向是相反的。串接后的等效电感
两个互感线圈反串
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如果将两个相同线圈的同名端接在一起,则两个线圈所 产生的磁通在任何时候都是大小相等而方向相反,因而相 互抵消。这样接成的线圈就不会有磁通穿过。
I,Φ 也已近似不变了,铁心磁化到这种程度称为磁饱和。
a点到b点是一段弯曲的部分,称为曲线的膝部。这表明从未饱 和到饱和是逐步过渡的。
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各种电器的线圈中,一般都装有铁心以获得较强的磁场。 为了尽可能增强线圈中的磁场,还常将铁心制成闭合的 形状,使磁感线沿铁心构成回路,
磁感线沿铁心构成回路
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理想情况
由于铁磁材料磁导率的非线性,磁阻Rm 不是常数,所以
磁路欧姆定律只能对磁路作定性分析。
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磁路和电路的比较
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四、电磁铁 电磁铁是利用通有电流的铁心线圈对铁磁性物质产
生电磁吸力的装置。它们都是由线圈、铁心和衔铁三个 基本部分组成。
马蹄式(起重电磁铁) 拍合式(继电器) 螺管式(电磁阀) 电磁铁的几种结构形式
电感L也反映了线圈产生自感电动势的能力。
自感电动势的方向应根据楞次定律判定。
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二、互感 1.互感现象
互感实验电路
这种由一个线圈中的电流发生变化而在另一线圈中产生 电磁感应的现象称为互感现象,简称互感。由互感产生的感
应电动势称为互感电动势,用eM 表示。
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为描述一个线圈电流的变化在另一个线圈中产生互感电动
主磁通、漏磁通和边缘效应
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磁阻就是磁通通过磁路时所受到的阻碍作用,用符号Rm
表示。
磁路中磁阻的大小与磁路的长度L 成正比,与磁路的横 截面积S 成反比,并与组成磁路材料的磁导率有关,其公式
为
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2.磁路欧姆定律 通过磁路的磁通与磁动势成正比,而与磁阻成反比,称 磁路欧姆定律，即
如果磁路中有空气隙,由于空气隙的磁阻远比铁磁材料 的磁阻大,整个磁路的磁阻会大大增加,若要有足够的磁通, 就必须增大励磁电流或增加线圈的匝数,即增大磁动势。
左手定则
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电磁力的计算式为
电流方向与磁场 方向有一夹角α
当电流方向与磁场方向垂直时,电流所受的电磁力最大。
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二、通电平行直导线间的作用
通入同方向电流的 通入反方向电流的 平行导线相互吸引 平行导线相互排斥
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三、磁场对通电线圈的作用 磁场对通电矩形线圈的作用是电动机旋转的基本原理。
直流电动机的原理