电工基础(第五版)第四章课件

第四章电磁感应本章主要介绍磁场与电磁感应的基本概念,法拉第电磁感应定律,感应电流的产生与应用,以及自感、互感和涡流等电磁感应的相关内容。通过学习这些基础知识,为后续学习电力系统的工作原理奠定基础。thbytrtehtt4.1磁场与电磁感应磁场的基本概念磁场是由磁性物质或带电粒子运动产生的一种特殊的物理场,具有方向性和大小。它可以对磁性物质和带电粒子施加力。电磁感应的定义电磁感应是指通过磁场的变化在导体中产生感应电动势和感应电流的现象。这是电磁学中一个重要的基本概念。电磁感应的规律电磁感应有一些定性规律,如感应电动势的大小与磁通量变化率成正比,感应电动势的方向由楚克斯基定律决定。4.1.1磁场的基本概念1磁性物质内部存在的一种特殊性质2磁场磁性物质或电流所产生的特殊物理场3磁感线描述磁场强度和方向的线条4磁通量穿过某一面积的磁感线总数磁场是由具有磁性的物质或带电粒子运动产生的一种特殊的物理场,它具有方向性和大小。磁场内部存在着称为磁感线的线条,它们描述了磁场的强度和方向。磁通量则表示穿过某一面积的磁感线的总数。掌握这些基本概念对于理解后续的电磁感应现象很关键。4.1.2电磁感应的基本概念1感应电动势导体在磁场中发生的感应电压2感应电流导体中由感应电动势驱动的电流3磁通量穿过某一面积的磁感线总数电磁感应是指通过磁场的变化在导体中产生感应电动势和感应电流的现象。感应电动势是导体在磁场中发生的感应电压,感应电流则是由感应电动势驱动的电流。导体中感应电动势和感应电流的产生与磁通量的变化率有关,这是理解电磁感应的关键。4.1.3电磁感应的定性规律1磁通量变化率导体中感应电动势的大小与磁通量的变化率成正比。磁通量越快地变化,感应电动势就越大。2磁场方向根据楚克斯基定律,感应电动势的方向由磁场线的移动方向决定，遵循右手定则。3感应电流方向感应电流的方向由楚克斯基定律决定，与导体中感应电动势的方向相反,遵循聂尔定律。4.2法拉第电磁感应定律1电磁感应电动势导体在磁场中感应产生的电压2法拉第电磁感应定律电磁感应电动势的定量关系3感应电动势方向由楚克斯基定律确定法拉第电磁感应定律是描述电磁感应电动势的定量关系。根据这个定律,导体在磁场中感应产生的电压(电磁感应电动势)的大小与磁通量的变化率成正比。同时,感应电动势的方向由楚克斯基定律决定,遵循右手定则。这些定量关系是理解和应用电磁感应的基础。4.2.1电磁感应电动势1定义导体在磁场中感应产生的电压2产生原因磁通量的变化引起3影响因素磁通量变化率、导体长度电磁感应电动势是指导体在磁场中感应产生的电压。它的产生是由于磁通量的变化引起的,其大小与磁通量变化率和导体长度成正比。这是电磁感应现象的核心内容,也是后续电机、变压器等设备工作原理的基础。4.2.2法拉第电磁感应定律定义电磁感应电动势的大小与磁通量变化率成正比的定律。数学表达式ε=-N(dΦ/dt),其中ε为感应电动势,N为线圈匝数,dΦ/dt为磁通量变化率。推导依据基于电磁感应的基本概念和电磁感应电动势的定义而得出。4.2.3感应电动势的方向1楚克斯基定律感应电动势的方向由楚克斯基定律决定,遵循右手定则。2磁场方向变化当磁场线的方向与导体运动方向改变时,感应电动势的方向会发生改变。3感应电动势的方向感应电动势的方向始终与导体中感应电流的方向相反。4.3感应电流1感应电流产生导体在磁场中感应电动势2感应电流方向遵循聂尔定律3感应电流应用电机、发电机等感应电流是指由导体中感应电动势驱动的电流。它的产生是由于导体中的磁通量变化引起的电磁感应现象。感应电流的方向遵循聂尔定律,与感应电动势的方向相反。感应电流在电机、发电机等电力设备中得到广泛应用,是电磁感应的重要应用之一。4.3.1感应电流的产生磁通量变化当导体在变化的磁场中运动或磁场强度发生变化时，会产生磁通量的变化。感应电动势根据法拉第电磁感应定律，磁通量的变化会在导体中产生感应电动势。感应电流感应电动势会驱动导体中产生感应电流,流向与感应电动势方向相反。4.3.2感应电流的方向1聂尔定律感应电流的方向由聂尔定律决定,与感应电动势的方向相反。2磁场变化当磁场的方向与导体运动方向改变时,感应电流的方向也会发生改变。3电磁感应定律感应电流的方向遵循电磁感应定律,确保系统能够获得最大的感应效应。4.3.3感应电流的应用1电机基于感应电流原理工作2发电机将机械能转换为电能3涡流制动器利用感应电流产生制动力感应电流在电力设备中有广泛应用。电机是将电能转换为机械能的核心部件,其工作原理就是利用感应电流产生电磁力驱动转子旋转。发电机则是将机械能转换为电能,同样依赖感应电流的产生。此外,感应电流还可用于制造涡流制动器,利用感应电流产生的阻碍力来实现制动作用。这些应用充分体现了感应电流在电力系统中的重要地位。4.4自感和互感自感导体在磁场中感应产生的自身电动势。它与电流和线圈匝数成正比。互感两个线圈之间的磁耦合导致一个线圈中感应电动势。它与电流和耦合系数成正比。应用自感和互感在变压器、继电器等电力设备中得到广泛应用。4.4.1自感1电流与匝数自感与电流和线圈匝数成正比2磁通量变化自感是由导体中的磁通量变化引起的3磁场作用导体在磁场中感应产生的电动势自感是指导体在磁场中感应产生的自身电动势。它的大小与导体中的电流和线圈的匝数成正比,是由导体中的磁通量变化引起的。当导体置于变化的磁场中时,就会产生自感应电动势。这种自感应电动势会影响电路中的电压和电流分布,在电力设备的设计中需要充分考虑。4.4.2互感1磁耦合两个线圈之间的磁场相互作用2感应电动势一个线圈中感应电动势的产生3耦合系数决定感应电动势大小的关键参数互感是指两个线圈之间由于磁耦合而产生的相互感应现象。当一个线圈中的电流发生变化时,会在另一个线圈中感应出电动势。这种感应电动势的大小与两个线圈之间的耦合系数成正比。耦合系数反映了两个线圈之间的磁耦合程度。互感是电磁感应的一种重要形式,在变压器、继电器等电力设备中得到广泛应用。4.4.3自感和互感的应用1变压器变压器利用自感和互感原理调节交流电压。一次线圈产生感应电动势,传递到二次线圈从而实现电压变换。2继电器继电器通过磁场耦合原理工作,一次线圈的电流变化会引起磁场变化,从而驱动开关动作。3电感器电感器利用自感原理储存能量,在电路中广泛用于滤波、调节电流和电压。4.5涡流1产生原因变化的磁场引起2产生机理磁通量变化诱导电流3涡流性质在导体内部环形环流4涡流应用制动、加热、测量涡流是由于导体在变化的磁场中感应产生的环形闭合电流。当导体置于变化的磁场中时,根据法拉第电磁感应定律,会在导体内部产生感应电动势,从而驱动感应电流在导体内部形成环形回路。这种环形回路电流称为涡流。涡流可应用于制动、加热和测量等领域,但同时也可能产生不利影响。4.5.1涡流的产生1变化的磁场导体置于变化的磁场中2感应电动势根据电磁感应定律,磁通量变化会在导体中产生感应电动势3感应电流感应电动势会驱动导体内部产生闭合环形的感应电流,即涡流涡流是由于导体在变化的磁场中感应产生的一种特殊的环形闭合电流。当导体置于变化的磁场中时,根据法拉第电磁感应定律,磁通量的变化会在导体内部产生感应电动势。这种感应电动势会驱动导体内部产生闭合环形的感应电流,这种环形感应电流就叫做涡流。涡流的产生依赖于导体所处的磁场发生变化,以及感应电动势的产生和感应电流的形成。涡流的应用和危害制动应用涡流可用于制动系统,例如电动机和列车制动,通过涡流产生的阻滞力实现快速制动。加热应用涡流可产生热量,被广泛应用于感应加热装置,如金属熔炼炉和电磁炉。测量应用涡流可用于测量金属的厚度和导电性,并检测金属内部缺陷。危害效应涡流还可能导致损耗、振动和噪音,需要在电机、变压器等设备中进行抑制。4.6电磁感应的应用1发电机利用电磁感应原理,将机械能转换为电能。旋转的转子在定子磁场中感应产生电动势从而产生电流。2变压器变压器通过电磁感应增大或降低交流电压,实现电能的高效传输和变换。3电机电机也利用电磁感应产生的电磁力驱动转子转动,从而将电能转换为机械能。4.6.1发电机的工作原理1机械能转换将机械能转换为电能2电磁感应利用电磁感应原理产生感应电流3定子和转子通过定子磁场和转子运动实现转换发电机的工作原理是利用电磁感应现象,将机械能转换为电能。当定子磁场和旋转的转子相互作用时,根据法拉第电磁感应定律,转子中会感应产生电动势,从而产生感应电流。定子绕组中感应的电动势就是发电机产生的电能。通过调节定子磁场和转子转速,可以控制发电机输出的电压和频率。4.6.2变压器的工作原理1电磁感应变压器利用电磁感应原理,通过初级绕组中的变化磁通量在次级绕组中感应产生电压。2电流变换初级绕组的电流变化引起磁通量变化,从而在次级绕组中感应电压,实现电流变换。3电压变换变压器通过设计不同的初、次级绕组匝数比,可以实现电压的升高或降低变换。4.6.3电磁感应在电力系统中的应用1电力发电发电机利用电磁感应产生电流2电力传输变压器利用电磁感应调节电压3电能消费电动机将电能转换为机械能电磁感应在电力系统中广泛应用。发电机通过电磁感应原理将机械能转换为电能;变压器利用电磁感应提高电压,实现电能高效传输;电动机则将电能转换为机械能,驱动各种电器设备运行。从发电到电能传输和消耗,电磁感应技术贯穿电力系统的各个环节,确保电力能源的