第六章 磁路與變壓器

1、第六章磁路與變壓器6.1磁路[1]教學目的：了解磁動勢及磁阻的概念授課形式掌握磁路中全電流定律和磁路中的歐姆定律講授教學重點：授課對象磁路中全電流定律和磁路中的歐姆定律教學難點：全電流定律和磁路中的歐姆定律教學內(nèi)容參考教法復習：磁通的定義及求法。根據(jù)磁力線北出南入，磁通也是沿一定路徑的引入：磁路由日常生活常見電磁應用引入電磁學。復習磁場中相關概念并引題新授一、磁路投影Page169圖61或演示實驗說明磁通是沿一定路徑通過的。[1]主磁通

2、和漏磁通進一步結(jié)合右圖投影所示，當線圈中通以電流后，大部分磁感線沿鐵心、銜鐵和工作氣隙構(gòu)成回路，這部分磁通稱為主磁通；還有一部分磁通，沒有經(jīng)過氣隙和銜鐵，而是經(jīng)空氣自成回路，這部分磁通稱為漏磁通。[2]磁路結(jié)合投影比較主、漏磁通定義：磁通經(jīng)過的閉合路徑叫磁路。磁路和電路一樣，分為有分支磁路和無分支磁路兩種類型。右上圖為無分支磁路，右圖為有分支磁路。在無分支磁路中，通過每一個橫截面的磁通都相等。比較電流二、磁路的歐姆定律[1]磁動勢分析通

3、電線圈中電流是產(chǎn)生磁場的原因，電流越大，磁場越強，磁通越多；每一匝線圈的磁通是一定的，匝數(shù)越多，鏈接的磁通（磁鏈）越大。通電線圈產(chǎn)生的磁通?與線圈的匝數(shù)N和線圈中所通過的電流I的乘積成正比。磁動勢定義：把通過線圈的電流I與線圈匝數(shù)N的乘積，稱為磁動勢，也叫磁通勢，即Em=NI磁動勢Em的單位是安培(A)。[2]磁阻磁阻就是磁通通過磁路時所受到的阻礙作用，用Rm表示。磁路中磁阻的大小與磁路的長度l成正比，與磁路的橫截面積S成反比，并與組成

4、磁路的材料性質(zhì)有關。因此有SlR??m復習電路中全電路歐姆定律說明本教材中磁通實為磁鏈類比方法：電路中導體對電流有阻礙作用：電阻；磁路中對磁通也有阻礙作用由影響電阻的因素引導影響磁阻的因素式中，?為磁導率，單位Hm，長度l和截面積S的單位分別為m和m2。因此，磁阻Rm的單位為1亨(H?1)。由于磁導率?不是常數(shù)，所以Rm也不是常數(shù)。強調(diào)不同于電阻[3]磁路歐姆定律(1)磁路歐姆定律內(nèi)容：通過磁路的磁通與磁動勢成正比，與磁阻成反比。即mm

5、RE??結(jié)合電路歐姆定律說明磁路歐姆定律注意運用時單位上式與電路的歐姆定律相似，磁通?對應于電流I，磁動勢Em對應于電動勢E，磁阻Rm對應于電阻R。因此，這一關系稱為磁路歐姆定律。簡要說明(2)磁路與電路的對應關系磁路中的某些物理量與電路中的某些物理量有對應關系，同時磁路中某些物理量之間與電路中某些物理量之間也有相似的關系。上圖是相對應的兩種電路和磁路。投影下表電路與磁路對應的物理量及其關系式。三、全電流定律根據(jù)磁路的歐姆定律，將代mm

6、RE??SlRNIEBSmm?????、、入，可得lINB??將上式與對照，可得或HB??lINH?HlIN?即磁路中磁場強度H與磁路的平均長度l的乘積，在數(shù)值上等于激發(fā)磁場的磁動勢，這就是全電流定律。結(jié)合圖(b)說明有分支磁路磁動勢產(chǎn)生磁通等于各分支磁通之和投影下表比較電路與磁路歐姆定律，類比方法強化記憶。類比電路閉合電路歐姆定律引入全電流定律并復習提問：全電路中歐姆定律及公式形式表：磁路和電路中對應的物理量及其關系式電路磁路電流I電

7、阻SlR??電阻率?電動勢E電路歐姆定律REI?磁通?磁阻SlR??m磁導率?磁動勢INE?m磁路歐姆定律mmRE??6.1磁路[2]教學目的：授課形式了解鐵磁性物質(zhì)的磁化.熟悉磁化曲線和磁滯回線講授教學重點：授課對象鐵磁性物質(zhì)的磁化及其性能教學難點：磁化曲線和磁滯回線教學內(nèi)容及備注復習：[1]磁體間相互作用[2]磁場的基本性質(zhì)由磁場基本性質(zhì)對放入其中磁體具有磁力作用引入：磁路鐵磁性物質(zhì)的磁化提問新授：一、鐵磁性物質(zhì)的磁化[1]磁化定義

8、：本來不具備磁性的物質(zhì)，由于受磁場的作用而具有了磁性的現(xiàn)象稱為該物質(zhì)被磁化。只有鐵磁性物質(zhì)才能被磁化。[2]磁化的原因(1)內(nèi)因：鐵磁性物質(zhì)是由許多被稱為磁疇的磁性小區(qū)域組成的，每一個磁疇相當于一個小磁鐵。(2)外因：有外磁場的作用。分析磁化：如右圖(a)所示，當無外磁場作用時，磁疇排列雜亂無章，磁性相互抵消，對外不顯磁性；如右圖(b)所示，當有外磁場作用時，磁疇將沿著磁場方向作取向排列，形成附加磁場，使磁場顯著加強。有些鐵磁性物質(zhì)在撤

9、去磁場后，磁疇的一部分或大部分仍然保持取向一致，對外仍顯磁性，即成為永久磁鐵。[3]不同的鐵磁性物質(zhì)，磁化后的磁性不同。投影[4]鐵磁性物質(zhì)被磁化的性能，被廣泛地應用于電子和電氣設備中，如變壓器、繼電器、電機等。二、磁化曲線[1]磁化曲線的定義磁化曲線是用來描述鐵磁性物質(zhì)的磁化特性的。鐵磁性物質(zhì)的磁感應強度B隨磁場強度H變化的曲線，稱為磁化曲線，也叫B—H曲線。[2]磁化曲線的測定下圖(a)是測量磁化曲線裝置的示意圖，(b)是根據(jù)測量值

10、做出的磁化曲線。由圖(b)可以看出，B與H的關系是非線性的，即不是常數(shù)HB??投影下圖[3]分析磁化特性的物理意義注意特征及原因分析(1)0~1段：起始磁化段，說明曲線上升緩慢的特征，原因是磁疇的慣性，當H從零開始增加時，B增加緩慢。(2)1~2段：隨H增大，B幾乎直線上升，是由于磁疇在外磁場作用下，大部分都趨向H方向，B增加很快，曲線很陡，稱為直線段。(3)2~3段：隨H增加，B的上升又緩慢了，是由于大部分磁疇方向已轉(zhuǎn)向H方向，隨H的

11、增加只有少數(shù)磁疇繼續(xù)轉(zhuǎn)向，B增加變慢。強調(diào)非線性(4)3點以后：到達3點以后，磁疇幾乎全部轉(zhuǎn)到了外磁場方向，再增大H值，B也幾乎不再增加，曲線變得平坦，稱為飽和段。此時的磁感應強度叫飽和磁感應強度。不同的鐵磁性物質(zhì)，B的飽和值不同，對同一種材料，B的飽和值是一定的。投影圖電機和變壓器，通常工作在曲線的2~3段，即接近飽和的地方。[4]磁化曲線的意義在磁化曲線中，已知H值就可查出對應的B值。因此，在計算介質(zhì)中的磁場問題時，磁化曲線是一個很

12、重要的依據(jù)。比較幾種不同鐵磁性物質(zhì)的磁化曲線，說明材料導磁性能的好壞。三、磁滯回線磁化曲線只反映了鐵磁性物質(zhì)在外磁場由零逐漸增強的磁化過程，而很多實際應用中，鐵磁性物質(zhì)是工作在交變磁場中的。所以，必須研究鐵磁性物質(zhì)反復交變磁化的問題。[1.]磁滯回線的測定右圖為通過上實驗測定的某種鐵磁性物質(zhì)的磁滯回線。強調(diào)飽和性即B不隨H變化注意說明：（1）退磁與磁化是沿不同線進行的。（2）退磁過程中剩磁Br、矯頑磁力H。C（3）鐵磁材料可反向磁化，特

13、性同正向。(4)磁滯現(xiàn)象：B的變化總是落后于H的變化，稱為磁滯現(xiàn)象。經(jīng)過循環(huán)，得到封閉的對稱于原點的閉合曲線(abcdefa)，稱為磁滯回線。(5)改變交變磁場強度H的幅值，可相應得到一系列大小不一的磁滯回線，如右下圖所示。[2.]基本磁化特性連接各條對稱的磁滯回線的頂點，得到一條磁化曲線，叫基本磁化曲線。右圖中實線部分。[3]磁滯損耗鐵磁性物質(zhì)在交變磁化時，磁疇要來回翻轉(zhuǎn)，在這個過程中，產(chǎn)生了能量損耗，稱為磁滯損耗。簡介磁滯損耗與回線

14、面積關系。結(jié)論：剩磁和矯頑磁力越大的鐵磁性物質(zhì)，磁滯損耗就越大。四、鐵磁物質(zhì)的分類與應用：學生自學、討論。練習思考：鐵磁物質(zhì)分為哪三類？各有什么作用？四、總結(jié)：鐵磁物質(zhì)的磁化是磁疇在外磁場作用下由不規(guī)則到規(guī)則排列，磁化過程中B隨H變化可用磁化特性曲線描繪，磁滯回線說明B滯后于H的變化，且具有對稱于原點的閉合曲線牲特征。作業(yè)：結(jié)合圖64理解磁化特性曲線上各不同部分的物理過程永久性磁鐵就是利用剩磁很大的鐵磁性物質(zhì)制成的。矯頑磁力的大小反映了