《电工基础》 第五章磁场和磁路 1.了解直线电流、环形电流以及螺线管电流的磁场, 会用右手定则判断其磁场的方向 2.理解磁感应强度、磁通、磁导率、磁场强度的概念 3.了解匀强磁场的性质及有关计算。 芊学重点 4.掌握磁场对电流作用力的有关计算及方向的判断, 了解磁场对通电线圈的作用。 5.了解铁磁性物质的磁化、磁化曲线和磁滞回线。 6.了解磁动势和磁阻的概念。 掌握全电流定律和磁路中的欧姆定律。 教学進点 节电流的磁效应 第二节磁场的主要物理量 第三节磁场对电流的作用力 第四节铁磁性物质的磁化 学时日配 第五节磁路的基本概念 习题和小结 本章总学时 第一节电流的磁效应 磁场 1.磁场:磁体周围存在的一种特殊的物质叫磁场。磁体间的相互作用力是通过磁场 传送的。磁体间的相互作用力称为磁场力,同名磁极相互排斥,异名磁极相互吸引。 2.磁场的性质:磁场具有力的性质和能量性质
《电工基础》 40 第五章 磁场和磁路 第一节 电流的磁效应 一、 磁场 1．磁场：磁体周围存在的一种特殊的物质叫磁场。磁体间的相互作用力是通过磁场 传送的。磁体间的相互作用力称为磁场力，同名磁极相互排斥，异名磁极相互吸引。 2．磁场的性质：磁场具有力的性质和能量性质。 序号 内 容 学 时 1 第一节 电流的磁效应 1 2 第二节 磁场的主要物理量 1 3 第三节 磁场对电流的作用力 1 4 第四节 铁磁性物质的磁化 1 5 第五节 磁路的基本概念 1 6 习题和小结 1 7 本章总学时 6 1．了解直线电流、环形电流以及螺线管电流的磁场， 会用右手定则判断其磁场的方向。 2．理解磁感应强度、磁通、磁导率、磁场强度的概念。 3．了解匀强磁场的性质及有关计算。 4．掌握磁场对电流作用力的有关计算及方向的判断， 了解磁场对通电线圈的作用。 5．了解铁磁性物质的磁化、磁化曲线和磁滞回线。 6．了解磁动势和磁阻的概念。 掌握全电流定律和磁路中的欧姆定律
《电工基础》 3.磁场方向:在磁场中某点放一个可自由转动的小磁针,它N极所指的方向即为该 点的磁场方向。 二、磁感线 1.磁感线 在磁场中画一系列曲线,使曲线上每一点的切线方向都与该点的磁场方向相同,这些 曲线称为磁感线。如图5-1所示。 图5-1磁感线 图5-2条形磁铁的磁感线 2.特点 (1)磁感线的切线方向表示磁场方向,其疏密程度表示磁场的强弱 (2)磁感线是闭合曲线,在磁体外部,磁感线由N极出来,绕到S极;在磁体内部, 磁感线的方向由S极指向N极。 (3)任意两条磁感线不相交。 说明:磁感线是为研究问题方便人为引入的假想曲线,实际上并不存在 图5-2所示为条形磁铁的磁感线的形状 3.匀强磁场 在磁场中某一区域,若磁场的大小方向都相同,这部分磁场称为匀强磁场。匀强磁场 的磁感线是一系列疏密均匀、相互平行的直线 三、电流的磁场 1.电流的磁场 直线电流所产生的磁场方向可用安培定则来判定,方法是:用右手握住导线,让拇指 指向电流方向,四指所指的方向就是磁感线的环绕方向
《电工基础》 41 3．磁场方向：在磁场中某点放一个可自由转动的小磁针，它 N 极所指的方向即为该 点的磁场方向。 二、磁感线 1．磁感线 在磁场中画一系列曲线，使曲线上每一点的切线方向都与该点的磁场方向相同，这些 曲线称为磁感线。如图 5-1 所示。 2．特点 (1) 磁感线的切线方向表示磁场方向，其疏密程度表示磁场的强弱。 (2) 磁感线是闭合曲线，在磁体外部，磁感线由 N 极出来，绕到 S 极；在磁体内部， 磁感线的方向由 S 极指向 N 极。 (3) 任意两条磁感线不相交。 说明：磁感线是为研究问题方便人为引入的假想曲线，实际上并不存在。 图 5-2 所示为条形磁铁的磁感线的形状。 3．匀强磁场 在磁场中某一区域，若磁场的大小方向都相同，这部分磁场称为匀强磁场。匀强磁场 的磁感线是一系列疏密均匀、相互平行的直线。 三、电流的磁场 1．电流的磁场 直线电流所产生的磁场方向可用安培定则来判定，方法是：用右手握住导线，让拇指 指向电流方向，四指所指的方向就是磁感线的环绕方向。 图 5-2 条形磁铁的磁感线 图 5-2 条形磁铁的磁感 线 图 5-1 磁感线
《电工基础》 环形电流的磁场方向也可用安培定则来判定,方法是:让右手弯曲的四指和环形电流 方向一致,伸直的拇指所指的方向就是导线环中心轴线上的磁感线方向。 螺线管通电后,磁场方向仍可用安培定则来判定:用右手握住螺线管,四指指向电流 的方向,拇指所指的就是螺线管内部的磁感线方向 2.电流的磁效应 电流的周围存在磁场的现象称为电流的磁效应。电流的磁效应揭示了磁现象的电本 质 第二节磁场的主要物理量 磁感应强度 磁场中垂直于磁场方向的通电直导线,所受的磁场力F与电流/和导线长度l的乘积 Ⅱ的比值叫做通电直导线所在处的磁感应强度B B 磁感应强度是描述磁场强弱和方向的物理量 磁感应强度是一个矢量,它的方向即为该点的磁场方向。在国际单位制中,磁感应强 度的单位是:特斯拉(T 用磁感线可形象的描述磁感应强度B的大小,B较大的地方,磁场较强,磁感线较密 B较小的地方,磁场较弱,磁感线较稀;磁感线的切线方向即为该点磁感应强度B的方向 匀强磁场中各点的磁感应强度大小和方向均相同。 二、磁通 在磁感应强度为B的匀强磁场中取一个与磁场方向垂直,面积为S的平面,则B与S 的乘积,叫做穿过这个平面的磁通量Φ,简称磁通。即
《电工基础》 42 环形电流的磁场方向也可用安培定则来判定，方法是：让右手弯曲的四指和环形电流 方向一致，伸直的拇指所指的方向就是导线环中心轴线上的磁感线方向。 螺线管通电后，磁场方向仍可用安培定则来判定：用右手握住螺线管，四指指向电流 的方向，拇指所指的就是螺线管内部的磁感线方向。 2．电流的磁效应 电流的周围存在磁场的现象称为电流的磁效应。电流的磁效应揭示了磁现象的电本 质。 第二节 磁场的主要物理量 一、磁感应强度 磁场中垂直于磁场方向的通电直导线，所受的磁场力 F 与电流 I 和导线长度 l 的乘积 Il 的比值叫做通电直导线所在处的磁感应强度 B。即 Il F B = 磁感应强度是描述磁场强弱和方向的物理量。 磁感应强度是一个矢量，它的方向即为该点的磁场方向。在国际单位制中，磁感应强 度的单位是：特斯拉(T)。 用磁感线可形象的描述磁感应强度 B 的大小，B 较大的地方，磁场较强，磁感线较密； B 较小的地方，磁场较弱，磁感线较稀；磁感线的切线方向即为该点磁感应强度 B 的方向。 匀强磁场中各点的磁感应强度大小和方向均相同。 二、磁通 在磁感应强度为 B 的匀强磁场中取一个与磁场方向垂直，面积为 S 的平面，则 B 与 S 的乘积，叫做穿过这个平面的磁通量 ，简称磁通。即
《电工基础》 ①=BS 磁通的国际单位是韦伯(Wb) 由磁通的定义式,可得 即磁感应强度B可看作是通过单位面积的磁通,因此磁感应强度B也常叫做磁通密度 并用Wb/m2作单位 三、磁导率 1.磁导率H 磁场中各点的磁感应强度B的大小不仅与产生磁场的电流和导体有关,还与磁场内媒 介质(又叫做磁介质)的导磁性质有关。在磁场中放入磁介质时,介质的磁感应强度B将发 生变化,磁介质对磁场的影响程度取决于它本身的导磁性能。 物质导磁性能的强弱用磁导率来表示。的单位是:亨利米(Hm)。不同的物质磁 导率不同。在相同的条件下,μ值越大,磁感应强度B越大,磁场越强:μ值越小,磁感 应强度B越小,磁场越弱。 真空中的磁导率是一个常数,用表示 10=4×10-7Hm 2.相对磁导率r 为便于对各种物质的导磁性能进行比较,以真空磁导率A为基准,将其他物质的磁导 率μ与A0比较,其比值叫相对磁导率,用表示,即 o 根据相对磁导率山的大小,可将物质分为三类: )顺磁性物质:μr略大于1,如空气、氧、锡、铝、铅等物质都是顺磁性物质。在 磁场中放置顺磁性物质,磁感应强度B略有增加。 (2)反磁性物质:μ略小于1,如氢、铜、石墨、银、锌等物质都是反磁性物质,又 叫做抗磁性物质。在磁场中放置反磁性物质,磁感应强度B略有减小 (3)铁磁性物质:μ>>1,且不是常数,如铁、钢、铸铁、镍、钴等物质都是铁磁性 物质。在磁场中放入铁磁性物质,可使磁感应强度B增加几千甚至几万倍。 表5-1列出了几种常用的铁磁性物质的相对磁导率 表5-1几种常用铁磁性物质的相对磁导率 相对磁导率 目对磁导率 已经退火的铁 未经退火的铸铁 变压器钢片 己经退火的铸铁 在真空中熔化的电解铁 镍铁合金 6000 “C”型玻莫合金 115000
《电工基础》 43 = BS 磁通的国际单位是韦伯(Wb)。 由磁通的定义式，可得 S B = 即磁感应强度B 可看作是通过单位面积的磁通，因此磁感应强度B 也常叫做磁通密度， 并用 Wb/m2 作单位。 三、磁导率 1．磁导率 磁场中各点的磁感应强度 B 的大小不仅与产生磁场的电流和导体有关，还与磁场内媒 介质(又叫做磁介质)的导磁性质有关。在磁场中放入磁介质时，介质的磁感应强度 B 将发 生变化，磁介质对磁场的影响程度取决于它本身的导磁性能。 物质导磁性能的强弱用磁导率 来表示。 的单位是：亨利/米(H/m)。不同的物质磁 导率不同。在相同的条件下， 值越大，磁感应强度 B 越大，磁场越强； 值越小，磁感 应强度 B 越小，磁场越弱。 真空中的磁导率是一个常数，用 0 表示 0 = 4 10−7 H/m 2．相对磁导率 r 为便于对各种物质的导磁性能进行比较，以真空磁导率 0 为基准，将其他物质的磁导 率 与 0 比较，其比值叫相对磁导率，用 r表示，即 0 r = 根据相对磁导率 r的大小，可将物质分为三类： (1) 顺磁性物质： r 略大于 1，如空气、氧、锡、铝、铅等物质都是顺磁性物质。在 磁场中放置顺磁性物质，磁感应强度 B 略有增加。 (2) 反磁性物质： r 略小于 1，如氢、铜、石墨、银、锌等物质都是反磁性物质，又 叫做抗磁性物质。在磁场中放置反磁性物质，磁感应强度 B 略有减小。 (3) 铁磁性物质：r >> 1，且不是常数，如铁、钢、铸铁、镍、钴等物质都是铁磁性 物质。在磁场中放入铁磁性物质，可使磁感应强度 B 增加几千甚至几万倍。 表 5-1 列出了几种常用的铁磁性物质的相对磁导率。 表 5-1 几种常用铁磁性物质的相对磁导率 材 料 相对磁导率 材 料 相对磁导率 钴 未经退火的铸铁 已经退火的铸铁 镍 软钢 174 240 620 1120 2180 已经退火的铁 变压器钢片 在真空中熔化的电解铁 镍铁合金 “C”型玻莫合金 7000 7500 12 950 60 000 115 000
《电工基础》 四、磁场强度 在各向同性的媒介质中,某点的磁感应强度B与磁导率之比称为该点的磁场强度, 记做H。即 B=uH=Hou H 磁场强度H也是矢量,其方向与磁感应强度B同向,国际单位是:安培/米(A/m) 必须注意:磁场中各点的磁场强度H的大小只与产生磁场的电流的大小和导体的形 状有关,与磁介质的性质无关。 第三节磁场对电流的作用力 磁场对直线电流的作用力 1.安培力的大小 磁场对放在其中的通电直导线有力的作用,这个力称为安培力 (1)当电流的方向与磁感应强度B垂直时,导线受安培力最大,根据磁感应强度 F 可得 F=BIl (2)当电流Ⅰ的方向与磁感应强度B平行时,导线不受安培力作用。 (3)如图5-3所示,当电流/的方向与磁感应强度B之间有一定夹角时,可将B分解 为两个互相垂直的分量: 图5-3磁场对直线电流的作用 图5-4磁场对通电矩形线圈的作用力 一个与电流/平行的分量,B1=Bcos6另一个与电流I垂直的分量,B2= Sine。B1 对电流没有力的作用,磁场对电流的作用力是由B2产生的。因此,磁场对直线电流的作用 力为 F=B21= Basin 8 当θ=90°时,安培力F最大;当θ=0°时,安培力F=0
《电工基础》 44 四、磁场强度 在各向同性的媒介质中，某点的磁感应强度 B 与磁导率 之比称为该点的磁场强度， 记做 H。即 B H H B H 0 r = = = 磁场强度 H 也是矢量，其方向与磁感应强度 B 同向，国际单位是：安培/米(A/m)。 必须注意：磁场中各点的磁场强度 H 的大小只与产生磁场的电流 I 的大小和导体的形 状有关，与磁介质的性质无关。 第三节 磁场对电流的作用力 一、磁场对直线电流的作用力 1．安培力的大小 磁场对放在其中的通电直导线有力的作用，这个力称为安培力。 (1) 当电流 I 的方向与磁感应强度 B 垂直时，导线受安培力最大，根据磁感应强度 Il F B = 可得 F = BIl (2) 当电流 I 的方向与磁感应强度 B 平行时，导线不受安培力作用。 (3) 如图 5-3 所示，当电流 I 的方向与磁感应强度 B 之间有一定夹角时，可将 B 分解 为两个互相垂直的分量： 一个与电流 I 平行的分量，B1 = Bcos；另一个与电流 I 垂直的分量，B2 = Bsin。B1 对电流没有力的作用，磁场对电流的作用力是由 B2 产生的。因此，磁场对直线电流的作用 力为 F = B2 Il = BIlsin 当 = 90时，安培力 F 最大；当 = 0时，安培力 F = 0。 图 5-3 磁场对直线电流的作用 力 选自周绍敏教材 P.67 图 5-7 图 5-4 磁场对通电矩形线圈的作用力 矩
《电工基础》 2.单位 公式中各物理量的单位均采用用国际单位制:安培力F的单位用牛顿(N):电流I的 单位用安培(A):长度l的单位用米(m):磁感应强度B的单位用特斯拉(T)。 3.左手定则 安培力F的方向可用左手定则判断:伸出左手,使拇指跟其他四指垂直,并都跟手掌 在一个平面内,让磁感线穿入手心,四指指向电流方向,大拇指所指的方向即为通电直导 线在磁场中所受安培力的方向。 由左手定则可知:F⊥B,F⊥l,即F垂直于B、I所决定的平面 二、磁场对通电线圈的作用力矩 将一矩形线圈abcd放在匀强磁场中,如图5-4所示,线圈的顶边ad和底边bc所受的 磁场力Fad、Fbe大小相等,方向相反,在一条直线上,彼此平衡:而作用在线圈两个侧边 ab和cd上的磁场力Fa、Fad虽然大小相等,方向相反,但不在一条直线上,产生了力矩 称为磁力矩。这个力矩使线圈绕OO转动,转动过程中,随着线圈平面与磁感线之间夹角 的改变,力臂在改变,磁力矩也在改变 当线圈平面与磁感线平行时,力臂最大,线圈受磁力矩最大; 当线圈平面与磁感线垂直时,力臂为零,线圈受磁力矩也为零 电流表就是根据上述原理工作的 三、电流表工作原理 结构 电流表的结构如图5-5所示 在一个很强的蹄形磁铁的两极间有一个固定的圆柱形铁心 铁心外套有一个可以绕轴转动的铝框,铝框上绕有线圈,铝框的 转轴上装有两个螺旋弹簧和一个指针,线圈两端分别接在这两个 螺旋弹簧上,被测电流就是经过这两个弹簧流入线圈的 2.工作原理 如图5-6所示,蹄形磁铁和铁心间的磁场是均匀地辐向分布, 这样,不论通电线圈转到什么方向,它的平面都跟磁感线平行。 因此,线圈受到的偏转磁力矩M1就不随偏角而改变。通电线圈 所受的的磁力矩M1的大小与电流I成正比,即 M1=k1 式中k1为比例系数。 线圈偏转使弹簧扭紧或扭松,于是弹簧产生一个阻碍线圈偏 图5-5电流表的结构 转的力矩M,线圈偏转的角度越大,弹簧的力θ矩也越大, M2与偏转角θ成正比,即 M2=ke 图5-6磁电式电表的磁场
《电工基础》 45 2．单位 公式中各物理量的单位均采用用国际单位制：安培力 F 的单位用牛顿(N)；电流 I 的 单位用安培(A)；长度 l 的单位用米(m)；磁感应强度 B 的单位用特斯拉(T)。 3．左手定则 安培力 F 的方向可用左手定则判断：伸出左手，使拇指跟其他四指垂直，并都跟手掌 在一个平面内，让磁感线穿入手心，四指指向电流方向，大拇指所指的方向即为通电直导 线在磁场中所受安培力的方向。 由左手定则可知：F ⊥ B，F ⊥ I，即 F 垂直于 B、I 所决定的平面。 二、磁场对通电线圈的作用力矩 将一矩形线圈 abcd 放在匀强磁场中，如图 5-4 所示，线圈的顶边 ad 和底边 bc 所受的 磁场力 Fad、Fbc大小相等，方向相反，在一条直线上，彼此平衡；而作用在线圈两个侧边 ab 和 cd 上的磁场力 Fab、Fcd 虽然大小相等，方向相反，但不在一条直线上，产生了力矩， 称为磁力矩。这个力矩使线圈绕 OO 转动，转动过程中，随着线圈平面与磁感线之间夹角 的改变，力臂在改变，磁力矩也在改变。 当线圈平面与磁感线平行时，力臂最大，线圈受磁力矩最大； 当线圈平面与磁感线垂直时，力臂为零，线圈受磁力矩也为零。 电流表就是根据上述原理工作的。 三、电流表工作原理 1．结构 电流表的结构如图 5-5 所示。 在一个很强的蹄形磁铁的两极间有一个固定的圆柱形铁心， 铁心外套有一个可以绕轴转动的铝框，铝框上绕有线圈，铝框的 转轴上装有两个螺旋弹簧和一个指针，线圈两端分别接在这两个 螺旋弹簧上，被测电流就是经过这两个弹簧流入线圈的。 2．工作原理 如图5-6所示，蹄形磁铁和铁心间的磁场是均匀地辐向分布， 这样，不论通电线圈转到什么方向，它的平面都跟磁感线平行。 因此，线圈受到的偏转磁力矩 M1 就不随偏角而改变。通电线圈 所受的的磁力矩 M1 的大小与电流 I 成正比，即 M1 = k1I 式中 k1 为比例系数。 线圈偏转使弹簧扭紧或扭松，于是弹簧产生一个阻碍线圈偏 转的力矩 M2，线圈偏转的角度越大，弹簧的力 矩也越大， M2 与偏转角 成正比，即 M2 = k2 图 5-5 电流表的结构 图 5-6 磁电式电表的磁场 图 5-6 磁电式电表的
《电工基础》 式中k2为比例系数 当M、M2平衡时,线圈就停在某一偏角上,固定在转轴上的指针也转过同样的偏角 指到刻度盘的某一刻度。 比较上述两个力矩,因为M=M2,所以k1=k26,即 即测量时偏转角度b与所测量的电流成正比。这就是电流表的工作原理。这种利用永 久性磁铁来使通电线圈偏转达到测量目的的仪表称为磁电式仪表 3.磁电式仪表的特点 (1)刻度均匀,灵敏度高,准确度高。 (2)负载能力差,价格较昂贵 (3)给电流表串联一个阻值很大的分压电阻,就可改装成量程较大的电压表:并联 个阻值很小的分流电阻,就可改装成量程较大的电流表;欧姆表也是由电流表改装的。 第四节铁磁性物质的磁化 、铁磁性物质的磁化 1.磁化 本来不具备磁性的物质,由于受磁场的作用而具有了磁性的现象称为该物质被磁化 只有铁磁性物质才能被磁化 2.被磁化的原因 (1)内因:铁磁性物质是由许多被称为磁畴的磁性小区域组成的,每一个磁畴相当于 一个小磁铁。 (2)外因:有外磁场的作用。 图5-7铁磁性物质的磁化 如图5-7(a)所示,当无外磁场作用时,磁畴排列杂乱无章,磁性相互抵消,对外不显 磁性;如图5-7(b)所示,当有外磁场作用时,磁畴将沿着磁场方向作取向排列,形成附加 磁场,使磁场显著加强。有些铁磁性物质在撤去磁场后,磁畴的一部分或大部分仍然保持 取向一致,对外仍显磁性,即成为永久磁铁。 3.不同的铁磁性物质,磁化后的磁性不同 4.铁磁性物质被磁化的性能,被广泛地应用于电子和电气设备中,如变压器、继电
《电工基础》 46 式中 k2 为比例系数。 当 M1、M2 平衡时，线圈就停在某一偏角上，固定在转轴上的指针也转过同样的偏角， 指到刻度盘的某一刻度。 比较上述两个力矩，因为 M1 = M2，所以 k1I = k2，即 I kI k k = = 2 1 即测量时偏转角度 与所测量的电流成正比。这就是电流表的工作原理。这种利用永 久性磁铁来使通电线圈偏转达到测量目的的仪表称为磁电式仪表。 3．磁电式仪表的特点 (1) 刻度均匀，灵敏度高，准确度高。 (2) 负载能力差，价格较昂贵。 (3) 给电流表串联一个阻值很大的分压电阻，就可改装成量程较大的电压表；并联一 个阻值很小的分流电阻，就可改装成量程较大的电流表；欧姆表也是由电流表改装的。 第四节 铁磁性物质的磁化 一、铁磁性物质的磁化 1．磁化 本来不具备磁性的物质，由于受磁场的作用而具有了磁性的现象称为该物质被磁化。 只有铁磁性物质才能被磁化。 2．被磁化的原因 (1) 内因：铁磁性物质是由许多被称为磁畴的磁性小区域组成的，每一个磁畴相当于 一个小磁铁。 (2) 外因：有外磁场的作用。 如图 5-7(a)所示，当无外磁场作用时，磁畴排列杂乱无章，磁性相互抵消，对外不显 磁性；如图 5-7(b)所示，当有外磁场作用时，磁畴将沿着磁场方向作取向排列，形成附加 磁场，使磁场显著加强。有些铁磁性物质在撤去磁场后，磁畴的一部分或大部分仍然保持 取向一致，对外仍显磁性，即成为永久磁铁。 3．不同的铁磁性物质，磁化后的磁性不同。 4．铁磁性物质被磁化的性能，被广泛地应用于电子和电气设备中，如变压器、继电 图 5-7 铁磁性物质的磁化
《电工基础》 器、电机等 二、磁化曲线 1.磁化曲线的定义 磁化曲线是用来描述铁磁性物质的磁化特性的。铁磁性物质的磁感应强度B随磁场强 度H变化的曲线,称为磁化曲线,也叫B一H曲线。 2.磁化曲线的测定 图5-8中,(a)是测量磁化曲线装置的示意图,(b)是根据测量值做出的磁化曲线。由图 8(b)可以看出,B与H的关系是非线性的,即=不是常数。 图5-8磁化曲线的测定 3.分析 (1)0~1段:曲线上升缓慢,这是由于磁畴的惯性,当H从零开始增加时,B增加缓 慢,称为起始磁化段。 (2)1~2段:随着H的增大,B几乎直线上升,这是由于磁畴在外磁场作用下,大部 分都趋向H方向,B增加很快,曲线很陡,称为直线段。 (3)2~3段:随着H的增加,B的上升又缓慢了,这是由于大部分磁畴方向已转向H 方向,随着H的增加只有少数磁畴继续转向,B增加变慢。 (4)3点以后:到达3点以后,磁畴几乎全部转到了外磁场方向,再增大H值,B也几 乎不再增加,曲线变得平坦,称为饱和段,此时的磁感应强度叫饱和磁感应强度。 不同的铁磁性物质,B的饱和值不同,对同一种材料,B的饱和值是一定的。 电机和变压器,通常工作在曲线的2~3段,即接近饱和的地方 4.磁化曲线的意义 在磁化曲线中,已知H值就可查出对应的B值。因此,在计算介质中的磁场问题时
《电工基础》 47 器、电机等。 二、磁化曲线 1．磁化曲线的定义 磁化曲线是用来描述铁磁性物质的磁化特性的。铁磁性物质的磁感应强度 B 随磁场强 度 H 变化的曲线，称为磁化曲线，也叫 B—H 曲线。 2．磁化曲线的测定 图 5-8 中，(a)是测量磁化曲线装置的示意图，(b)是根据测量值做出的磁化曲线。由图 5-8(b)可以看出，B 与 H 的关系是非线性的，即 H B = 不是常数。 3．分析 (1) 0 ~ 1 段：曲线上升缓慢，这是由于磁畴的惯性，当 H 从零开始增加时，B 增加缓 慢，称为起始磁化段。 (2) 1 ~ 2 段：随着 H 的增大，B 几乎直线上升，这是由于磁畴在外磁场作用下，大部 分都趋向 H 方向，B 增加很快，曲线很陡，称为直线段。 (3) 2 ~ 3 段：随着 H 的增加，B 的上升又缓慢了，这是由于大部分磁畴方向已转向 H 方向，随着 H 的增加只有少数磁畴继续转向，B 增加变慢。 (4) 3 点以后：到达 3 点以后，磁畴几乎全部转到了外磁场方向，再增大 H 值，B 也几 乎不再增加，曲线变得平坦，称为饱和段，此时的磁感应强度叫饱和磁感应强度。 不同的铁磁性物质，B 的饱和值不同，对同一种材料，B 的饱和值是一定的。 电机和变压器，通常工作在曲线的 2 ~ 3 段，即接近饱和的地方。 4．磁化曲线的意义 在磁化曲线中，已知 H 值就可查出对应的 B 值。因此，在计算介质中的磁场问题时， 图 5-8 磁化曲线的测定
《电工基础》 磁化曲线是一个很重要的依据。 图5-9给出了几种不同铁磁性物质的磁化曲线,从曲线上可看出,在相同的磁场强度 H下,硅钢片的B值最大,铸铁的B值最小,说明硅钢片的导磁性能比铸铁要好得多。 1硅钢片 2铸钢 3铸铁 图5-9几种铁磁性物质的磁化曲线 图5-10磁滞回线 、磁滞回线 磁化曲线只反映了铁磁性物质在外磁场由零逐渐增强的磁化过程,而很多实际应用 中,铁磁性物质是工作在交变磁场中的。所以,必须研究铁磁性物质反复交变磁化的问题 1.磁滞回线的测定 2.分析 图5-10为通过实验测定的某种铁磁性物质的磁滞回线 (1)当B随H沿起始磁化曲线达到饱和值以后,逐渐减小H的数值,由图可看出,B 并不沿起始磁化曲线减小,而是沿另一条在它上面的曲线ab下降 (2)当H减小到零时,B≠0,而是保留一定的值称为剩磁,用Br表示。永久性磁铁 就是利用剩磁很大的铁磁性物质制成的。 (3)为消除剩磁,必须加反向磁场,随着反向磁场的增强,铁磁性物质逐渐退磁,当 反向磁场增大到一定值时,B值变为0,剩磁完全消失,如图bc段。bc段曲线叫退磁曲线, 这时H值是为克服剩磁所加的磁场强度,称为矫顽磁力,用H表示。矫顽磁力的大小反 映了铁磁性物质保存剩磁的能力 (4)当反向磁场继续增大时,B值从0起改变方向,沿曲线cd变化,并能达到反向饱 和点d (5)使反向磁场减弱到0,B-H曲线沿d变化,在e点H=0,再逐渐增大正向磁场 B-H曲线沿c变化,完成一个循环
《电工基础》 48 磁化曲线是一个很重要的依据。 图 5-9 给出了几种不同铁磁性物质的磁化曲线，从曲线上可看出，在相同的磁场强度 H 下，硅钢片的 B 值最大，铸铁的 B 值最小，说明硅钢片的导磁性能比铸铁要好得多。 三、磁滞回线 磁化曲线只反映了铁磁性物质在外磁场由零逐渐增强的磁化过程，而很多实际应用 中，铁磁性物质是工作在交变磁场中的。所以，必须研究铁磁性物质反复交变磁化的问题。 1. 磁滞回线的测定 2．分析 图 5-10 为通过实验测定的某种铁磁性物质的磁滞回线。 (1) 当 B 随 H 沿起始磁化曲线达到饱和值以后，逐渐减小 H 的数值，由图可看出，B 并不沿起始磁化曲线减小，而是沿另一条在它上面的曲线 ab 下降。 (2) 当 H 减小到零时，B 0，而是保留一定的值称为剩磁，用 Br表示。永久性磁铁 就是利用剩磁很大的铁磁性物质制成的。 (3) 为消除剩磁，必须加反向磁场，随着反向磁场的增强，铁磁性物质逐渐退磁，当 反向磁场增大到一定值时，B 值变为 0，剩磁完全消失，如图 bc 段。bc 段曲线叫退磁曲线， 这时 H 值是为克服剩磁所加的磁场强度，称为矫顽磁力，用 HC表示。矫顽磁力的大小反 映了铁磁性物质保存剩磁的能力。 (4) 当反向磁场继续增大时，B 值从 0 起改变方向，沿曲线 cd 变化，并能达到反向饱 和点 d。 (5) 使反向磁场减弱到 0，B—H 曲线沿 de 变化，在 e 点 H=0，再逐渐增大正向磁场， B—H 曲线沿 efa 变化，完成一个循环。 图 5-9 几种铁磁性物质的磁化曲线 图 D5-9 几种铁磁性物质的磁化曲 线 图 5-10 磁滞回线 图 5-10 磁滞回线
《电工基础》 (6)从整个过程看,B的变化总是落后于H的变化,这种现象称为磁滞现象。经过多 次循环,可得到一个封闭的对称于原点的闭合曲线( abcdefa), 称为磁滞回线 (7)改变交变磁场强度H的幅值,可相应得到一系列 大小不一的磁滞回线,如图5-11所示。连接各条对称 的磁滞回线的顶点,得到一条磁化曲线,叫基本磁化曲线。 H 员耗 铁磁性物质在交变磁化时,磁畴要来回翻转,在这个过 程中,产生了能量损耗,称为磁滞损耗。磁滞回线包围的面图5-11基本磁化曲线 积越大,磁滞损耗就越大,所以剩磁和矫顽磁力越大的铁 磁性物质,磁滞损耗就越大。因此,磁滞回线的形状常被用来 判断铁磁性物质的性质和作为选择材料的依据。 第五节磁路的基本概念 、磁路 1.主磁通和漏磁通 如图5-12所示,当线圈中通以电流后,大部分磁感线沿铁心、衔铁和工作气隙构成 回路,这部分磁通称为主磁通;还有一部分磁通,没有经过气隙和衔铁,而是经空气自成 回路,这部分磁通称为漏磁通。 ----7衔铁 漏磁通 主磁通 图5-12主磁通和漏磁通 图5-13有分支磁路 2.磁路 磁通经过的闭合路径叫磁路。磁路和电路一样,分为有分支磁路和无分支磁路两种类 型。图5-12给出了无分支磁路,图5-13给出了有分支磁路。在无分支磁路中,通过每 个横截面的磁通都相等 二、磁路的欧姆定律 1.磁动势 通电线圈产生的磁通与线圈的匝数N和线圈中所通过的电流I的乘积成正比。 把通过线圈的电流Ⅰ与线圈匝数N的乘积,称为磁动势,也叫磁通势,即
《电工基础》 49 (6) 从整个过程看，B 的变化总是落后于 H 的变化，这种现象称为磁滞现象。经过多 次循环，可得到一个封闭的对称于原点的闭合曲线(abcdefa)， 称为磁滞回线。 (7) 改变交变磁场强度 H 的幅值，可相应得到一系列 大小不一的磁滞回线，如图 5-11 所示。连接各条对称 的磁滞回线的顶点，得到一条磁化曲线，叫基本磁化曲线。 3．磁滞损耗 铁磁性物质在交变磁化时，磁畴要来回翻转，在这个过 程中，产生了能量损耗，称为磁滞损耗。磁滞回线包围的面 积越大，磁滞损耗就越大，所以剩磁和矫顽磁力越大的铁 磁性物质，磁滞损耗就越大。因此，磁滞回线的形状常被用来 判断铁磁性物质的性质和作为选择材料的依据。 第五节 磁路的基本概念 一、磁路 1．主磁通和漏磁通 如图 5-12 所示，当线圈中通以电流后，大部分磁感线沿铁心、衔铁和工作气隙构成 回路，这部分磁通称为主磁通；还有一部分磁通，没有经过气隙和衔铁，而是经空气自成 回路，这部分磁通称为漏磁通。 2．磁路 磁通经过的闭合路径叫磁路。磁路和电路一样，分为有分支磁路和无分支磁路两种类 型。图 5-12 给出了无分支磁路，图 5-13 给出了有分支磁路。在无分支磁路中，通过每一 个横截面的磁通都相等。 二、磁路的欧姆定律 1．磁动势 通电线圈产生的磁通 与线圈的匝数 N 和线圈中所通过的电流 I 的乘积成正比。 把通过线圈的电流 I 与线圈匝数 N 的乘积，称为磁动势，也叫磁通势，即 图 5-11 基本磁化曲线 图 5-12 主磁通和漏磁通 图 5-13 有分支磁路 图 5-13 有分支磁路