電工電子技術與技能(程周)

1、a1電工電子技術與技能（非電類少學時）電工電子技術與技能（非電類少學時）程周主編程周主編中等職業(yè)教育課程改革國家規(guī)劃新教材配套多媒體資源22 磁場及電磁感應2.1磁場磁場2.2電磁感應電磁感應2.3磁路的基本概念磁路的基本概念2.4鐵磁性物質鐵磁性物質123432.1 磁場u觀察與思考觀察與思考42.1 磁場u2.1.1磁場磁場1磁場是看不見的，但可以觀察到磁場的效應。磁場是看不見的，但可以觀察到磁場的效應。2在磁鐵或電流（運動電荷）周圍的空間里存在著磁場，磁場的性在磁鐵或電流（運動電荷）周圍的空間里存在著磁場，磁場的性質之一是它對任何置于其中的其它磁體或電流施加作用力。質之一是它對任何置于其

2、中的其它磁體或電流施加作用力。 3磁場是電機工作原理的基礎。作用在載流導線上的力是電動機工磁場是電機工作原理的基礎。作用在載流導線上的力是電動機工作的基本原理；而當磁場變化時，線圈中感應的電動勢是發(fā)電機工作的基本原理；而當磁場變化時，線圈中感應的電動勢是發(fā)電機工作的基本原理。作的基本原理。 52.1 磁場u2.1.2磁場的方向及磁感線磁場的方向及磁感線1磁場是有方向的，規(guī)定：在磁場中的任一點，小磁針靜止時磁場是有方向的，規(guī)定：在磁場中的任一點，小磁針靜止時N極所指的極所指的方向，就是該點的磁場方向。方向，就是該點的磁場方向。2磁感線：為了形象地描繪磁場在空間的分布，在磁場中畫出一些有方向磁感線

3、：為了形象地描繪磁場在空間的分布，在磁場中畫出一些有方向的、假想的系列曲線，曲線上任一點的切線方向與該點的磁場方向一致，這的、假想的系列曲線，曲線上任一點的切線方向與該點的磁場方向一致，這些曲線稱為磁感線。些曲線稱為磁感線。圖圖2.3 磁感線磁感線3磁感線不但可以描述磁場的方向，還可以描述磁場強弱的分布情況：磁磁感線不但可以描述磁場的方向，還可以描述磁場強弱的分布情況：磁場越強的地方，磁感線越密；反之越稀。場越強的地方，磁感線越密；反之越稀。 62.1 磁場u2.1.3磁感應強度磁感應強度1磁感應強度定義：在磁場中，設垂直于磁場方向的通電直導線受到的磁磁感應強度定義：在磁場中，設垂直于磁場方向

4、的通電直導線受到的磁場力為場力為F，通過導線的電流為，通過導線的電流為I，導線的長度為，導線的長度為l，則，則F和的比值稱為通電導線和的比值稱為通電導線所在處的磁感應強度，用所在處的磁感應強度，用B表示。表示。2B的單位：特斯拉，用的單位：特斯拉，用T表示，或表示，或Wb/m2。3B是矢量，磁場中某處磁感應強度的方向就是該處磁場的方向。是矢量，磁場中某處磁感應強度的方向就是該處磁場的方向。4均勻磁場：若磁場中各點的磁感應強度大小相等，方向相同，稱為均勻均勻磁場：若磁場中各點的磁感應強度大小相等，方向相同，稱為均勻磁場。磁場。IlFB 72.1 磁場u2.1.4安培定則安培定則1安培定則（右手螺

5、旋定則）：通電長直導體在其周圍產生磁場，它的磁安培定則（右手螺旋定則）：通電長直導體在其周圍產生磁場，它的磁感線方向與電流方向之間的關系，可以用安培定則判斷。感線方向與電流方向之間的關系，可以用安培定則判斷。2安培定則的內容：右手握住導體，伸直拇指，拇指所指的方向表示電流安培定則的內容：右手握住導體，伸直拇指，拇指所指的方向表示電流的方向，彎曲的四指的方向表示磁感線方向。的方向，彎曲的四指的方向表示磁感線方向。 圖圖2.4 直流電流的磁場直流電流的磁場圖圖2.5 螺線管電流的磁場螺線管電流的磁場82.1 磁場u2.1.5磁通量磁通量1磁通量：穿過磁場中的某一截面的磁感線的數(shù)量，稱為穿過這個磁通

6、量：穿過磁場中的某一截面的磁感線的數(shù)量，稱為穿過這個截面的磁通量，簡稱磁通，用截面的磁通量，簡稱磁通，用表示，單位是表示，單位是Wb（韋（韋伯伯）。）。2. 磁通量的表達式：磁通量的表達式： BA（2.2）圖圖2.6 磁通量磁通量92.1 磁場u2.1.6磁場對通電直導線的作用磁場對通電直導線的作用1安培定律安培定律安培力：通電直導線在磁場中受力，如圖安培力：通電直導線在磁場中受力，如圖2.7所示。所示。 圖圖2.7 通電直導線在磁場中受力通電直導線在磁場中受力安培定律的表達式：安培定律的表達式： sinBIlF102.1 磁場u2.1.6磁場對通電直導線的作用磁場對通電直導線的作用2左手定則

7、左手定則用左手定則判斷安培力的方向。用左手定則判斷安培力的方向。如圖如圖2.8所示為用左手定則判斷安培力的示意圖。所示為用左手定則判斷安培力的示意圖。 圖圖2.8 左手定則左手定則sinBIlF左手定則使用說明：伸開左手，使拇指與其余四指垂直，并且和手掌在一左手定則使用說明：伸開左手，使拇指與其余四指垂直，并且和手掌在一個平面上，把手放入磁場里，讓磁感線垂直穿入手心，并使四指指向電流個平面上，把手放入磁場里，讓磁感線垂直穿入手心，并使四指指向電流方向，則拇指所指的方向就是安培力的方向。方向，則拇指所指的方向就是安培力的方向。 112.1 磁場u2.1.6磁場對通電直導線的作用磁場對通電直導線的

8、作用圖圖2.7 通電直導線在磁場中受力通電直導線在磁場中受力122.2 電磁感應u觀察與思考觀察與思考圖圖2.10 利用磁場產生電流利用磁場產生電流132.2 電磁感應u2.2.1 電磁感應及電磁感應定律電磁感應及電磁感應定律1電磁感應電磁感應 當穿過某一閉合導體回路所圍面積的磁通量發(fā)生變化時，該回路中就會當穿過某一閉合導體回路所圍面積的磁通量發(fā)生變化時，該回路中就會產生電流，這種現(xiàn)象稱為電磁感應現(xiàn)象。產生電流，這種現(xiàn)象稱為電磁感應現(xiàn)象。 在電磁感應現(xiàn)象中產生的電流稱為感應電流，產生的電動勢稱為感應電在電磁感應現(xiàn)象中產生的電流稱為感應電流，產生的電動勢稱為感應電動勢。動勢。2電磁感應定律電磁感

9、應定律電磁感應定律的內容：導線中的感應電動勢電磁感應定律的內容：導線中的感應電動勢E的大小和導線交鏈的磁通的變的大小和導線交鏈的磁通的變化率化率 成正比。成正比。ttNE式中，式中，N為線圈的匝數(shù)為線圈的匝數(shù) 上式中，只有當與導線交鏈的磁通變化時，上式中，只有當與導線交鏈的磁通變化時，E才有意義。才有意義。 142.2 電磁感應u2.2.1 電磁感應及電磁感應定律電磁感應及電磁感應定律152.2 電磁感應u2.2.2 楞次定律和右手定則楞次定律和右手定則1楞次定律楞次定律 內容：閉合電路中產生的感應電流，它所產生的磁場總是阻礙原電路中磁內容：閉合電路中產生的感應電流，它所產生的磁場總是阻礙原電

10、路中磁通的變化。應用楞次定律可以確定感應電動勢的方向。通的變化。應用楞次定律可以確定感應電動勢的方向。 圖圖2.11 楞次定律楞次定律 162.2 電磁感應u2.2.2 楞次定律和右手定則楞次定律和右手定則2右手定則右手定則右手定則是確定導線切割磁感線所產生的感應電動勢方向的簡便方法，其實質右手定則是確定導線切割磁感線所產生的感應電動勢方向的簡便方法，其實質是楞次定律的特殊情況。是楞次定律的特殊情況。判斷方法：伸出右手，使拇指跟其余四指垂直，并且和手掌在一個平面內，把判斷方法：伸出右手，使拇指跟其余四指垂直，并且和手掌在一個平面內，把手放入磁場中，讓磁感線垂直穿入手心，拇指指向導體運動方向，四

11、指所指方手放入磁場中，讓磁感線垂直穿入手心，拇指指向導體運動方向，四指所指方向就是感應電流的方向。如圖向就是感應電流的方向。如圖2.12所示。所示。 圖圖2.12 右手定則右手定則 172.2 電磁感應u2.2.2 楞次定律和右手定則楞次定律和右手定則2右手定則右手定則圖圖2.13 切割磁感線產生感應電流切割磁感線產生感應電流 182.3 磁路的基本概念1磁路：通常由鐵心制成，而使磁通集中通過的回路，如圖磁路：通常由鐵心制成，而使磁通集中通過的回路，如圖2.17所示。所示。 圖圖2.17 主磁通和漏磁通主磁通和漏磁通 2主磁通：鐵心中的磁通主磁通：鐵心中的磁通 。3漏磁通：少量磁通通過周圍空氣

12、構成的回路（可忽略不計）。漏磁通：少量磁通通過周圍空氣構成的回路（可忽略不計）。4磁通磁通 ：線圈中電流有效值：線圈中電流有效值I與線圈匝數(shù)與線圈匝數(shù)N的乘積稱為磁通勢，的乘積稱為磁通勢，RM稱為磁阻。稱為磁阻。磁路歐姆定律磁路歐姆定律 = I N / RM。注意：注意：（1）磁阻）磁阻 RM表示物質對磁通具有的阻礙作用。不同物質的磁阻不同。若鐵心中表示物質對磁通具有的阻礙作用。不同物質的磁阻不同。若鐵心中存在空氣隙，磁阻存在空氣隙，磁阻RM會增大許多。會增大許多。（2）磁路的歐姆定律只適用于鐵心非飽和狀態(tài)。）磁路的歐姆定律只適用于鐵心非飽和狀態(tài)。 192.3 磁路的基本概念5磁路舉例：磁路舉

13、例：圖圖2.18 幾種磁路實例幾種磁路實例 202.4 鐵磁性物質u2.4.1 鐵磁性物質磁化現(xiàn)象鐵磁性物質磁化現(xiàn)象1磁疇：鐵心自身有的自然磁性小區(qū)域。磁疇：鐵心自身有的自然磁性小區(qū)域。2磁化：鐵心中的磁疇沿外磁場作定向排列，產生附加磁場的現(xiàn)象，如圖磁化：鐵心中的磁疇沿外磁場作定向排列，產生附加磁場的現(xiàn)象，如圖2.19（b）所示。）所示。圖圖2.19 磁疇和鐵心的磁化磁疇和鐵心的磁化 212.4 鐵磁性物質u2.4.1 鐵磁性物質磁化現(xiàn)象鐵磁性物質磁化現(xiàn)象 圖圖2.20 磁化曲線磁化曲線 3鐵磁材料：能被磁化的材料（例如：鐵、鈷、鎳以及它們的合金和氧鐵磁材料：能被磁化的材料（例如：鐵、鈷、鎳以

14、及它們的合金和氧化物）?；铮?。4鐵心的磁化過程可以用圖鐵心的磁化過程可以用圖2.20描述。描述。OA段：大部分磁疇的磁場沿外磁場方向排列，段：大部分磁疇的磁場沿外磁場方向排列， 與與I成正比且增加率較大。成正比且增加率較大。AB段：所有磁疇的磁場最終都沿外磁場方向排列，鐵心磁場從未飽和狀態(tài)過渡段：所有磁疇的磁場最終都沿外磁場方向排列，鐵心磁場從未飽和狀態(tài)過渡 到飽和狀態(tài)。到飽和狀態(tài)。B點以后：稱飽和狀態(tài)，鐵心的增磁作用已達到極限，同直線點以后：稱飽和狀態(tài)，鐵心的增磁作用已達到極限，同直線1。 222.4 鐵磁性物質u2.4.2 磁滯現(xiàn)象磁滯現(xiàn)象圖圖2.21磁滯回線磁滯回線 1磁滯：當鐵心線圈

15、通入交流電時，鐵心會隨交流電的變化而被反復磁化。在磁滯：當鐵心線圈通入交流電時，鐵心會隨交流電的變化而被反復磁化。在磁化過程中，由于磁疇本身存在磁化過程中，由于磁疇本身存在“慣性慣性”，使得磁通的變化滯后于電流的變化，使得磁通的變化滯后于電流的變化。2磁滯回線：反復磁化形成的封閉曲線，如圖磁滯回線：反復磁化形成的封閉曲線，如圖2.21所示。所示。 3磁滯損耗：鐵磁材料在磁化時，外磁場克服磁疇的磁滯損耗：鐵磁材料在磁化時，外磁場克服磁疇的“慣性慣性”消耗的能量。磁消耗的能量。磁滯損耗是引起鐵心發(fā)熱的原因之一。滯損耗是引起鐵心發(fā)熱的原因之一。 232.4 鐵磁性物質u2.4.3 鐵磁材料的分類及應

16、用鐵磁材料的分類及應用 鐵磁材料根據(jù)磁滯回線的形狀及其在工程上的應用，可分為軟磁材料、硬鐵磁材料根據(jù)磁滯回線的形狀及其在工程上的應用，可分為軟磁材料、硬磁材料和矩磁材料三類。磁材料和矩磁材料三類。 1不同材料的磁滯回線：如圖不同材料的磁滯回線：如圖2.22所示。所示。 圖圖2.22不同材料的磁滯回線不同材料的磁滯回線 242.4 鐵磁性物質u2.4.3 鐵磁材料的分類及應用鐵磁材料的分類及應用圖圖2.22不同材料的磁滯回線不同材料的磁滯回線 2軟磁材料：磁滯損耗小的鐵磁材料，特點是磁滯回線狹長，面積小。軟磁材料：磁滯損耗小的鐵磁材料，特點是磁滯回線狹長，面積小。3硬磁材料：磁滯損耗大的鐵磁材料

17、，特點是磁滯回線寬大，面積大。硬磁材料：磁滯損耗大的鐵磁材料，特點是磁滯回線寬大，面積大。4矩磁材料：磁滯回線接近矩形的鐵磁材料，特點是受較小的磁場的磁化就可矩磁材料：磁滯回線接近矩形的鐵磁材料，特點是受較小的磁場的磁化就可 以達到飽和，而去掉磁場后仍能保持飽和狀態(tài)。以達到飽和，而去掉磁場后仍能保持飽和狀態(tài)。 252.4 鐵磁性物質u2.4.4 渦流渦流1渦流：交變的磁通穿過鐵心產生感應電動勢，因而會產生感應電流，它圍繞渦流：交變的磁通穿過鐵心產生感應電動勢，因而會產生感應電流，它圍繞磁感場線成旋渦狀流動，如圖磁感場線成旋渦狀流動，如圖2.23（a）所示。）所示。 2渦流損耗：渦流在鐵心的電阻

18、上引起的功率損耗。渦流損耗：渦流在鐵心的電阻上引起的功率損耗。3減少渦流損耗：常將鐵心分成許多彼此絕緣的薄片（硅鋼片），使鐵心中的減少渦流損耗：常將鐵心分成許多彼此絕緣的薄片（硅鋼片），使鐵心中的電阻增大而渦流減少，這樣可以有效地減少渦流損耗，如圖電阻增大而渦流減少，這樣可以有效地減少渦流損耗，如圖2.23（b）所示。）所示。4渦流的應用：電磁爐渦流的應用：電磁爐圖圖2.23渦流渦流 26天然磁石天然磁石 Fe3O4u吸鐵性吸鐵性u指南性指南性人類認識和使用最早的磁性材料27司南指南車指南魚28各種指南針掛件29 永磁材料 軟磁材料 磁記錄材料 特殊功能的磁性材料 磁彈性材料 磁電阻材料 磁制

19、冷材料 磁流體 新型磁性材料的分類：30永磁材料在特定的空間內提供一個磁場利用永磁材料的吸鐵性及指南性31由 于 成 本 低 廉 ， 鐵 氧 體 磁 材 有 廣 闊 的 應 用 領 域 ， 從 電 機 、 揚 聲 器 到 玩 具 、 工 藝 品 ， 因 而 是 目 前 應 用 最 廣 的 永 磁 材 料 。32鋁 鎳 鈷 的 主 要 應 用 領 域 ： 電 子 點 火 系 統(tǒng) 、 電 度 表 、 伏 安 表 、 醫(yī) 療 儀 器 、 工 業(yè) 電 機 、 磁 力 簧 片 開 關 、 發(fā) 電 機 、 手 動 工 具 、 自 動 售 貨 機 。 33鐵鉻鈷變形永磁合金是由天津市天材科技發(fā)展有限公司 3

20、4金壇市磁性材料有限公司生產永磁鐵氧體材料系列產品35燒結NdFeB永磁材料表面處理分電鍍（Zn、Ni）、噴涂、電泳、磷酸鈍化等，產品具有強的耐腐蝕性。 36用于手機、BB機振動器的燒結NdFeB永磁材料 37用于各種電機的燒結NdFeB磁瓦 38用于核磁共振成像儀及磁選機等的燒結NdFeB永磁材料 39各種規(guī)格的環(huán)形燒結NdFeB永磁材料 外徑3mm160mm；內徑：1mm140mm 40各種規(guī)格的圓片形燒結NdFeB永磁材料 尺寸范圍：外徑2mm160mm； 厚度：0.3mm60mm 41各種未經(jīng)表面保護處理的燒結NdFeB永磁材料 42噴涂處理的燒結NdFeB永磁體 43各種管狀燒結Nd

21、FeB永磁材料尺寸范圍：外徑3mm160mm；內徑：1mm140mm 44圓柱形的燒結NdFeB永磁體 45軟磁材料例如對于變壓器，在線圈中加入磁芯后，將磁通限制在低磁阻的磁芯內，用較小激勵電流，產生比沒有磁芯時大得多的磁通，這就大大減少了電磁元件的體積。因此，加磁芯的基本目的是為鏈合或耦合兩個或多個磁單元的磁通，提供容易通過的路徑，將磁源和磁“負載”連接起來，作為磁通“匯流條”，同時減少磁元件的體積。 4647共模電感鐵芯 磁放大器鐵芯 漏電保護開關互感器鐵芯 大功率開關變壓器鐵芯 深圳市天為科技有限公司48納米晶開氣隙恒電感 電流電壓互感器用鐵芯 小型開關電源變壓器用環(huán)形鐵芯 非晶恒電感 49 磁帶 磁盤 磁卡磁記錄媒體的分類：5051 磁帶結構圖示 5253磁記錄介質 磁頭磁盤結構544.4 MbyteIBM RAMAC 19552 kbits/in250 x24” dia disks 80 Gbyte Seagate U series 200132.6 Gbits/in22 x 3.5”glass disks5556特殊功能的磁性材料磁彈性材料磁電阻材料