《磁测量基础》PPT课件.ppt

第一章磁测量基础 内容 1 1基本磁学量和磁单位 一 磁的库仑定律 真空磁导率 1 1基本磁学量和磁单位 磁偶极子 磁偶极矩 Wb m SI 一个磁偶极矩为jm的磁偶极子 当取磁偶极子的中点为坐标原点为时 在距离为r处 r l 的空间中产生的磁场为 A m SI 分子电流说 可以用以环形电流来描绘磁偶极子环形电流的磁矩为 磁矩的意义是表征磁偶极子磁性强弱和方向的一个物理量 和磁偶极矩具有相同的物理意义 A m2 二 磁化强度和磁极化强度 两者都是描述宏观磁性物体磁性强弱的物理量 毕奥 萨伐尔定律 三 磁感应强度B 也称磁通量密度 SI单位T CGS单位Gs 1T 104Gs 几种不同的电流在空间产生的磁场为 无限长直导线有限长直导线圆形电流圆心处长直螺线管轴线中心处螺绕环内部 1 运动点电荷在磁场在磁场中受的洛伦兹力 对于任何置于其中的磁极或者电流能施加作用力 2 通电导线在磁场在磁场中受的安培力F BIL 3 磁场作用于载流线圈的磁力矩 磁电式电流计原理 实验测定游丝的反抗力矩与线圈转过的角度成正比 磁铁 无介质时高斯定理 一 高斯定理磁通连续性原理 1 2磁场的基本定律 有介质存在时的高斯定理 磁感应线均为闭合曲线 都属于涡旋场 磁通连续性原理 磁场的基本方程之一 根据磁通连续性原理证明 两种介质的分界面上 磁感应线的法线分量相等 即B1n B2n 因此 只要测出样品表面法线磁场强度H2n 则样品内磁感应强度的法线分量B1n 0H2n 样品 B1n B2n 如图 密绕长直螺线管内充满磁化强度为的各向同性均匀磁介质 线圈中的电流为 选取闭合回路 由安培环路定理得 二 安培环路定理全电流定律 定义磁场强度 磁场的基本方程之一 也叫全电流定律 只与传导电流有关 由全电流定律证明 在两种不同介质的分界面上 磁场强度的切线分量相等 即如果测出样品表面切线方向磁场强度H0 即为样品内切线方向磁场强度 三 磁介质的性能方程 M是反映介质磁化程度的物理量 在各向同性的磁介质中 某一点的磁化强度矢量与磁场强度矢量之间的关系可写为 磁化率 代表介质的磁化能力 无单位 磁导率 磁导率 代表介质的磁化能力 单位H m 相对磁导率 r 除铁磁物质外 其余介质的磁导率与真空磁导率相差很小 无单位 电磁感应原理 面积A 磁通量 四 电磁感应定律 一 磁路的概念 磁路 磁通所通过的路径 主磁通 由于铁心的导磁性能比空气要好得多 所以绝大部分磁通将在铁心内通过 这部分磁通称为主磁通 漏磁通 围绕载流线圈 部分铁心和铁心周围的空间 还存在少量分散的磁通 这部分磁通称为漏磁通 五 磁路的基本定律 主磁通 漏磁通 变压器的磁路 漏磁通 漏磁通 漏磁通 主磁路 主磁通所通过的路径 漏磁路 漏磁通所通过的路径 励磁线圈 用以激励磁路中磁通的载流线圈 励磁电流 励磁线圈中的电流 直流 直流磁路例如 直流电机交流 交流磁路例如 变压器 二 磁路的基本定律 1 安培环路定律定律内容 沿任何一条闭合回线 磁场强度的线积分值恰好等于该闭合回线所包围的总电流值 代数和 公式 附图1 2 有 磁动势 通电线圈实际能够激发磁通量的磁势 Fm NI A 磁阻 就是磁通通过磁路时所受到的阻碍作用 用Rm表示 H 1 2 磁路的欧姆定律定律内容 作用在磁路上的磁动势等于磁路内的磁通量乘以磁阻 类比电路 由于磁导率 不是常数 所以Rm也不是常数 与电阻根本不同之处 1 电路中在电动势的驱动下 确实存在电荷在电路中流动 并因此引起电阻的发热 而在磁导体中 并没有物质或能量在流动 因此不会在磁导体中产生损耗 即使在交变磁场中 磁导体的损耗也不是磁通 流通 产生的 2 电路中电流限定在铜导线和其他导电元件内 这些元件的电导率高 比电路的周围材料的电导率一般高1012倍以上 由于没有磁绝缘材料 周围介质的磁导率只比组成磁路材料的磁导率低几个数量级 漏磁较为严重 3 导体的电导率与导体流过电流无关 而磁路中磁导率为与磁通密度有关的非线性参数 4 由于有散磁通存在 即使均匀绕制 也不能做到全耦合 漏磁通一般很难用分析方法求得 通常采用经验公式计算 5 磁场较复杂 交流激励的磁场在其周围导体中产生涡流效应 磁路计算是近似的 点击书本进入例题1 1 例题 例1 1 有一闭合铁心磁路 铁心的截面积 磁路的平均长度L 0 3m 铁心的磁导率 套装在铁心上的励磁绕组为500匝 试求在铁心中产生1T的磁通密度时 所需的励磁磁动势和励磁电流 解用安培环路定律来求解 磁场强度磁动势励磁电流 返回 定律内容 穿出 或进入 任一闭和面的总磁通量恒等于零 或者说 进入任一闭合面的磁通量恒等于穿出该闭合面的磁通量 这就是磁通连续性定律 公式 又称磁路的并联定律 3 磁路的基尔霍夫第一定律 附图1 4 4 磁路的基尔霍夫第二定律定律背景 磁路计算时 总是把整个磁路分成若干段 每段为同一材料 相同截面积 且段内磁通密度处处相等 从而磁场强度亦处处相等 定律内容 沿任何闭合磁路的总磁动势恒等于各段磁路磁位降的代数和 公式 又称磁路的串联定律 附图1 5 返回 一 直流磁路的计算导言 磁路计算时 通常是先给定磁通量 然后计算所需要的励磁磁动势 对于少数给定励磁磁动势求磁通量的逆问题 由于磁路的非线性 需要进行试探和多次迭代 才能得到解答 1 3磁路的计算 1 简单串联磁路定义 不计漏磁影响 仅有一个磁回路的无分支磁路 附图1 13 点击书本进入例题1 2 例题 例1 2 若在例l l的磁路中 开一个长度的气隙 问铁心中激励1T的磁通密度时 所需的励磁磁动势为多少 已知铁心截面积考虑到气隙磁场的边缘效应 在计算气隙的有效面积时 通常在长 宽方向务增加 值 解用磁路的基尔霍夫第二定律来求解 铁心内的磁场强度 气隙磁场强度 铁心磁位降 气隙磁位降 励磁磁动势 返回 2 简单并联磁路定义 指考虑漏磁影响 或磁回路有两个以上分支的磁路 点击书本进入例题1 例题 例1 3 图1 14a所示并联磁路 铁心所用材料为DR530硅钢片 铁心柱和铁轭的截面积均为 磁路段的平均长度 气隙长度励磁线圈匝数匝 不计漏磁通 试求在气隙内产生 1 211T的磁通密度时 所需的励磁电流i 解 画出图l 14b所示模拟电路图 由于两条并联磁路是对称的 故只需计算其中一个磁回路即可 根据磁路基尔霍夫第一定律 得根据磁路基尔霍夫第二定律 由图1 14a可知 中间铁心段的磁路长度 左 右两边铁心段的磁路长度均为 1 气隙磁位降 2 中间铁心段的磁位降磁通密度为B3 中间铁心段的磁位降为 3 左 右两边铁心的磁位降 磁通密度为 左 右两边铁心段的磁位降为 4 总磁动势和励磁电流 返回 三 交流磁路的特点1 交流磁路中 激磁电流是交流 因此磁路中的磁动势及其所激励的磁通均随时间而交变 但每一瞬时仍和直流磁路一样 遵循磁路的基本定律 2 就瞬时值而言 通常情况下 可以使用相同的基本磁化曲线 3 磁通量和磁通密度均用交流的幅值表示 磁动势和磁场强度则用有效值表示 交变磁通的效应 1 磁通量随时间交变 必然会在激磁线圈内产生感应电动势 2 磁通量随时间交变 必然会在铁心中产生铁心损耗 3 磁饱和现象会导致电流 磁通和电动势波形的畸变 小提示 本章内容已结束 及时复习可以巩固学习效果 返回 主磁通 漏磁通 图1 1变压器的磁路 返回 漏磁通 漏磁通 漏磁通 图1 3无分支铁心磁路A 无分支铁心磁路 A N i 返回 B 模拟电路图 F 返回 图1 4磁路的基尔霍夫第一定律 A N i 返回 图1 5磁路的基尔霍夫第二定律 i 返回 图1 6磁畴 A 未磁化 B 磁化 返回 外加磁场 H B H 图1 7铁磁材料的起始磁化曲线 a b c d 返回 图1 8铁磁材料的磁滞回线 H B a b c d e f 返回 图1 9基本磁化曲线 基本磁化曲线 H B 返回 图1 11a 软磁材料的磁滞曲线 B