电工高级电工基础2

1、维修电工理论培训 模块二模块二 电工基础知识电工基础知识 电子技术知识；电子技术知识； PLC知识。知识。电工基础第4章 磁场与电磁感应4.1 4.1 电流的磁场电流的磁场4.2 4.2 磁场的主要物理量磁场的主要物理量4.3 4.3 磁化与磁性材料磁化与磁性材料4.4 4.4 磁场对电流的作用磁场对电流的作用4.5 4.5 电磁铁电磁铁4.6 4.6 电磁感应电磁感应4.7 4.7 涡流和趋肤效应涡流和趋肤效应4.8 4.8 简单电路的暂态过程简单电路的暂态过程1 1、磁的基本知识、磁的基本知识磁体及其性质：磁体及其性质：磁性磁性把物体能够吸引铁、镍、钴及其合金的性质。把物体能够吸引铁、镍、

2、钴及其合金的性质。磁体磁体具有磁性的物体。具有磁性的物体。磁极磁极磁体两端极性最强的区域。磁体两端极性最强的区域。4.1 4.1 电流的磁场电流的磁场磁力磁力磁极间的相互作用力。磁极间的相互作用力。同极相排斥同极相排斥异极相吸引异极相吸引磁场磁场：磁体周围存在磁力作用的空间，称为磁场。：磁体周围存在磁力作用的空间，称为磁场。4.1 4.1 电流的磁场电流的磁场129.129.把把3 3块磁体从中间等分成块磁体从中间等分成6 6块可获得（块可获得（ ）个磁极。）个磁极。 A.6 B.8 C.10 D.12A.6 B.8 C.10 D.12D D100.100.磁场作用于运动电荷的力称为电磁力。磁

3、场作用于运动电荷的力称为电磁力。 ( )( )磁力线的特点: 磁力线是磁力线是互不交叉的闭合曲线互不交叉的闭合曲线。在磁体外部由。在磁体外部由N N极指向极指向S S极，极，在磁体内部由在磁体内部由S S极指向极指向N N极。极。 磁力线上任意一点的磁力线上任意一点的切线方向切线方向，就是该点的磁场方向。，就是该点的磁场方向。 磁力线的磁力线的疏密程度疏密程度反映了磁场的反映了磁场的强弱强弱。磁力线越密表示磁。磁力线越密表示磁场越强，越疏表示磁场越弱。场越强，越疏表示磁场越弱。4.1 4.1 电流的磁场电流的磁场习题 3.3.磁力线是磁场中实际存在着的若干曲线，从磁极磁力线是磁场中实际存在着的

4、若干曲线，从磁极N N出发出发而终止于磁极而终止于磁极S S。( )( )46.46.磁力线的特征：磁力线的特征： （1 1）互不交叉。（）互不交叉。（2 2）磁力线上任意点）磁力线上任意点的切线方向就是该点的磁场方向。（的切线方向就是该点的磁场方向。（3 3）磁力线的疏密程度）磁力线的疏密程度反映磁场的强弱反映磁场的强弱。1）直线电流产生的磁场用右手握住通电直导线，让拇指指向电流方向，则四指环用右手握住通电直导线，让拇指指向电流方向，则四指环绕的方向就是磁力线的方向。绕的方向就是磁力线的方向。4.1 4.1 电流的磁场电流的磁场2、电流磁场的判定安培定则习题107.107.单根通电导体周围磁

5、场的方向由产生磁场的单根通电导体周围磁场的方向由产生磁场的( )( )决定，判断方法是以右手握住导体，使大拇指方向与导体的决定，判断方法是以右手握住导体，使大拇指方向与导体的( )( )一致，其余一致，其余4 4指弯曲的方向即为导体指弯曲的方向即为导体( )( )方向，这种方法叫方向，这种方法叫( )( )。电流方向电流方向电流方向电流方向周围磁场周围磁场右手螺旋定则右手螺旋定则2 2、环形电流产生的磁场、环形电流产生的磁场 用右手握住螺线管，弯曲的四指指向线圈电流方向，用右手握住螺线管，弯曲的四指指向线圈电流方向，则拇指方向就是螺线管内的磁场方向。则拇指方向就是螺线管内的磁场方向。4.1 4

6、.1 电流的磁场电流的磁场4.2 磁场的主要物理量1 1、磁感应强度、磁感应强度在磁场中垂直于磁场方向的通电在磁场中垂直于磁场方向的通电导线，所受电磁力导线，所受电磁力F F与电流与电流I I和导线有效长度和导线有效长度L L的乘积的乘积的比值为该点的磁感应强度。单位的比值为该点的磁感应强度。单位: :特斯拉特斯拉(T)(T)ILFB 磁感应强度不但表示了某点磁场的强弱，而且还能表示磁感应强度不但表示了某点磁场的强弱，而且还能表示出该点磁场的方向。因此磁感应强度是个矢量。它的方向就出该点磁场的方向。因此磁感应强度是个矢量。它的方向就是该点磁场的方向。是该点磁场的方向。均匀磁场均匀磁场磁场中各点

7、的磁感应强度的大小和方向相同，磁场中各点的磁感应强度的大小和方向相同，则称为均匀磁场。则称为均匀磁场。用符号用符号 和和分别表示磁感应强度垂直穿进和穿出纸面的方向。分别表示磁感应强度垂直穿进和穿出纸面的方向。2.2.磁通磁通 通过与磁场方向垂直的某一面积上的磁力线的总通过与磁场方向垂直的某一面积上的磁力线的总数数, ,叫做通过该面积的磁通量叫做通过该面积的磁通量, ,简称磁通简称磁通, ,用用表示。表示。BS4.2 磁场的主要物理量1)1)磁导率磁导率是一个用来表示媒介质导磁性能的物理量，是一个用来表示媒介质导磁性能的物理量，用字母用字母 来表示。来表示。单位：亨利每米，简称亨每米，用符号单位

8、：亨利每米，简称亨每米，用符号H/MH/M表示。真空中表示。真空中的磁导率是一个常数：的磁导率是一个常数：0=410-7H/MH/M。3.3.磁导率磁导率 其他任一媒质的磁导率与真空的磁导率的比值称为相对其他任一媒质的磁导率与真空的磁导率的比值称为相对磁导率，用磁导率，用 表示，即：表示，即： rr00r或或根据磁导率的大小，可把物质分为三类：根据磁导率的大小，可把物质分为三类：1 1）顺磁性物质）顺磁性物质 其相对磁导率稍大于其相对磁导率稍大于1 1，如空气、铝等。，如空气、铝等。2 2）反磁性物质）反磁性物质 其相对磁导率小于其相对磁导率小于1 1，如铜、氢等。，如铜、氢等。3 3）铁磁性

9、物质）铁磁性物质 其相对磁导率远大于其相对磁导率远大于1 1，如铁、钴、镍等。，如铁、钴、镍等。4.2 磁场的主要物理量根据磁导率的大小，可把物质分为哪几类？根据磁导率的大小，可把物质分为哪几类？171.171.与介质的磁导率无关的物理量是与介质的磁导率无关的物理量是( )( )。A.A.磁通磁通 B.B.磁感应强度磁感应强度 C.C.磁场强度磁场强度 D.D.磁阻磁阻172.172.铁磁物质的相对磁导率是铁磁物质的相对磁导率是( )( )。A.A.r rl B.l B.很小很小 C.C.r r1 D.11 D.1习题145.145.在磁路中与媒介质磁导率无关的物理量是（在磁路中与媒介质磁导率

10、无关的物理量是（ ）。）。A. A. 磁感应强度磁感应强度 B. B. 磁通磁通 C. C. 磁场强度磁场强度 D. D. 磁阻磁阻C CC CC C4.4.磁场强度磁场强度：磁场中某点的磁感应强度磁场中某点的磁感应强度B B与媒介质磁导率与媒介质磁导率 的比值的比值, ,叫做该点的磁场强度。叫做该点的磁场强度。H=B/H=B/ =NI/l=NI/l。单位：安单位：安/ /米。米。4.2 磁场的主要物理量108.108.试说明磁场强度与磁感应强度的区别试说明磁场强度与磁感应强度的区别? ?108.108.答：磁场强度用答：磁场强度用H H表示，磁感应强度用表示，磁感应强度用B B表示，二者都表

11、示，二者都可以描述磁场的强弱和方向，并且都与激励磁场的电流及其可以描述磁场的强弱和方向，并且都与激励磁场的电流及其分布情况有关。但是，磁场强度与磁场介质无关，而磁感应分布情况有关。但是，磁场强度与磁场介质无关，而磁感应强度与磁场介质有关。强度与磁场介质有关。 磁感应强度的单位是磁感应强度的单位是T(T(特斯拉特斯拉) )，而磁场强度的单位是，而磁场强度的单位是A/m(A/m(安安/ /米米) )。 在定性的描述磁场时多用磁感应强度，而在计算磁场中在定性的描述磁场时多用磁感应强度，而在计算磁场中多用磁场强度，它与电流成线性关系。多用磁场强度，它与电流成线性关系。1 1、物质的磁化、物质的磁化4.

12、3 磁化与磁性材料使原来没有磁性的物质具有磁性的过程称做磁化。使原来没有磁性的物质具有磁性的过程称做磁化。磁畴磁畴磁化磁化未磁化未磁化a ab bc cd d)(HfB)(HfFeHB02 2、起始磁化曲线、起始磁化曲线 将一块尚未磁化的铁磁材料进行磁化，当磁场强度将一块尚未磁化的铁磁材料进行磁化，当磁场强度H H由由零逐渐增大时，磁通密度零逐渐增大时，磁通密度B B将随之增大，曲线将随之增大，曲线B=f(H)B=f(H)就称为就称为起始磁化曲线。起始磁化曲线。B BH H图图 铁磁材料的起始磁化曲线铁磁材料的起始磁化曲线o o4.3 磁化与磁性材料2 2、起始磁化曲线、起始磁化曲线oaoa段

13、：起始磁化段段：起始磁化段, ,随着随着H H的增加的增加B B不能上升很快；不能上升很快；abab段：线性段段：线性段, ,随着随着H H的增加，的增加，B B增加很快，曲线较陡；增加很快，曲线较陡；bcbc段：膝部段段：膝部段, ,随着随着H H的增加，的增加，B B增加变慢，曲线变缓；增加变慢，曲线变缓；cdcd段：饱和段段：饱和段, ,随着随着H H的增加，的增加，B B几乎不增加，曲线更平缓。几乎不增加，曲线更平缓。4.3 磁化与磁性材料49.49.铁磁物质在磁化过程中为什么会出现磁饱和现象铁磁物质在磁化过程中为什么会出现磁饱和现象? ?49.49.答：铁磁物质的磁导系数答：铁磁物质

14、的磁导系数很大，且不是一个常量，当铁磁物质在很大，且不是一个常量，当铁磁物质在完全去磁状态完全去磁状态( (无剩磁无剩磁) )下进行磁化，磁场强度下进行磁化，磁场强度H H由零起逐渐增加时，开始由零起逐渐增加时，开始有极短的一段磁感应强度有极短的一段磁感应强度B B增加缓慢，当磁场强度增加缓慢，当磁场强度H H继续增加时，磁感应继续增加时，磁感应强度强度B B迅速上升，以后迅速上升，以后B B上升又变缓慢，最后几乎不再上升，这就是磁饱上升又变缓慢，最后几乎不再上升，这就是磁饱和现象。出现磁饱和现象的原因是铁磁物质内含有许多很小的自发磁化和现象。出现磁饱和现象的原因是铁磁物质内含有许多很小的自发

15、磁化区，叫做磁畴。每个磁畴内由于原子壳层中不配对，电子自旋所形成的区，叫做磁畴。每个磁畴内由于原子壳层中不配对，电子自旋所形成的磁矩都平行地指向某一个方向，铁磁物质在未磁化前，每个磁畴的排列磁矩都平行地指向某一个方向，铁磁物质在未磁化前，每个磁畴的排列是杂乱无章的，宏观磁矩为零。开始磁化时由于外磁场强度是杂乱无章的，宏观磁矩为零。开始磁化时由于外磁场强度H H小，磁畴仅小，磁畴仅发生可逆的体积改变，增大了磁矩方向接近外磁场的磁畴体积，因此磁发生可逆的体积改变，增大了磁矩方向接近外磁场的磁畴体积，因此磁感应强度感应强度B B增加不快。当外磁场强度增加不快。当外磁场强度H H继续上升到足够强度时，

16、磁畴发生继续上升到足够强度时，磁畴发生不可逆体积改变，继而纷纷翻转到最接近于外磁场的一个易于磁化的方不可逆体积改变，继而纷纷翻转到最接近于外磁场的一个易于磁化的方向，这一段磁感应强度向，这一段磁感应强度B B上升很快。最后当磁畴已绝大部分翻转，即使再上升很快。最后当磁畴已绝大部分翻转，即使再大幅度增加外磁场强度大幅度增加外磁场强度H H，也只能使磁畴经过微小的转向直到全部与外磁，也只能使磁畴经过微小的转向直到全部与外磁场有一致的方向，这时磁感应强度增加很少，甚至不再增大，这就是磁场有一致的方向，这时磁感应强度增加很少，甚至不再增大，这就是磁饱和现象产生的原因。饱和现象产生的原因。图图 铁磁材料

17、的磁滞回线铁磁材料的磁滞回线3 3、磁滞回线、磁滞回线 铁磁材料在交变磁场中进行反复磁化时，可得到如下铁磁材料在交变磁场中进行反复磁化时，可得到如下所示的磁化曲线。所示的磁化曲线。HBcHcHrBSB4.3 磁化与磁性材料剩磁剩磁: :去掉外磁场之后，铁磁材料内仍然保留的磁去掉外磁场之后，铁磁材料内仍然保留的磁通密度通密度 。矫顽力矫顽力: :要使要使B B值从减小到零，必须加上相应的反值从减小到零，必须加上相应的反向外磁场，此反向磁场强度称为矫顽力。向外磁场，此反向磁场强度称为矫顽力。磁滞磁滞:铁磁材料所具有的这种磁通密度铁磁材料所具有的这种磁通密度B B的变化滞的变化滞后于磁场强度后于磁场

18、强度H H变化的现象。变化的现象。磁滞回线磁滞回线: :呈现磁滞现象的呈现磁滞现象的B-HB-H闭合回线。闭合回线。rB3 3、磁滞回线、磁滞回线4.3 磁化与磁性材料 对同一铁磁材料，选择不同的磁场强度进行反复磁化，对同一铁磁材料，选择不同的磁场强度进行反复磁化，可得一系列大小不同的磁滞回线可得一系列大小不同的磁滞回线, ,再将各磁滞回线的顶点联再将各磁滞回线的顶点联接起来，所得的曲线。接起来，所得的曲线。图图 基本磁化曲线基本磁化曲线H HB B4 4、基本磁化曲线、基本磁化曲线 4.3 磁化与磁性材料铁磁材料的性质有铁磁材料的性质有：1 1）能被磁体吸引；）能被磁体吸引； 2 2）能被磁

19、化且有剩磁和磁滞损耗；）能被磁化且有剩磁和磁滞损耗；3 3）磁导率不是常数；）磁导率不是常数；4 4）磁感应强度有一个饱和值。）磁感应强度有一个饱和值。 上述铁磁材料基本性质也可总结为：上述铁磁材料基本性质也可总结为：高导磁性高导磁性（r r 1 1，材料可以被磁化）；，材料可以被磁化）；磁饱和性磁饱和性（非线性磁化曲线）；（非线性磁化曲线）；磁滞性磁滞性（剩磁、矫顽磁力）；（剩磁、矫顽磁力）；非线性磁阻非线性磁阻（r r不是常数），交变磁化时有大的铁心损耗。不是常数），交变磁化时有大的铁心损耗。4 4、基本磁化曲线、基本磁化曲线 4.3 磁化与磁性材料1 1软磁材料软磁材料 指剩磁和矫顽力指

20、剩磁和矫顽力H Hc c均很小的材料。如：铁镍合金、铸铁、均很小的材料。如：铁镍合金、铸铁、铸钢和硅钢片等。铸钢和硅钢片等。特点特点：易磁化也易去磁，磁滞回线较窄。：易磁化也易去磁，磁滞回线较窄。用途用途：制作电机、变压器、继电器、电磁铁等电器的铁芯。：制作电机、变压器、继电器、电磁铁等电器的铁芯。5 5、磁性材料的分类和用途、磁性材料的分类和用途 2 2硬磁材料硬磁材料 指剩磁和矫顽力指剩磁和矫顽力H Hc c均很大的材料。如：钨钢、钴钢等。均很大的材料。如：钨钢、钴钢等。特点特点：不易磁化也不易去磁，磁滞回线很宽。：不易磁化也不易去磁，磁滞回线很宽。用途用途：制作各式永久磁铁、扬声器的磁钢

21、等。：制作各式永久磁铁、扬声器的磁钢等。4.3 磁化与磁性材料3 3矩磁材料矩磁材料 特点：特点：这种铁磁材料在很小的外磁场作用下就能磁化，一经这种铁磁材料在很小的外磁场作用下就能磁化，一经磁化便达到饱和，去掉外磁，磁性仍能保持在饱和值。磁化便达到饱和，去掉外磁，磁性仍能保持在饱和值。用途用途：用作记忆元件，如电子计算机中存储器的磁芯。：用作记忆元件，如电子计算机中存储器的磁芯。5 5、磁性材料的分类和用途、磁性材料的分类和用途 cHcHHBBHcHcHBHcHcH矩磁材料矩磁材料硬磁材料硬磁材料软磁材料软磁材料图图 不同铁磁材料的磁滞回线不同铁磁材料的磁滞回线4.3 磁化与磁性材料习题 不易

22、磁化也不易被去磁，磁滞回线窄，磁滞不易磁化也不易被去磁，磁滞回线窄，磁滞损耗小。磁滞回线宽，适于做永久磁铁。损耗小。磁滞回线宽，适于做永久磁铁。45.45.硬磁材料：硬磁材料：习题48.48.简述铁磁材料的分类、特点及用途？简述铁磁材料的分类、特点及用途？48.48.答：按照铁磁材料在反复磁化过程中所得到的磁滞回线答：按照铁磁材料在反复磁化过程中所得到的磁滞回线的不尽相同，通常将其分为三大类：的不尽相同，通常将其分为三大类：(1)(1)软磁材料：软磁材料：其特点是易磁化也易去磁，磁滞回线较窄。其特点是易磁化也易去磁，磁滞回线较窄。常用来制作电机、变压器等的铁心。常用来制作电机、变压器等的铁心。

23、(2)(2)硬磁材料：硬磁材料：其特点是不易磁化，也不易去磁，磁滞回线其特点是不易磁化，也不易去磁，磁滞回线很宽。常用来做永久磁铁、扬声器的磁钢等。很宽。常用来做永久磁铁、扬声器的磁钢等。(3)(3)矩磁材料：矩磁材料：其特点是在很小的外磁作用下就能磁化，一其特点是在很小的外磁作用下就能磁化，一经磁化便达到饱和，去掉外磁后，磁性仍能保持在饱和值，经磁化便达到饱和，去掉外磁后，磁性仍能保持在饱和值，常用来做记忆元件，如计算机中存贮器的磁心。常用来做记忆元件，如计算机中存贮器的磁心。1 1）磁路的概念）磁路的概念6 6、磁路、磁路 磁通（磁力线）集中通过的闭合路径称为磁路。磁通（磁力线）集中通过的

24、闭合路径称为磁路。2 2）磁路欧姆定律）磁路欧姆定律 在截面积为在截面积为S S、长为、长为l l，磁导率为，磁导率为 的铁环上绕以紧密的线的铁环上绕以紧密的线圈圈N N 匝，设线圈中通有电流匝，设线圈中通有电流I I，则其磁场强度为：，则其磁场强度为：4.3 磁化与磁性材料磁阻磁阻磁通势磁通势磁通磁通即：即：得：得：令：令：则：则：因为：因为：mmRNISlRSlNISlNIHBBSlNIH4.3 磁化与磁性材料6 6、磁路、磁路 N NS S图图 无分支铁心磁路无分支铁心磁路i i6 6、磁路、磁路 4.3 磁化与磁性材料130.130.以下列材料分别组成相同规格的四个磁路，磁阻最大以下列

25、材料分别组成相同规格的四个磁路，磁阻最大的材料是（的材料是（ ）。）。A.A.铁铁 B.B.镍镍 C.C.黄铜黄铜 D.D.钴钴131.131.在铁磁物质组成的磁路中，磁阻是非线性的原因是在铁磁物质组成的磁路中，磁阻是非线性的原因是（ ）是非线性的。）是非线性的。A.A.磁导率磁导率 B.B.磁通磁通 C.C.电流电流 D.D.磁场强度磁场强度习题C CA A48.48.铁心线圈的匝数与其通过的电流乘积，通常称为（铁心线圈的匝数与其通过的电流乘积，通常称为（ ）。）。A A磁通磁通 B B磁阻磁阻 C C磁压磁压 D D磁通势磁通势D D1 1、磁场对载流直导体的作用、磁场对载流直导体的作用

26、当导体未通电流时，导体不当导体未通电流时，导体不会运动。如果接通电源，使导体会运动。如果接通电源，使导体流过电流时，导体立即会向磁铁流过电流时，导体立即会向磁铁内侧运动。若改变导体电流方向内侧运动。若改变导体电流方向或磁极极性，则导体会向相反方或磁极极性，则导体会向相反方向运动。向运动。4.4 磁场对电流的作用电磁力电磁力载流导体在磁场中所受的作用力称为电磁力，载流导体在磁场中所受的作用力称为电磁力，用用F F表示。表示。 F=BILsin。l -直导体与磁感应强度方向的夹角直导体与磁感应强度方向的夹角当当=900时，导体受到的电磁力最大；时，导体受到的电磁力最大；当当=00时，导体受到的电磁

27、力最小为零。时，导体受到的电磁力最小为零。通电导体在磁场中的受力方向通电导体在磁场中的受力方向, ,可以用左手定则来判断。可以用左手定则来判断。4.4 磁场对电流的作用左手定则左手定则: : 将左手伸平，拇指与四将左手伸平，拇指与四指垂直放在一个平面上，让指垂直放在一个平面上，让磁力线垂直穿过手心，四指磁力线垂直穿过手心，四指指向电流方向，则拇指所指指向电流方向，则拇指所指方向就是导体的受力方向。方向就是导体的受力方向。4.4 磁场对电流的作用通电导体在磁场中的受力方向通电导体在磁场中的受力方向, ,可以用可以用( )( )来判断。来判断。A A、右手定则、右手定则 B B、左手定则、左手定则

28、 C C、安培定则、安培定则 D D、右手螺旋法则、右手螺旋法则B BF FF FF F通过同方向电流的平行导线是互相吸引的；通过同方向电流的平行导线是互相吸引的；通过反方向电流的平行导线是互相排斥的。通过反方向电流的平行导线是互相排斥的。4.4.两根平行的直导线同时通入相反方向的电流时，相互排斥。两根平行的直导线同时通入相反方向的电流时，相互排斥。 ( )( )4.4 磁场对电流的作用1.1.电磁铁的结构电磁铁的结构4.5 电磁铁 应用电流产生磁场的原理和磁能吸引铁的特性而制成应用电流产生磁场的原理和磁能吸引铁的特性而制成的一种电器叫做电磁铁的一种电器叫做电磁铁。 电磁铁一般由电磁铁一般由励

29、磁线圈励磁线圈、铁芯铁芯和和衔铁衔铁三个主要部分组成三个主要部分组成。2.2.电磁铁的工作原理电磁铁的工作原理4.5 电磁铁 当励磁线圈通过一定数值的电流时，铁芯被磁化并对当励磁线圈通过一定数值的电流时，铁芯被磁化并对衔铁产生电磁吸力，将衔铁吸向铁芯。线圈断电后，电磁衔铁产生电磁吸力，将衔铁吸向铁芯。线圈断电后，电磁力消失，衔铁借助反作用弹簧的作用力返回原来位置（返力消失，衔铁借助反作用弹簧的作用力返回原来位置（返回）回）。3.3.直流电磁铁和交流电磁铁的区别直流电磁铁和交流电磁铁的区别4.5 电磁铁1 1）直流直流电磁铁的电磁铁的励磁电流、磁通、磁感应强度励磁电流、磁通、磁感应强度等都是等都

30、是恒定恒定不变的，而在不变的，而在交流交流电磁铁中却是随时间不断交替电磁铁中却是随时间不断交替变化变化的的。2 2）交流交流电磁铁中由于电源交变，因而在交变磁通作用下，电磁铁中由于电源交变，因而在交变磁通作用下，铁芯中产生铁芯中产生磁滞损耗磁滞损耗，但，但直流直流电磁铁中因电流恒定而电磁铁中因电流恒定而没有没有上述损耗上述损耗。3 3）气隙影响）气隙影响 直流直流电磁铁中电磁铁中线圈电流线圈电流（励磁电流）的大小（励磁电流）的大小仅决定于线圈端电压和线圈电阻，而仅决定于线圈端电压和线圈电阻，而与与铁芯和衔铁之间的铁芯和衔铁之间的气隙无关气隙无关。交流交流励磁电流励磁电流I I 随气隙长度随气隙

31、长度成正比成正比增大。增大。 2.2.答：交流电磁铁的特点：答：交流电磁铁的特点：励磁电流与衔铁位置有关，励磁电流与衔铁位置有关，当衔铁处于起动位置时，电流最大；当衔铁吸合后，电流就当衔铁处于起动位置时，电流最大；当衔铁吸合后，电流就降到额定值。降到额定值。吸力与衔铁位置有关，但影响比直流电磁铁吸力与衔铁位置有关，但影响比直流电磁铁小的多，随着气隙的减小，其吸力将逐渐增大，最后将达到小的多，随着气隙的减小，其吸力将逐渐增大，最后将达到1.51.52 2倍的初始吸力。倍的初始吸力。直流电磁铁的特点：直流电磁铁的特点：励磁电流的大小仅取决于励磁线圈两励磁电流的大小仅取决于励磁线圈两端的电压及本身的

32、电阻，而与衔铁的位置无关。端的电压及本身的电阻，而与衔铁的位置无关。直流电磁直流电磁铁的吸力在衔铁起动时最小，而在吸合时最大铁的吸力在衔铁起动时最小，而在吸合时最大. .2.2.比较交、直流电磁铁的特点。比较交、直流电磁铁的特点。习题1.1.电磁感应定律电磁感应定律1)1)电磁感应现象及其产生条件电磁感应现象及其产生条件:当使导体平行于磁力线方向运动时，检流计指针不偏转，说当使导体平行于磁力线方向运动时，检流计指针不偏转，说明导体回路中不产生电流。明导体回路中不产生电流。4.6 电磁感应当使导体垂直于磁力线作切割磁力线运动时，可以明显地当使导体垂直于磁力线作切割磁力线运动时，可以明显地观察到检

33、流计指针有偏转。观察到检流计指针有偏转。当用一块条形磁铁快速插入线圈时，检流计指针向一个当用一块条形磁铁快速插入线圈时，检流计指针向一个方向偏转；如果条形磁铁在线圈内静止不动时，检流计指方向偏转；如果条形磁铁在线圈内静止不动时，检流计指针不偏转；再将条形磁铁由线圈中迅速拔出时，检流计指针不偏转；再将条形磁铁由线圈中迅速拔出时，检流计指针向另一个方向偏转。针向另一个方向偏转。4.6 电磁感应上述两个实验说明：当导体相对于磁场运动而切割磁力线上述两个实验说明：当导体相对于磁场运动而切割磁力线或者线圈中的磁通发生变化时，在导体或线圈中都会产生或者线圈中的磁通发生变化时，在导体或线圈中都会产生感应电动

34、势。若导体或线圈构成闭合回路，则导体或线圈感应电动势。若导体或线圈构成闭合回路，则导体或线圈中将有电流流过。中将有电流流过。电磁感应电磁感应由于磁通变化而在导体或线圈中产生感应电由于磁通变化而在导体或线圈中产生感应电动势的现象成为电磁感应。动势的现象成为电磁感应。产生电磁感应的条件产生电磁感应的条件: :通过线圈回路的磁通必须发生变化；通过线圈回路的磁通必须发生变化；导体切割磁力线运动。导体切割磁力线运动。4.6 电磁感应108.108.当导体在当导体在( )( )中作中作( )( )运动，或者线圈运动，或者线圈中的中的( )( )发生变化时，产生感生电动势的现象称之为发生变化时，产生感生电动

35、势的现象称之为( )( )。磁场磁场切割磁力线切割磁力线磁通磁通电磁感应电磁感应2)2)电磁感应定律电磁感应定律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穿越同一线圈的磁通变化线圈中感应电动势的大小与穿越同一线圈的磁通变化率成正比。率成正比。tNe 设：通过线圈的磁通量为设：通过线圈的磁通量为，则，则N匝匝感应电动势的大小感应电动势的大小为：为：4.6 电磁感应2)2)电磁感应定律电磁感应定律楞次楞次定律定律感应电流的磁通总是反抗原有磁通的变化。感应电流的磁通总是反抗原有磁通的变化。7. 7. 楞次定律是用于判断通电线圈产生磁场的。楞次定律是用于判断通电线圈产生磁场的。 (

36、 )( )4.6 电磁感应2)2)电磁感应定律电磁感应定律4.6 电磁感应 感应电动势的方向可用感应电动势的方向可用右手定则右手定则判定：伸开右手，让拇指与其余四指判定：伸开右手，让拇指与其余四指垂直，让磁感线垂直穿过手心，拇指垂直，让磁感线垂直穿过手心，拇指指向导体的运动方向，四指所指的就指向导体的运动方向，四指所指的就是感应电动势的方向。如图是感应电动势的方向。如图所示。所示。 te感应电动势的大小和方向可定量地表示为：感应电动势的大小和方向可定量地表示为：习题173.173.当导线和磁场发生相对运动时，在导线中产生感生电当导线和磁场发生相对运动时，在导线中产生感生电动势，电动势的方向可用

37、动势，电动势的方向可用( )( )确定。确定。A.A.右手定则右手定则 B.B.左手定则左手定则 C.C.右手螺旋定则右手螺旋定则 D.D.安培定则安培定则A A60.60.感生电动势的方向可根据感生电动势的方向可根据( )( )定律来确定，大小根定律来确定，大小根据据( )( )定律来确定。定律来确定。楞次楞次法拉第电磁感应法拉第电磁感应2.2.自感自感1 1）现象：开关）现象：开关S S闭合时灯泡闭合时灯泡HL2HL2立即立即变亮，而灯泡变亮，而灯泡HL1HL1则是逐渐变亮。则是逐渐变亮。S S闭合电流从无到有闭合电流从无到有线圈中的磁通是增加趋势线圈中的磁通是增加趋势根据楞次定律可知，线

38、圈中的感应电动势要阻碍原电流的增加。根据楞次定律可知，线圈中的感应电动势要阻碍原电流的增加。4.6 电磁感应2 2）现象：）现象：S S闭合后灯泡亮。闭合后灯泡亮。S S突然突然断开时，灯泡并不是立即熄灭，而断开时，灯泡并不是立即熄灭，而是猛然更亮一下，然后才熄灭。是猛然更亮一下，然后才熄灭。 电源被切断瞬间，线圈产生一电源被切断瞬间，线圈产生一个很大的感应电动势，加在灯泡两个很大的感应电动势，加在灯泡两端，使灯泡发出短暂的强光。端，使灯泡发出短暂的强光。自感自感由于流过线圈本身的电流变化而引起的电磁感应。由于流过线圈本身的电流变化而引起的电磁感应。4.6 电磁感应自感系数自感系数把线圈中通过

39、单位电流所产生的自感磁链把线圈中通过单位电流所产生的自感磁链称为自感系数。简称电感称为自感系数。简称电感:L=:L=/i/i 电感的单位：亨利（电感的单位：亨利（H H），毫亨（），毫亨（mHmH），微亨（），微亨（ H H）4.6 电磁感应根据法拉第电磁感应定律，可以写出自感电动势的表达式为：根据法拉第电磁感应定律，可以写出自感电动势的表达式为：tteL将将 代入，得代入，得: :tieLLiL4.6 电磁感应自感电动势的方向可以用自感电动势的方向可以用楞次定律楞次定律来判断：来判断：总是和原电流总是和原电流变化的趋势（增大或减小）变化的趋势（增大或减小）相反相反。44.44.自感系数：自感

40、系数：109.109.感生电流所产生的磁通总是要感生电流所产生的磁通总是要( )( )原磁通的原磁通的( )( )。 空心线圈通过电流后此电流产生的磁场使每空心线圈通过电流后此电流产生的磁场使每匝线圈具有的磁通匝线圈具有的磁通F F叫做自感磁通。使叫做自感磁通。使N N匝线圈具有的磁通叫匝线圈具有的磁通叫自感磁链用自感磁链用Y Y表示，表示，Y=NFY=NF，我们把单位电流产生的自感磁链，我们把单位电流产生的自感磁链称为自感系数，也称自感量。简称电感，用称为自感系数，也称自感量。简称电感，用L L表示。表示。阻碍阻碍变化变化习题119.119.电感为电感为0.1H0.1H的线圈，当其中电流在的

41、线圈，当其中电流在0.50.5秒内从秒内从10A10A变化变化到到6A6A时，线圈上所产生电动势的绝对值为（时，线圈上所产生电动势的绝对值为（ ）。）。A.4V B.0.4V C.0.8V D.8VA.4V B.0.4V C.0.8V D.8V121.121.在在500500匝的线圈中通入匝的线圈中通入0.40.4安的电流，产生安的电流，产生0.80.8韦的磁韦的磁通，则该电流产生的磁势为（通，则该电流产生的磁势为（ ）安匝。）安匝。 A.20 B.200 C.25 D.250A.20 B.200 C.25 D.250习题118.118.在线圈中的电流变化率一定的情况下，自感系数大，在线圈中的

42、电流变化率一定的情况下，自感系数大，说明线圈的（说明线圈的（ ）大。）大。 A.A.磁通磁通 B.B.磁通的变化磁通的变化 C.C.电阻电阻 D.D.自感电动势自感电动势D DC CB B51.51.通电线圈产生磁场的强弱，只与线圈的电流和匝数有关。通电线圈产生磁场的强弱，只与线圈的电流和匝数有关。 ( )( )163.163.自感电动势的大小正比于本线圈中电流的（自感电动势的大小正比于本线圈中电流的（ ）。）。A. A. 大小大小 B. B. 变化量变化量 C. C. 方向方向 D. D. 变化率变化率132. 132. 线圈自感电动势的大小与（线圈自感电动势的大小与（ ）无关。）无关。A.

43、A.线圈中电流的变化率线圈中电流的变化率 B.B.线圈的匝数线圈的匝数 C.C.线圈周围的介质线圈周围的介质 D.D.线圈的电阻线圈的电阻D DD D239.239.线圈中的感应电动势大小与线圈中线圈中的感应电动势大小与线圈中( )( )。A.A.磁通的大小成正比磁通的大小成正比 B.B.磁通的大小成反比磁通的大小成反比C.C.磁通的大小无关，而与磁通的变化率成正比磁通的大小无关，而与磁通的变化率成正比D.D.磁通的大小无关，而与磁通的变化率成反比磁通的大小无关，而与磁通的变化率成反比C C习题3.3.互感互感 4.6 电磁感应 1 1）互感现象）互感现象 由于一个线圈流过电流所由于一个线圈流

44、过电流所产生的磁通，穿过另一个线圈产生的磁通，穿过另一个线圈的现象，叫磁合。的现象，叫磁合。 由于此线圈电流变化引起由于此线圈电流变化引起另一线圈产生感应电动势的现另一线圈产生感应电动势的现象象, ,称为互感现象。产生的感应称为互感现象。产生的感应电动势叫互感电动势。电动势叫互感电动势。 2 2）互感系数）互感系数212121iiM互感系数的单位和自感系数一样，也是互感系数的单位和自感系数一样，也是H H。 互感系数取决于两个耦合线圈的几何尺寸、匝数、相对互感系数取决于两个耦合线圈的几何尺寸、匝数、相对位置和磁介质。当磁介质为非铁磁性物质时，位置和磁介质。当磁介质为非铁磁性物质时，M M 是常

45、数。是常数。4.6 电磁感应 在两个有磁耦合的线圈中，互感磁链与产生此磁链的电在两个有磁耦合的线圈中，互感磁链与产生此磁链的电流比值，叫做这两个线圈的互感系数（或互感量），简称互流比值，叫做这两个线圈的互感系数（或互感量），简称互感，用符号感，用符号M表示，即：表示，即： 工程上常用耦合系数表示两个线圈磁耦合的紧密程度，工程上常用耦合系数表示两个线圈磁耦合的紧密程度，耦合系数定义为耦合系数定义为: :21LLMk 显然，显然， 。当。当k k 近似为近似为1 1时，为强耦合，当时，为强耦合，当k k 接近于零时，接近于零时，为弱耦合，为弱耦合，当当k k1 1时，称两个线圈为全耦合，此时自感磁

46、时，称两个线圈为全耦合，此时自感磁通全部为互感磁通。通全部为互感磁通。1k4.6 电磁感应3 3）互感电动势）互感电动势 在图在图( (a)a)中，当线圈中，当线圈中的电流变化时，在线圈中的电流变化时，在线圈中产生中产生变化的互感磁链变化的互感磁链2121，而，而2121的变化将在线圈的变化将在线圈中产生互感电中产生互感电动势动势e eM2 M2 。如果选择电流。如果选择电流i i1 1与与2121的参考方向以及的参考方向以及e eM2 M2 与与2121的的参考方向都符合右手螺旋定则时，根据电磁感应定律，得：参考方向都符合右手螺旋定则时，根据电磁感应定律，得：tiMte1212M4.6 电磁

47、感应4.6 电磁感应 同理，在图同理，在图（b b）中，当线圈）中，当线圈中的电流中的电流i i2 2变化时，在线变化时，在线圈圈中也会产生互感电动势中也会产生互感电动势e eM1 M1 , ,当当i i2 2与与1212以及以及1212与与e eM1 M1 的的参考方向均符合右手螺旋定则，则有：参考方向均符合右手螺旋定则，则有：tiMte2121M 61.61.由一个线圈中的由一个线圈中的( )( )发生变化而使其它线圈产生发生变化而使其它线圈产生( )( )的现象叫互感现象，简称的现象叫互感现象，简称( )( )。120.120.互感电动势的大小正比于（互感电动势的大小正比于（ ）。）。A

48、.A.本线圈电流的变化量本线圈电流的变化量 B.B.另一线圈电流的变化量另一线圈电流的变化量 C.C.本线圈电流的变化率本线圈电流的变化率 D.D.另一线圈电流的变化率另一线圈电流的变化率5.5.两个固定的互感线圈，若磁路介质改变，其互感电动势两个固定的互感线圈，若磁路介质改变，其互感电动势不变。不变。 ( )( )电流电流感应电动势感应电动势互感互感D D习题互感：互感：表示由于一个线圈的电流变化而引起的另一个线圈表示由于一个线圈的电流变化而引起的另一个线圈产生感应电动势的现象。互感和自感的本质是一样的。产生感应电动势的现象。互感和自感的本质是一样的。4.4.互感线圈的同名端互感线圈的同名端

49、4.6 电磁感应1 1）同名端）同名端 当两个线圈通入电流，所产生的磁通方向相同时，两当两个线圈通入电流，所产生的磁通方向相同时，两个线圈的电流流入端称为同名端（又称同极性端），反之个线圈的电流流入端称为同名端（又称同极性端），反之为异名端。用符号为异名端。用符号“”标记。标记。 规定当两个线圈的电流由同名端通入线圈时，规定当两个线圈的电流由同名端通入线圈时，所产生的互感磁通与自感磁通是互相增强的。所产生的互感磁通与自感磁通是互相增强的。43.43.同名端：同名端：解：根据同名端的定义，图（解：根据同名端的定义，图（a a）中，从左边线圈的端点）中，从左边线圈的端点“2”2”通入电流，由右手螺

50、旋定则判定磁通方向指向左边；右边两通入电流，由右手螺旋定则判定磁通方向指向左边；右边两个线圈中通过的电流要产生相同方向的磁通，则电流必须从个线圈中通过的电流要产生相同方向的磁通，则电流必须从端点端点“4”4”、端点、端点“5”5”流入，因此判定流入，因此判定2 2，4 4，5 5为同名端，为同名端，1 1，3 3，6 6也为同名端。同理也为同名端。同理1 1，4 4为同名端，为同名端，2 2，3 3也为同名端。也为同名端。图图例例3 3 电路如图所示，试判断同名端。电路如图所示，试判断同名端。4.6 电磁感应2 2）同名端的实验测定）同名端的实验测定图图 直流法判定绕组同名端直流法判定绕组同名

51、端 直流判别法：直流判别法：依据同名端定义以及互感电动势参考方向标依据同名端定义以及互感电动势参考方向标注原则来判定。如图所示，两个耦合线圈的绕向未知，当开注原则来判定。如图所示，两个耦合线圈的绕向未知，当开关关S S合上的瞬间，电流从合上的瞬间，电流从1 1端流入，此时若电压表指针正偏转，端流入，此时若电压表指针正偏转，说明说明3 3端电压为正极性，因此端电压为正极性，因此1 1、3 3端为同名端；若电压表指针端为同名端；若电压表指针反偏，说明反偏，说明4 4端电压正极性，则端电压正极性，则1 1，4 4端为同名端。端为同名端。 4.6 电磁感应2 2）同名端的实验测定）同名端的实验测定图图

52、 交流法判定绕组同名端交流法判定绕组同名端交流判别法：交流判别法：如图所示，将两个线圈各取一个接线端联接在如图所示，将两个线圈各取一个接线端联接在一起，如图中的一起，如图中的2 2和和4 4。并在一个线圈上（图中为线圈）加一个。并在一个线圈上（图中为线圈）加一个较低的交流电压较低的交流电压, ,再用交流电压表分别测量、各值，如果测再用交流电压表分别测量、各值，如果测量结果为：量结果为：, ,则说明、绕组为反极性串联，故则说明、绕组为反极性串联，故1 1和和3 3为同名端。为同名端。如果如果, ,则则1 1和和4 4为同名端。为同名端。4.6 电磁感应3)3)具有互感的线圈串联具有互感的线圈串联

53、将两个有互感的线圈串联起来有两种不同的连接方式。将两个有互感的线圈串联起来有两种不同的连接方式。（1 1）顺向串联：将两个线圈的异名端相连接；（）顺向串联：将两个线圈的异名端相连接；（2 2）反向串）反向串联：将两个线圈的同名端相连接。联：将两个线圈的同名端相连接。（1 1）顺向串联）顺向串联 如图如图(a)(a)所示，设电流从端点所示，设电流从端点1 1经过经过2 2、3 3流流向端点向端点4 4，并且电流是减小的，则在两个线圈中出现四个感，并且电流是减小的，则在两个线圈中出现四个感应电动势，两个自感电动势应电动势，两个自感电动势e eL1L1、e eL2L2 （与电流同方向）和两（与电流同

54、方向）和两个互感电动势个互感电动势e eM1M1、e eM2M2（与自感电动势同方向），总的感应（与自感电动势同方向），总的感应电动势为这四个感应电动势之和，即：电动势为这四个感应电动势之和，即：tiMLLeeeee221M2M1L2L1故顺向串联的等效电感为：故顺向串联的等效电感为：MLLL2214.6 电磁感应MLLL221图320互感线圈的串联由上述分析可见，当互感线圈顺向串联时，等效电感增加；反由上述分析可见，当互感线圈顺向串联时，等效电感增加；反向串联时，等效电感减少，有削弱电感的作用。向串联时，等效电感减少，有削弱电感的作用。 4.6 电磁感应(2)(2)反向串联反向串联 如图（如

55、图（b b）所示，电流从线圈的异名端流入）所示，电流从线圈的异名端流入（或流出）。同理，可推出反向串联的两个线圈的等效电（或流出）。同理，可推出反向串联的两个线圈的等效电感为：感为：1 1、涡流、涡流 当大块导体处于变化的磁场中或在磁场当大块导体处于变化的磁场中或在磁场中运动时，导体内部会产生呈涡旋状感应电中运动时，导体内部会产生呈涡旋状感应电流，涡电流，简称流，涡电流，简称涡流。涡流。 由于导体电阻很小涡流强度会很大，有大由于导体电阻很小涡流强度会很大，有大量的能量转变为热能，造成能量的损失称为量的能量转变为热能，造成能量的损失称为涡流损耗。涡流损耗。 抑制涡流：抑制涡流：铁芯做成片状，涂敷

56、绝缘材料，铁芯片尽量铁芯做成片状，涂敷绝缘材料，铁芯片尽量做薄，使用电阻率很大的铁氧体芯。做薄，使用电阻率很大的铁氧体芯。 利用涡流：利用涡流：熔炼金属熔炼金属; ;真空熔炼和提纯；电磁驱动或电磁真空熔炼和提纯；电磁驱动或电磁阻尼。阻尼。 I4.7 涡流和趋肤效应习题109.109.什么是涡流什么是涡流? ?在生产中有何利弊在生产中有何利弊? ? 109.109.答：交变磁场中的导体内部答：交变磁场中的导体内部( (包括铁磁物质包括铁磁物质) )将在垂直将在垂直于磁力线的方向的截面上感应出闭合的环行电流，称涡流。于磁力线的方向的截面上感应出闭合的环行电流，称涡流。 利：利用涡流原理可制成感应炉

57、来冶炼金属，利用涡流利：利用涡流原理可制成感应炉来冶炼金属，利用涡流可制成磁电式、感应式电工仪表，电度表中的阻尼器也是利可制成磁电式、感应式电工仪表，电度表中的阻尼器也是利用涡流原理制成的。用涡流原理制成的。弊：在电机、变压器等设备中，由于涡流存在，将产生附加弊：在电机、变压器等设备中，由于涡流存在，将产生附加损耗，同时，磁场减弱，造成电气设备效率降低，使设备的损耗，同时，磁场减弱，造成电气设备效率降低，使设备的容量不能充分利用。容量不能充分利用。6.6.涡流产生在与磁通垂直的铁心平面内，为了减少涡流，涡流产生在与磁通垂直的铁心平面内，为了减少涡流，铁心采用涂有绝缘层的薄硅钢片叠装而成。铁心采

58、用涂有绝缘层的薄硅钢片叠装而成。 ( )( )2 2、趋肤效应、趋肤效应 当交变电流通过导线时，电流密度在导线横截面上的分当交变电流通过导线时，电流密度在导线横截面上的分布是不均匀的，并随着电流变化频率的升高，电流将越来布是不均匀的，并随着电流变化频率的升高，电流将越来越集中于导线的表面附近，导线内部的电流却越来越小的越集中于导线的表面附近，导线内部的电流却越来越小的现象称为现象称为趋肤效应。趋肤效应。 引起趋肤效应的原因就是引起趋肤效应的原因就是涡流涡流。 涡流涡流i i的方向在导体内部总与电流的方向在导体内部总与电流I I变化变化趋势相反，阻碍趋势相反，阻碍I I变化，在导体表面附近，变化

59、，在导体表面附近，却与却与I I变化趋势相同。变化趋势相同。交变电流不易在导体交变电流不易在导体内部流动，而易于在导体表面附近流动，形内部流动，而易于在导体表面附近流动，形成趋肤效应。成趋肤效应。 I B i i4.7 涡流和趋肤效应 由于趋肤效应的产生，使导线通过交变电流的有效截面由于趋肤效应的产生，使导线通过交变电流的有效截面积减小了，导线的积减小了，导线的电阻增大电阻增大了。了。 应用于金属表面热处理应用于金属表面热处理。若使高频强电流通过金属导体，。若使高频强电流通过金属导体，或将金属导体置于交变磁场中，由于趋肤效应，导体表面温或将金属导体置于交变磁场中，由于趋肤效应，导体表面温度上升

60、，当升至淬火温度时，迅速冷却，使表面硬度增大。度上升，当升至淬火温度时，迅速冷却，使表面硬度增大。而导体内部的温度还远低于淬火温度，在迅速冷却后仍保持而导体内部的温度还远低于淬火温度，在迅速冷却后仍保持韧性。这种热处理方法称为韧性。这种热处理方法称为表面淬火表面淬火。 改善方法：改善方法：一是采用相互绝缘的细导线束来代替总截面一是采用相互绝缘的细导线束来代替总截面积与其相等的实心导线，实际上是抑制涡流；另一种方法是积与其相等的实心导线，实际上是抑制涡流；另一种方法是在导线表面镀银在导线表面镀银, , 实际上是降低导线表面的电阻率。实际上是降低导线表面的电阻率。4.7 涡流和趋肤效应2 2、趋肤