非电气专业人员光伏、风电培训课件二(电路基础2)-最终版

1、/531总总 目目 录录第一第一章章 电工基础电工基础第二第二章章 电子电路电子电路第三章第三章 光伏发电光伏发电第四章第四章 风力发电风力发电第五章第五章 配电装置（巡视、异常、事故、维护）配电装置（巡视、异常、事故、维护）第六章第六章 厂用电系统（低压五线制系统）厂用电系统（低压五线制系统）/532第第七七章章 电气主接线的形式和电力系统简介电气主接线的形式和电力系统简介第第八八章章 直流系统直流系统及及交流不间断电源交流不间断电源UPSUPS电电气运行行的特点和任务要求气运行行的特点和任务要求电气电气主主设备设备结构结构及运行维护及运行维护第一第一 电动机电动机第第一节一节 变压器变压器

2、第二篇第二篇 电气设备倒闸操作电气设备倒闸操作第三篇第三篇 电气工作票电气工作票第第五五章章 发电机同期并列发电机同期并列装置装置第六第六章章 其他设备其他设备化学变频器化学变频器/533第五篇第五篇 继电保护及自动装置继电保护及自动装置第一章第一章 电动机保护电动机保护第二章第二章 厂用厂用变压器变压器保护保护第第三三章章 发变组发变组保护保护第四章第四章 110kV110kV母线保护母线保护第第五五章章110kV110kV线路微机保护线路微机保护第第六六章自动装置章自动装置第七章第七章 ECS ECS 和和 NCS NCS 系统系统第第七七篇篇 电气运行电气运行、检修、检修规程解析规程解析

3、/534 第四节第四节电与电与磁磁 电电和磁是相互联系不可分割的两个基本现象，几乎所有电和磁是相互联系不可分割的两个基本现象，几乎所有电气设备的工作原理都与电和磁有密切的关系。气设备的工作原理都与电和磁有密切的关系。 根据相对磁导率r值的不同，自然界的物质大致可分为两大类： 1、非磁性物质 如空气、塑料、铜、铝、橡胶等。这些物质的导磁能力很差，磁导率均与真空的磁导率非常接近。非磁性物质的磁导率可认为是常量。 如铁、镍、钴、钢及其合金等。这些物质的导磁能力非常强，其磁导率一般为真空的几百、几千乃至几万、几十万倍。 如铸铁，其相对磁导率r200400；铸钢的相对磁导率r5002200；硅钢的r70

4、0010000。显然，铁磁物质的磁导率不是常量，而是一个范围，即随外部条件变化。2、铁磁性物质一、导磁材料及特性/535 铁磁材料内部往往有相邻的几百个分子电流圈流向一致，这些分子电流产生的磁场叠加起来，就形成了一个个天然的小磁性区域磁畴。 不同铁磁物质内部磁畴的数量不同。通常情况下，铁磁材料内部的磁畴排列杂乱无章，其磁性相互抵消，因此对外不显示磁性。 铁磁材料之所以具有高导磁性。铁磁材料之所以具有高导磁性。是因为在其内部具有一种特殊的物是因为在其内部具有一种特殊的物质结构质结构磁畴磁畴。这些磁畴相当于这些磁畴相当于一个个小磁铁。一个个小磁铁。显然，磁畴是由分子电流产生的。 有外磁场作用时磁畴

5、在外界磁场的作磁畴在外界磁场的作用下，均发生用下，均发生归顺性归顺性转向转向，使得铁磁材料，使得铁磁材料内部形成一个很强的内部形成一个很强的附加磁场附加磁场。 3、 铁磁物质的磁性能/536 磁路磁路的主要部分是由高导磁材料构成，使得磁通被限制在的主要部分是由高导磁材料构成，使得磁通被限制在磁路内部，这就像电流被限制在电路中一样，磁路内部，这就像电流被限制在电路中一样，可以用类似于电可以用类似于电路分析方法来建立磁路分析方法路分析方法来建立磁路分析方法。 由于由于变压器和电机的铁心多是由高导磁材料构成的，因此变压器和电机的铁心多是由高导磁材料构成的，因此磁路方法可用作分析变压器和电机的重要工具

6、磁路方法可用作分析变压器和电机的重要工具。简单简单磁路磁路4、磁路lNiH 名词：名词：磁场强度磁场强度- -H=NI/L H=NI/L L L有效有效磁路磁路长度。长度。 磁感应强度磁感应强度-B-B H H - -导磁率：导导磁率：导磁材料磁材料的相对磁导率。的相对磁导率。/537磁滞回线中H为零时B并不为零 的现象说明铁磁材料具有剩磁性。BH0cbaoa段是线性段ab段是上升段bc段是磁化曲线的膝部C点以后是饱和段 起始磁化曲线的ab段反映了铁磁材料的高导磁性；c点以后说明铁磁材料具有磁饱和性，i大-。磁滞回线中B的变化总是落后于H的变化说明铁磁材料具有磁滞性铁磁材料反复磁化一周所构成的

7、曲线称为磁滞回线。5、 铁磁材料的磁饱和性、磁滞性和剩磁性Iu电路部分电路部分磁路部分磁路部分lNiH B B H H/538 对于对于同一种铁磁材料，选择不同同一种铁磁材料，选择不同的磁场的磁场HmHm进行反复磁化，可测出一系进行反复磁化，可测出一系列大小不同的列大小不同的磁滞回线。磁滞回线。 如图所如图所示。再将所有磁滞回线在第示。再将所有磁滞回线在第一象限的顶点连接起来，所形成的曲一象限的顶点连接起来，所形成的曲线称为基本磁化曲线或线称为基本磁化曲线或平均磁化曲线平均磁化曲线。 铁铁磁材料在交变磁场作用下反复磁材料在交变磁场作用下反复磁化的过程中要消耗一定的能量，磁化的过程中要消耗一定的

8、能量， 这这种功率损耗称为种功率损耗称为磁滞损耗磁滞损耗。 6、磁滞特性及其损耗 对于同一种铁磁材料，选择不同的磁场对于同一种铁磁材料，选择不同的磁场HmHm进行反复磁化，进行反复磁化，可测出一系列大小不同的磁滞回线。可测出一系列大小不同的磁滞回线。 铁铁磁材料的磁滞损耗与磁滞回线的面积磁材料的磁滞损耗与磁滞回线的面积 、电源频率电源频率f f，以及，以及铁心体积铁心体积V V成正比成正比。 由此由此，为了降低磁滞损耗应选用磁滞回线面积小的铁磁材，为了降低磁滞损耗应选用磁滞回线面积小的铁磁材料，并尽量减少铁心的体积料，并尽量减少铁心的体积。比如。比如：硅钢片的磁滞回线面积小，：硅钢片的磁滞回线

9、面积小， 且因磁导率高可减小铁心体积，常被选用作为电机和变压器的且因磁导率高可减小铁心体积，常被选用作为电机和变压器的铁心材料。铁心材料。/539 对于对于硅钢片一类具有硅钢片一类具有导电性的铁磁材料导电性的铁磁材料还有一个重要特性，还有一个重要特性，即在交变磁场的作用下，铁心中会出现涡流，并由此产生涡流即在交变磁场的作用下，铁心中会出现涡流，并由此产生涡流损耗。损耗。 7、涡流特性及其损耗 如图所如图所示，示，由于铁心是由于铁心是导电的导电的，在交变磁通的作用下，在交变磁通的作用下，根据电磁感应定律，铁心中将根据电磁感应定律，铁心中将产生感应电动势，这个电动势产生感应电动势，这个电动势作用在

10、导体上，就引起电流。作用在导体上，就引起电流。这些电流在铁心内部围绕磁通这些电流在铁心内部围绕磁通形成旋涡状流动，故称为形成旋涡状流动，故称为涡流涡流。涡流在铁心中要产生一定的能涡流在铁心中要产生一定的能量损耗，称为量损耗，称为涡流损耗涡流损耗。 涡流损耗涡流损耗与磁场频率与磁场频率f f、磁通密度、磁通密度B Bm m和硅钢片的厚度成正比和硅钢片的厚度成正比；与铁心的电阻率成反比与铁心的电阻率成反比。 因此因此，为了降低涡流损耗，电机和变压器的铁心通常采用，为了降低涡流损耗，电机和变压器的铁心通常采用含硅量较高的含硅量较高的薄硅钢片薄硅钢片（厚度为（厚度为0.350.5mm0.350.5mm

11、）叠成。）叠成。 12/5310硅钢片涡流平面动画演示硅钢片涡流平面动画演示/5311软磁材料具有磁导率很高、易磁化、易去磁的显著特点，适用于制作各种电机、电器的铁心。软磁材料：8、铁磁材料的分类和用途 铁磁材料根据工程上用途的不同可以分为三大类：硬磁材料的磁导率不太高、但一经磁化能保留很大剩磁且不易去磁，适用于制作各种永久磁体。硬磁材料：矩磁材料磁导率极高、磁化过程中只有正、负两个饱和点，适用于制作各类存储器中记忆元件的磁芯。矩磁材料：BH0软磁性材料磁滞回线包围的面积很小。BH0硬磁性材料磁滞回线包围的面积很宽大。BH0/5312 人们人们把具有吸引铁、镍、钴等物质的性质称为把具有吸引铁、

12、镍、钴等物质的性质称为磁性磁性。 具有具有磁性的物体叫磁性的物体叫磁体磁体。 使使原来不带有磁性的物体具有磁性的过程，叫原来不带有磁性的物体具有磁性的过程，叫磁化磁化 。 天然存在的磁铁（磁铁矿）天然存在的磁铁（磁铁矿）叫叫天然磁铁天然磁铁。 经过一定工艺磁化过的经过一定工艺磁化过的磁铁，叫磁铁，叫人造磁铁人造磁铁。 在电气设备上使用的绝在电气设备上使用的绝大部分为人造磁铁。大部分为人造磁铁。 NS/5313实实 例例 地球地球的地理的地理两极与地磁场的两极与地磁场的两极并不重合两极并不重合， 磁针磁针并非准确地并非准确地指南或指北，有指南或指北，有个夹角，叫地个夹角，叫地磁磁偏角，偏角，简称

13、磁偏角。简称磁偏角。/5314生活中的磁铁生活中的磁铁冰箱门四周的密封条冰箱门四周的密封条磁性文具盒磁性文具盒指南针指南针电磁起重机电磁起重机司南司南门吸门吸/5315磁化与消磁磁化与消磁电饭锅跳闸的原理电饭锅跳闸的原理电饭锅的中间有个磁钢，磁钢中的永磁铁有这个特新在高温的电饭锅的中间有个磁钢，磁钢中的永磁铁有这个特新在高温的条件下会失去磁性。失去磁性的磁铁，在重力条件下会失去磁性。失去磁性的磁铁，在重力 的作用下就会掉的作用下就会掉下来断开开关，也就是跳闸下来断开开关，也就是跳闸了，而了，而这个高温也就饭熟了的这个高温也就饭熟了的温度。温度。 磁磁不但能通过永久磁铁产生不但能通过永久磁铁产生

14、，而且，而且还可以通过电流通过导还可以通过电流通过导体产生体产生。 只要只要有电流存在就有磁的存在有电流存在就有磁的存在， 电电的磁效应和热效应一样，是在产生电流的同时随之产生的磁效应和热效应一样，是在产生电流的同时随之产生的的。 磁铁磁铁两端磁性最强两端磁性最强的区域我们称的区域我们称磁极磁极。 磁极磁极分北极（分北极（N N）和南极（）和南极（S S）。 磁极磁极具有具有同性相拆，异性相吸同性相拆，异性相吸的特性的特性。 磁极磁极间相互作用力我们称之为间相互作用力我们称之为磁力磁力。 N N极和极和S S极总是相对存在的。极总是相对存在的。 /5317 实验证明，如果把一条磁实验证明，如果

15、把一条磁铁分成几段，折断处会出现两铁分成几段，折断处会出现两个相异的磁性。继续下去，会个相异的磁性。继续下去，会具有同样现象，我们永远找不具有同样现象，我们永远找不到一个单独存在的磁极，也就到一个单独存在的磁极，也就是说是说N N极和极和S S极总是相对存在的。极总是相对存在的。 二、磁场与磁力线二、磁场与磁力线 磁场磁场 磁体磁体周围存在磁力作用的空间称为周围存在磁力作用的空间称为磁场磁场。互相互相不接触的磁体不接触的磁体之间具有的相互作用力，就是通过磁场这之间具有的相互作用力，就是通过磁场这一特殊物质进行传递的一特殊物质进行传递的。（磁场和电场磁场和电场一样，都是一种特殊物质，之所以被称为

16、特殊一样，都是一种特殊物质，之所以被称为特殊物质，是因为物质，是因为他们不是由分子和原子所组成他们不是由分子和原子所组成。）。） 磁力线磁力线 为了形象地描述磁场，人为了形象地描述磁场，人们们抽象的引出磁力线抽象的引出磁力线这一概这一概念。念。 规定规定，外磁场磁力线由，外磁场磁力线由N N极指向极指向S S极，在磁场内部是由极，在磁场内部是由S S极指向极指向N N极，我们通常以磁极，我们通常以磁力线方向表示磁场方向。力线方向表示磁场方向。/53181. 1.磁力线磁力线是空间分布的是空间分布的2. 2.磁力线磁力线是假想的曲线，不真实存在是假想的曲线，不真实存在3. 3.任意两条任意两条磁

17、力线磁力线不相交不相交4. 4.磁力线磁力线是是闭合曲线闭合曲线，外部从，外部从N N极指向极指向S S极内部从极内部从S S指向指向N N ( (与电场线不同）与电场线不同） 磁磁力力线线的特点的特点 我们我们用磁力线根数的多少和疏密度来描绘磁场的强弱。用磁力线根数的多少和疏密度来描绘磁场的强弱。 图图中中a a、b b磁场面积相同，图磁场面积相同，图b b的磁力线根数多于图的磁力线根数多于图a a，而且图，而且图b b磁力线的密度也大于磁力线的密度也大于a a，可以认为图，可以认为图b b磁场强于磁场强于a a。三、磁通、磁感应强度三、磁通、磁感应强度 前面讲到磁场强度可以用磁力线的多少和

18、疏密程度来描述，前面讲到磁场强度可以用磁力线的多少和疏密程度来描述，但它但它只能定性分析只能定性分析、相对比较，、相对比较，具体数量无法确定具体数量无法确定。为此引入为此引入了磁通这一物理量来定量描述磁场在一定面积上的分布情况了磁通这一物理量来定量描述磁场在一定面积上的分布情况。 NS图图aNS图图b/53-3-220磁通磁通 通过通过与磁场方向垂直的某一面积与磁场方向垂直的某一面积上的磁力线的总数，叫做通过该面积上的磁力线的总数，叫做通过该面积的磁通量，简称的磁通量，简称磁通磁通，用字母，用字母表示表示。 它它的单位是韦伯（的单位是韦伯（WbWb），简称韦。），简称韦。工程上常用比韦小的单位

19、是麦（麦克工程上常用比韦小的单位是麦（麦克斯韦），用斯韦），用MxMx表示。表示。1 1韦（韦（WbWb）=10=108 8麦（麦（MxMx）S 当当面积一定时，通过该面积的磁通越多，磁场就越强。这面积一定时，通过该面积的磁通越多，磁场就越强。这一点在工程上有极其重要的意义。一点在工程上有极其重要的意义。 如：变压器、电磁铁提高效率的重要因数之一就是减小漏如：变压器、电磁铁提高效率的重要因数之一就是减小漏磁通，也就是希望全部磁力线尽可能多的通过铁芯的截面积，磁通，也就是希望全部磁力线尽可能多的通过铁芯的截面积，以减少漏磁损耗，提高效率。所以变压器、电磁铁的铁芯都用以减少漏磁损耗，提高效率。所以

20、变压器、电磁铁的铁芯都用高导磁材料制成，以降低磁阻，增加磁通量。高导磁材料制成，以降低磁阻，增加磁通量。 /5321磁感应强度磁感应强度 磁感应强度磁感应强度又称又称磁通密度磁通密度，是研究磁，是研究磁场中各点的强弱和方向的一物理量，用场中各点的强弱和方向的一物理量，用字母字母B B 表示。表示。 磁感应强度磁感应强度的具体内容：的具体内容：垂直通过单位面积的磁力线数目垂直通过单位面积的磁力线数目（磁通）叫做该点的（磁通）叫做该点的磁感应强度磁感应强度，简称，简称磁感应磁感应。在均匀磁场中，磁感应强度要表示在均匀磁场中，磁感应强度要表示为为 S SB B 1m2式中：式中：B B：磁感应强度（

21、韦：磁感应强度（韦/ /米米2 2） ：磁通（韦）：磁通（韦） S S：面积（米：面积（米2 2） 上式表明，通过单位面积的磁通数越多，磁力线越密，磁上式表明，通过单位面积的磁通数越多，磁力线越密，磁场也越强。场也越强。 磁感应强度的单位常用的有：韦磁感应强度的单位常用的有：韦/ /米米2 2（T T）称做特斯拉，简）称做特斯拉，简称特。和麦称特。和麦/ /厘米厘米2 2叫做高斯（叫做高斯（GsGs），简称高。它们间关系：），简称高。它们间关系：1 1特（特（T T）=10=104 4高斯（高斯（GsGs） /5322 磁感应强度磁感应强度不但表示了磁场中某点的强不但表示了磁场中某点的强弱，而

22、且还能表示出该点的磁场方向，可以弱，而且还能表示出该点的磁场方向，可以说它是一个矢量。说它是一个矢量。若磁场中各点的磁感应强度的大小、方若磁场中各点的磁感应强度的大小、方向相同，我们称之为向相同，我们称之为均匀磁场均匀磁场，在均匀磁场，在均匀磁场中，磁力线是等距离平行直线。中，磁力线是等距离平行直线。 NS均匀均匀磁场磁场四、电流的四、电流的磁场磁场 磁场可磁场可通过两种方式通过两种方式获得获得： 一一为永久磁铁（石）为永久磁铁（石）； 二二是通电导体是通电导体，即，电流，即，电流流过导体能产生磁场流过导体能产生磁场。 这这就是我们常说的就是我们常说的电的磁效应电的磁效应。只要导体中有电流通过

23、，。只要导体中有电流通过，导体周围就必然产生磁场导体周围就必然产生磁场。 电流电流产生磁场的判定产生磁场的判定安培安培定则（右手螺旋定则），定则（右手螺旋定则），这里这里我们我们分分两种结构的通电两种结构的通电导体来分析磁场方向。导体来分析磁场方向。 一一个个是直线导体，另一个是线圈。是直线导体，另一个是线圈。 /53231 1、直线电流的磁场、直线电流的磁场可以根据可以根据电流方向判断磁场（磁力线）方向电流方向判断磁场（磁力线）方向。 用用右手握住通电直导线，让母指指向电流方向，则弯曲的右手握住通电直导线，让母指指向电流方向，则弯曲的四指所指的就为磁场（磁力线）方向。四指所指的就为磁场（磁力

24、线）方向。 /5324电流产生磁场的现象被广泛应用在电工、电子设备中，如电流产生磁场的现象被广泛应用在电工、电子设备中，如接触器、电动机、变压器等。接触器、电动机、变压器等。 2 2、环形电流产生的磁场、环形电流产生的磁场 同样也可以根据同样也可以根据电流方向判断磁场（磁力线）方向。电流方向判断磁场（磁力线）方向。右手握住螺线管，弯曲四指指向线圈电流方向，则母指方右手握住螺线管，弯曲四指指向线圈电流方向，则母指方向就是磁场（磁力线）方向向就是磁场（磁力线）方向。/5325五、磁场对载流导体的五、磁场对载流导体的作用力作用力 我们我们知道把两块磁体放在一起会有作用力，即同性相拆、知道把两块磁体放

25、在一起会有作用力，即同性相拆、异性相吸，相拆、相吸都是作用力的结果。异性相吸，相拆、相吸都是作用力的结果。前面讲到载流导体的周围存在磁场，前面讲到载流导体的周围存在磁场，若将载流导体置于磁若将载流导体置于磁场中，也会受到力的作用场中，也会受到力的作用。 、磁场对载流、磁场对载流直导体直导体的作用的作用将一根直导体悬挂在磁场中，并使导体垂直于磁力线，未将一根直导体悬挂在磁场中，并使导体垂直于磁力线，未通电导体不会运动，如接通电源，导体中有电流通过，导体就通电导体不会运动，如接通电源，导体中有电流通过，导体就会运动。若改变电流方向导体便向反方向运动。会运动。若改变电流方向导体便向反方向运动。 我们

26、我们把载流导体在磁场中所受的作用力，称作把载流导体在磁场中所受的作用力，称作电磁作用力电磁作用力，或或电磁力电磁力，用字母，用字母表示表示。 电磁电磁力的大小力的大小与导体中通过的电流成正比，与均匀磁场的与导体中通过的电流成正比，与均匀磁场的磁感应强度成正比，与导体在磁场中的有效长度成正比磁感应强度成正比，与导体在磁场中的有效长度成正比，即：即：m m /5326/5327/5328 m m 式中：导体受到的电磁力（牛）式中：导体受到的电磁力（牛） ：均匀磁场的磁感应强度（特）：均匀磁场的磁感应强度（特） ：导体中的电流强度（安）：导体中的电流强度（安） ：导体在磁场中的有效长度（米）：导体在

27、磁场中的有效长度（米） 上面公式是当导体上面公式是当导体垂直于磁感应强度的方向垂直于磁感应强度的方向时的电磁力情时的电磁力情况，此时，导体受到况，此时，导体受到的电磁力最大的电磁力最大， 而平行而平行于磁感应强度的方向，不受力的作用于磁感应强度的方向，不受力的作用。 当导体当导体既不垂直，也不平行于磁感应强度的方向，若导体既不垂直，也不平行于磁感应强度的方向，若导体与磁感应强度方向成与磁感应强度方向成角时，角时，则可将导体分解成与磁感应方向则可将导体分解成与磁感应方向垂直的分量垂直的分量，作为，作为角是时导体有效长度角是时导体有效长度。 请看下面演示。请看下面演示。平面动画演示平面动画演示BI

28、 IlF=BIlsin单位：牛顿（单位：牛顿（N）=90，F最大=0，F为0电磁力的大小电磁力的大小：均匀磁场的磁感应强度（特：均匀磁场的磁感应强度（特）：导体中的电流强度（安）：导体中的电流强度（安）：导体在磁场中的有效长度（米）：导体在磁场中的有效长度（米）式中：式中：/5329电磁力的方向电磁力的方向左手定则判断左手定则判断平展左手手掌，拇指与四指垂直并平展左手手掌，拇指与四指垂直并在一个平面上，让磁力线穿过手心（手在一个平面上，让磁力线穿过手心（手心对极），四指指向电流方向，则拇心对极），四指指向电流方向，则拇指所指的方向就是导体受力方向。指所指的方向就是导体受力方向。 举例：举例：试

29、标出导体受力方向或电流试标出导体受力方向或电流方向。方向。NSINFINNSFNSFSNNSF/53302 2、磁场对磁场对通电线圈通电线圈的作用的作用 研究研究磁场对通电线圈的作用更有其实际意义，因为常用的磁场对通电线圈的作用更有其实际意义，因为常用的磁电式仪表都是根据这一原理制成。磁电式仪表都是根据这一原理制成。abcdF1F2 ）通电线圈在磁场中受力）通电线圈在磁场中受力转动转动 在在均匀磁场中放置一通电矩形线圈均匀磁场中放置一通电矩形线圈abcdabcd，当线圈平面与磁力线平行时，当线圈平面与磁力线平行时，adad和和bcbc边与磁力线平行不受磁场的作用力。边与磁力线平行不受磁场的作用

30、力。但但abab和和cdcd边因与磁力线垂直将受到磁力边因与磁力线垂直将受到磁力的作用，即的作用，即F1F1和和F2F2，而且，而且F1=F2=BILF1=F2=BIL，受到作用力的两个边叫有效边受到作用力的两个边叫有效边。 两两有效边所受到的作用力不仅大小有效边所受到的作用力不仅大小相等（两有效边电流相等，长度相同，相等（两有效边电流相等，长度相同，同处一均匀磁场），而且根据左手定则同处一均匀磁场），而且根据左手定则可知，受力方向相反（电流方向相反），可知，受力方向相反（电流方向相反），因而构成一对偶力，将线圈绕轴作顺时因而构成一对偶力，将线圈绕轴作顺时针转动针转动。 /53312 2）通电

31、线圈在磁场中的转矩）通电线圈在磁场中的转矩 设设ab=cd=Lab=cd=L1 1，ad=ad=bcbc=L=L2 2，abab边和边和cdcd边边所受的作用力分别为所受的作用力分别为F F1 1和和F F2 2。 根据根据物理学中，力偶矩（转矩）物理学中，力偶矩（转矩）MM等等于其中任一个力与力偶臂的乘积于其中任一个力与力偶臂的乘积， 因而，此时因而，此时的转矩为：的转矩为：M=FM=F1 1L L2 2 因为因为F F1 1=BIL=BIL1 1，所以，所以M=BILM=BIL1 1L L2 2，又因，又因为为L L1 1L L2 2=S=S（线圈的面积（线圈的面积），）， 所以，所以，M

32、=BIS M=BIS 式中式中：B B：均匀磁场的：均匀磁场的磁感应强度磁感应强度（特）（特） I I：线圈中的电流（安）：线圈中的电流（安） S S：线圈的面积（米：线圈的面积（米2 2） abcdF1F2/5332 线圈线圈在转矩在转矩MM的作用下旋转，有效边不可的作用下旋转，有效边不可能始终与磁力线保持能始终与磁力线保持9090，当线圈平面的法线，当线圈平面的法线与磁力线的夹角为与磁力线的夹角为时，则线圈的转矩为：时，则线圈的转矩为：M=M=BIBIS Ssinsin 以上以上所述为单匝线圈的转矩表达式，实际所述为单匝线圈的转矩表达式，实际磁电式仪表的动圈为多匝，磁电式仪表的动圈为多匝，

33、对于有对于有N N匝的动圈匝的动圈，所受到的转矩为单匝的所受到的转矩为单匝的N N倍，即倍，即： M=M=NBISsinNBISsin F F1 1F F2 2S SN N129090120 0 上述上述得知，当线圈与磁力线平行时，得知，当线圈与磁力线平行时，=90=90，sin90=1sin90=1，此，此时的转矩达到最大时的转矩达到最大M=NBIM=NBI， 当当线圈垂直于磁力线时，线圈垂直于磁力线时，=0=0，sin0=0sin0=0，这时的转矩，这时的转矩M=0M=0。 /5333六、六、电磁感应电磁感应英国科学家法拉第发现：当导体相对于磁场做切割磁力线英国科学家法拉第发现：当导体相对

34、于磁场做切割磁力线运动，或线圈中的磁通发生变化时，都有运动，或线圈中的磁通发生变化时，都有感生电动势产生感生电动势产生， 若若导体或线圈是闭合回路的一部分，则导体或导体或线圈是闭合回路的一部分，则导体或线圈将线圈将产生产生感生电感生电流流，这种现象叫做，这种现象叫做电磁感应电磁感应，俗称，俗称动磁生电动磁生电。发电机和变压器等都是根据这一原理制成的。发电机和变压器等都是根据这一原理制成的。 1 1、右手定则（发电机定则）右手定则（发电机定则） 直直导体切割磁力线所产生的感生电动势的方向可用右手定导体切割磁力线所产生的感生电动势的方向可用右手定则来判断。则来判断。根据磁力线方向及导体运动根据磁力

35、线方向及导体运动方向方向可可确定确定感生电动势方向。感生电动势方向。 具具休做法：展开右手掌，四指与拇指成休做法：展开右手掌，四指与拇指成9090并平行，手心对并平行，手心对磁力线方向（即磁力线方向（即N N极），拇指指向导体运动方向，则四指所指极），拇指指向导体运动方向，则四指所指的为感生电动势方向。的为感生电动势方向。 /5334磁场对运动直线导体的电磁感应现象演示磁场对运动直线导体的电磁感应现象演示 SABNG 导体导体切割磁力线，导体中切割磁力线，导体中有有电动势电动势E产生产生。EN/5335判断感应电动势的方向判断感应电动势的方向NS运动方向运动方向磁力线方向磁力线方向感生电动势感

36、生电动势方向方向NS运动方向运动方向磁力线方向感应电势方向/5336N NS SN N极极向下向下插入插入拔出感应电流方向（俯视）逆时针逆时针 顺时针顺时针穿过回路磁通量的变化增大增大减小减小原磁场方向向下向下向下向下感应电流磁场方向向上向上向下向下N NS S_+_+2 2、楞次定律、楞次定律 /53371、导体切割磁力线，产生感生电流-右手。2、感生电流产生磁场-右手。磁力线方向楞次定律楞次定律NSGE线圈中的磁通发线圈中的磁通发生变化，线圈中有生变化，线圈中有感应电动势产生。感应电动势产生。感应电流所产生感应电流所产生的磁通和原磁通的的磁通和原磁通的方向相反。方向相反。楞次定律楞次定律/

37、5338 判断判断感生电感生电动势或感生电流动势或感生电流方向方向的方法。的方法。NSG1.确定原磁通的方向；确定原磁通的方向；3.根据楞次定律确定感根据楞次定律确定感生磁通的方向：生磁通的方向：原磁通增加，方向相反；原磁通增加，方向相反；原磁通减少，方向相同。原磁通减少，方向相同。4.根据安培定则判断线根据安培定则判断线圈感应电动势或感应电圈感应电动势或感应电流的方向。流的方向。EE2.确定原磁通的变化确定原磁通的变化趋势；趋势；/5339注意注意：观察观察电流方向。电流方向。楞次定律楞次定律（磁通变化磁通变化）第一，导体中产生感生电动势和感生电流的条件是：导体切第一，导体中产生感生电动势和

38、感生电流的条件是：导体切割磁力线运动，或线圈中的磁通发生变化时，导体或线圈就会产割磁力线运动，或线圈中的磁通发生变化时，导体或线圈就会产生感生电动势，若导体和线圈是闭合的，就会产生感生电流。生感生电动势，若导体和线圈是闭合的，就会产生感生电流。第二、感生电流的磁场总是阻止原磁场的变化，也就是说，第二、感生电流的磁场总是阻止原磁场的变化，也就是说，线圈中的磁通要增加时，感生电流就要产生一个磁场去阻止它增线圈中的磁通要增加时，感生电流就要产生一个磁场去阻止它增加；当线圈中的磁通要减少时，感生电流所产生的磁场将阻止它加；当线圈中的磁通要减少时，感生电流所产生的磁场将阻止它减少减少。 楞次定律楞次定律

39、为我们提供了一个判断感生电动势或感生电流方向为我们提供了一个判断感生电动势或感生电流方向的法则。的法则。具体步骤：具体步骤：（1 1）首先判定原磁通方向及其变化趋势（是增加还是减）首先判定原磁通方向及其变化趋势（是增加还是减少）。少）。（2 2）根据感生电流的磁场方向永远和原磁通变化方向相反）根据感生电流的磁场方向永远和原磁通变化方向相反的原则确定感生电流磁场方向。的原则确定感生电流磁场方向。（3 3）利用右手螺旋法则，判断感生电流方向。）利用右手螺旋法则，判断感生电流方向。 /53403 3、法拉第电磁感应定律、法拉第电磁感应定律 楞次定律楞次定律说明感生电动势的方向，没有回答感生电动势的大

40、说明感生电动势的方向，没有回答感生电动势的大小小。法拉第电磁感应定律是对此的一个补充。法拉第电磁感应定律是对此的一个补充。 不难不难发现，检流器指针偏转角度的大小与磁铁插入或拔出线发现，检流器指针偏转角度的大小与磁铁插入或拔出线圈的速度有关，当速度快时，指针偏转大，反之则小。磁铁插圈的速度有关，当速度快时，指针偏转大，反之则小。磁铁插入、拔出的快与慢正是反映了线圈磁通变化的快慢。入、拔出的快与慢正是反映了线圈磁通变化的快慢。 即：即： 线圈线圈中感应电动势的大小与穿过同一回路的中感应电动势的大小与穿过同一回路的磁通变化率磁通变化率（即变化快慢）成正比。（即变化快慢）成正比。 te/5341 右

41、手右手定则只能判断感生电动势的方向定则只能判断感生电动势的方向，不能，不能确确定感生电动势的大小。定感生电动势的大小。eBlvsin磁感应强度，磁感应强度，特斯拉（特斯拉（T）导体有效长度，导体有效长度，米米（m）导体在磁场中的运动导体在磁场中的运动速度，米速度，米/ /秒（秒（m m/ /s s）导体运动方向与导体运动方向与磁力线的夹角。磁力线的夹角。SNB/5342 例例：导体长：导体长0.5m0.5m，按图示方向运动，速度为，按图示方向运动，速度为100cm/s100cm/s，磁感，磁感应强度应强度0.6T0.6T，确定感生电动势的大小。，确定感生电动势的大小。 NS运动方向运动方向解：

42、解：感生电动势：感生电动势：e=e=BlvBlv=0.6=0.61 10.5=0.3V0.5=0.3V 由于由于导体垂直于磁力线运动，其夹角为导体垂直于磁力线运动，其夹角为9090，sin90=1sin90=1，此，此时导体产生的感生电动势最大，即时导体产生的感生电动势最大，即emem= =BvlBvl。 /53435 5、自感：、自感： 试验试验- -电流变化电流变化I I 增大增大感应电流感应电流E感应电动势感应电动势/5344楞次定律说，此楞次定律说，此时产生一个阻碍时产生一个阻碍原磁通反方向磁原磁通反方向磁通，如下通，如下图灰线。图灰线。 变化的灰线磁通变化的灰线磁通产生感应电流，产生

43、感应电流，方向用右手定则，方向用右手定则，如下图。如下图。 线圈本身电流发生变化引起磁场强度变化，可利用楞次定律分析。 通过线圈本身电流发生变化而引起的电磁感应，称通过线圈本身电流发生变化而引起的电磁感应，称自感自感。 由自感产生的感生电动势，叫由自感产生的感生电动势，叫自感电动势自感电动势，用，用e eL L表示。表示。 线圈线圈中每通过单位电流所产生的自感磁通数，叫中每通过单位电流所产生的自感磁通数，叫自感系数，自感系数，也称为也称为电感电感，用，用L L表示，即表示，即 式中：式中： ：通过线圈的电流：通过线圈的电流i i所产生的所产生的自感自感磁通（韦）磁通（韦） i i：通过线圈的电

44、流（：通过线圈的电流（A A） L L：电感（亨）：电感（亨） 电感电感是衡量线圈产生自感磁通本领大小的物理量（电感只是衡量线圈产生自感磁通本领大小的物理量（电感只存在于线圈存在于线圈）。）。 电感电感线圈的电气符号：线圈的电气符号： i iL L 空心：空心： 有铁芯：有铁芯： /5345 如果如果一个线圈中通过一个线圈中通过1A1A电流，能产生电流，能产生1 1韦伯的自感磁通，那韦伯的自感磁通，那么该线圈的电感就为么该线圈的电感就为1 1亨利，简称亨（亨利，简称亨（H H）。）。 电感的单位：电感的单位： 1 1亨（亨（H H）=10=103 3毫亨（毫亨（mHmH）1 1毫亨（毫亨（mH

45、mH）=10=103 3微亨（微亨（ H H） 电感电感L L的大小的大小不但与线圈匝数、几何形状有关，而且与线不但与线圈匝数、几何形状有关，而且与线圈中媒介质的导磁率有密切关系（铁芯圈中媒介质的导磁率有密切关系（铁芯）。）。 对对有铁芯的线圈而言，电感有铁芯的线圈而言，电感L L不是一个常数，对空心线圈，不是一个常数，对空心线圈，当其结构一定时，电感当其结构一定时，电感L L为常数，我们把电感为常数，我们把电感L L为常数的线圈称为常数的线圈称为为线性电感线性电感。 线性线性电感自感电动势为：电感自感电动势为： 式中：式中： 为为电流变化率，负号表示自感电动势的方向和外电电流变化率，负号表示

46、自感电动势的方向和外电流变化方向相反。流变化方向相反。 t ti iL Le eL Lt ti i/5346 以上以上讨论得出结论：讨论得出结论：（1 1）自感电动势）自感电动势e eL L是由通过线圈本身电流的变化而产生的。是由通过线圈本身电流的变化而产生的。（2 2）对于线性电感，自感电动势的大小（绝对值）等于电感）对于线性电感，自感电动势的大小（绝对值）等于电感和电流变化率的乘积，电流变化幅值越大，自感电动势就越大。和电流变化率的乘积，电流变化幅值越大，自感电动势就越大。（3 3）自感电动势的方向，线圈中外电流增大时，感生电流的）自感电动势的方向，线圈中外电流增大时，感生电流的方向与外电

47、流方向相反；当外电流减少时，自感电动势感生电流方向与外电流方向相反；当外电流减少时，自感电动势感生电流的方向与外电流方向一致的方向与外电流方向一致。 自感自感电动势始终在阻止外电流的变化。电动势始终在阻止外电流的变化。 自感自感电动势对我们实际工作有利有弊电动势对我们实际工作有利有弊： 如，工矿企业如，工矿企业用的直流电动机，其定子绕组接电源时必须串用的直流电动机，其定子绕组接电源时必须串联一个电感线圈（即扼流圈），用它来保证直流电流的连续和平联一个电感线圈（即扼流圈），用它来保证直流电流的连续和平滑。滑。但在含有较大电感量元件的线路上断电，会产生很高的自感但在含有较大电感量元件的线路上断电，

48、会产生很高的自感电动势，产生大电弧，给操作人员带来不安全因数，具体防范我电动势，产生大电弧，给操作人员带来不安全因数，具体防范我们在后几章讨论。们在后几章讨论。 /5347 又如，我们又如，我们日常工作生活中使日常工作生活中使用的荧（日）光灯，镇流器就是一用的荧（日）光灯，镇流器就是一个带铁芯的电感线圈，它在荧光灯个带铁芯的电感线圈，它在荧光灯的启辉阶段，靠电流的突变产生的的启辉阶段，靠电流的突变产生的自感电动势来击穿灯管。工作阶段自感电动势来击穿灯管。工作阶段它又起限流作用它又起限流作用。6 6、互感、互感： 两两个线圈之间的电磁感应，叫做个线圈之间的电磁感应，叫做互感互感，由互感产生的电动

49、，由互感产生的电动势叫做势叫做互感电动势互感电动势。 /5348平面动画演示平面动画演示I I 增大增大IE磁耦合线圈磁耦合线圈互感互感/5349 在在实际工作中广泛使用的各种变压器就是根据互感的原理实际工作中广泛使用的各种变压器就是根据互感的原理制成，它不但能传递电能，还具有良好的隔离作用，因为它两制成，它不但能传递电能，还具有良好的隔离作用，因为它两线圈间无直接电联系，只有电磁感应线圈间无直接电联系，只有电磁感应互感互感。 互感互感电动势的大小正比于穿过本线圈磁通的变化率，俗称电动势的大小正比于穿过本线圈磁通的变化率，俗称“动磁生电动磁生电”，或正比于另一线圈中电流的变化率，俗称，或正比于另一线圈中电流的变化率，俗称动电动电生磁生磁。（互感电动势的具体分析计算较复杂。（互感电动势的具体分析计算较复杂，略），略） 在在实际工作中，凡两个线圈靠近，一个线圈电流变化，实际工作中，凡两个线圈靠近，一个线圈电流变化，另一个线圈就必定产生互感吗另一个线圈就必定产生互感吗