1.掌握磁场的基本物理量及其磁性材料的磁性能。2.掌握磁路的基本定律。3.掌握交流铁心线圈电路的电压电流关系及其功率损耗。交流铁心线圈电路4.理解变压器的结构以及特点并会测定变压器绕组的同名端。
任务提出电磁炉是现代家庭烹饪食物的先进电子炊具之一,它使用起来非常方便,可用来进行煮、炸、煎、蒸、炒等各种烹调操作。特点是效率高、体积小、重量轻、噪音小、省电节能、不污染环境、安全卫生,烹饪时加热均匀,能较好地保持食物的色、香、味和营养素,是实现厨房现代化不可缺少的新型电子炊具。那么你知道它们是运用什么原理工作的吗?图1-5-1电磁炉工作原理图
任务分析电流产生磁场,磁场变化或运动又产生感应电动势,这是电和磁紧密联系的两个方面。许多电气设备都是根据电和磁之间相互作用的原理制作的。电磁炉就是应用电磁感应原理制成的,能够实现电能到热能的转化,如图1-5-1所示。通电后,使电流通过内置的线圈时产生磁场,磁场内的磁力线感应到铁制器皿,产生无数高速的小涡流,涡流产生的巨大循环能量转换成有效热能,使其自行高速加热。那么,形成磁路要具备哪些条件?产生的电磁力又与哪些因素有关呢?涡流有哪些方面的应用呢?这就是要用到磁路的概念和磁路欧姆定律。
相关知识一、磁场的主要物理量和基本性质1、磁场的主要物理量(1)磁感应强度B表征磁场中某点的磁场强弱和方向的物理量。用通以单位电流的导线的电流方向与磁场垂直时,导线所受的磁场力的大小来表示,即磁感应强度B的单位特斯拉(T),1T=1Wb/m2。
(2)磁通量Φ磁感应强度B与垂直于磁场方向的面积S的乘积,称为通过该面积的磁通Φ。其单位为韦伯,简称韦(Wb)。磁导率——用来表示媒介质导磁性能好坏的物理量。用符号μ表示,其单位为亨利/米(H/m)。(3)磁导率μ真空的磁导率μ0=4π×10-7H/m,且为一常数。
相对磁导率——任一物质的磁导率与真空磁导率的比值,用μr表示,即:相对磁导率是个比值,没有单位。它表明在其他条件相同的情况下,媒介质中的磁感应强度是真空中磁感应强度的多少倍,即μ=μrμ0。根据相对磁导率的大小,可把物质分为两大类。分类特点材料非铁磁物质反磁物质μr稍小于1如铜、氢气顺磁物质μr稍大于1如空气、铝、铬等铁磁物质μr远大于1,可达几百甚至数万以上,并且不是一个常数。铁磁物质被广泛应用于电工电子技术及计算机技术方面,如变压器、电动机等电气设备的铁心如铁、硅钢、坡莫合金、铁氧体、钴、镍等
(4)磁场强度H磁场强度H介质中某点的磁感应强度B与介质磁导率?之比,即磁场强度H的单位:安培/米(A/m)
2、磁场的基本性质(1)磁通的连续性磁场中任一闭合面的总磁通恒等于零,即(2)安培环路定律磁场强度矢量H沿任何路径的线积分等于穿过此路径所围成的面的电流代数和。均匀磁场中或
二、磁性材料的磁性能1、高导磁性2、磁饱和性图1-5-2磁化曲线Oa段:B与H几乎成正比地增加;ab段:B的增加缓慢下来;b点以后:B增加很少,达到饱和。
3、磁滞性磁滞回线:B-H关系曲线是一条回形闭合曲线。图1-5-4磁滞回线磁滞:铁磁材料在反复磁化的过程中B的变化总是滞后于H的变化。磁滞损耗:铁磁材料在反复磁化的过程中要损耗一部分能量,导致铁磁材料发热。
图1-5-5常见磁性物质的磁化曲线
磁性材料的类型:(1)软磁材料特点:具有较小的矫顽磁力,磁滞回线较窄。应用:制造电机、电器及变压器等的铁心。(2)永磁材料特点:具有较大的矫顽磁力,磁滞回线较宽。应用:制造永久磁铁(3)矩磁材料特点:具有较小的矫顽磁力和较大的剩磁,磁滞回线接近矩形,稳定性良好。应用:计算机和控制系统中用作记忆元件、开关元件和逻辑元件。
三、磁路及其基本定律1、磁路:磁通的闭合路径。
2、磁路的欧姆定律磁路中的磁通与磁通势成正比,与磁阻成反比,即式中:F=NI为磁通势,由其产生磁通;Rm称为磁阻,表示磁路对磁通的阻碍作用;L为磁路的平均长度;S为磁路的截面积。
四、交流铁心线圈电路1、直流铁心线圈电路产生的磁通是恒定的,在线圈和铁心中不会感应出电动势来,在一定的电压U下,线圈电流I只与线圈的R有关,P也只与I2R有关。2、交流铁心线圈电路(1)电磁关系磁通在线圈中产生感应电动势e和e为主磁电动势为漏磁电动势主磁通漏磁通图1-5-8交流铁心线圈电路
(2)电压电流关系根据基尔霍夫定律得:由于铁心线圈的电阻和铁心的漏磁电感可以忽略不计,得到数值很小,设:则图1-5-8交流铁心线圈电路
主磁电动势e的有效值为:则:(3)功率损耗铜损耗铁损耗铁损包括磁滞损耗和涡流损耗
1)磁滞损耗: