汽车电工电子技术课件 任务1磁场与磁路

4.1磁场与磁路演讲人4.1.1磁场的概念及性质磁场是存在于磁体周围的一种特殊物质。英国物理学家法拉第提出，在电荷、电流或磁体周围存在着一种被他称为“场”的物质，正是这种“场”传递着电或磁的作用，他还进一步把这种看不见、摸不着的“场”用“场线”给出形象化的描绘，提出电场线和磁场线的概念。显然这个“场”已经得到世界的公认。磁场线，又称磁感线或磁力线，为了形象地描述磁场的强弱和方向，我们在磁场里画出一系列有方向的曲线，并使曲线上每一点的切线方向都跟该点的磁场方向一致，这些曲线叫做磁感线。如图4.1所示。4.1.1磁场的概念及性质它虽然在实际中看不见摸不着，但我们不妨可以通过某种手段去“观察”它。大家也可以做个小实验，在一块磁铁周围撒上一层薄薄的铁粉，如图4.2中所示。不难发现，磁场线其实是一些闭合曲线，且越靠近磁极，铁粉越密。a)条形磁铁磁感线b)马蹄形磁铁磁感线

图4.1磁铁磁场的磁感线分布4.1.1磁场的概念及性质另外，大家也可以拿小磁针放在磁铁周围的不同位置，就可以发现指针的方向是变化的。小磁针在磁场中某点静止时N极所指的方向为该点的磁场方向。

总而言之，磁体周围存在磁场，磁场可以用磁感线表示，磁感线是有方向的，在磁体内部是从南极指向北极，在磁体外部是从北极出来再进入南极，磁感线在磁极处密集，并在该处产生最大磁场强度，离磁极越远，磁感线越疏。图4.2磁铁周围铁粉的分布4.1.2描述磁场的基本物理量大家对磁有了一定的认识后，我们接着来学习磁场中的基本物理量。一、磁场的基本物理量1、磁感应强度B磁感应强度是表征磁场中某点的磁场强弱和方向的基本物理量，用符号B表示，是一个矢量，与电流的方向之间符合右手螺旋定则。其大小定义为：其中，F为导体段所受的安培力I为流过导体的电流l为导体段的长度单位是T（特斯拉）。各点磁感应强度大小相等，方向相同的磁场，称为均匀磁场，也称匀强磁场。4.1.2描述磁场的基本物理量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量，简称磁通，用Φ表示，单位是Wb（韦伯），它是一个标量。1T=1Wb/m2

Φ=ΒS3、磁导率μ磁导率是一个用来表示磁场介质磁性的物理量，也就是用来衡量物质导磁能力的物理量，用符号μ表示，单位是H/m（亨/米），其值由介质的性质所决定。真空中的磁导率是一个常数，用μ_0表示，即μ_0=4π×〖10〗^(-7)H/m。。其它任一介质的磁导率与真空的磁导率的比值称为相对磁导率，用μ_r表示，即μ_r=μ/μ_0。不同材料的相对磁导率μ_r相差很大。非铁磁材料如空气、木材、玻璃、铜、铝和绝缘材料等，它们的磁导率接近于真空磁导率μ_0。而铁磁材料如铁、镍、钴及其合金、硅钢片等的磁导率比非铁磁材料的要高〖10〗^2~〖10〗^6倍。4.1.2描述磁场的基本物理量磁场介质的磁导率越大，材料的导磁能力就越好，所以磁感线大多数沿铁磁物质流通，只有少部分沿非铁磁物质散播。4、磁场强度H磁场中各点磁感应强度的大小与介质的性质有关，因此使磁场的计算显得比较复杂。为了简化计算，便引入磁场强度这一物理量，它与周围介质无关。磁场强度用符号H表示，单位是A/m（安/米），它也是一个矢量。磁场强度也是表征磁场性质的一个基本物理量，它和磁感应强度B之间的关系为B=μH或H=B/μ。

4.1.3铁磁性材料及其性质根据相对磁导率的大小，可把材料分为非铁磁性材料和铁磁性材料。相对磁导率(r≈1的材料为非铁磁性材料，如空气、木材、纸、铝、铬、铂、氢、铜等。相对磁导率远大于1，其可达几百甚至数万以上的材料为铁磁性材料，如铁、钴、镍、硅钢、坡莫合金、铁氧体等。一、铁磁性材料特点1.高导磁性铁磁性材料的磁导率通常都很高，即mr>>1(如坡莫合金，其mr可达2´105)。铁磁性材料能被强烈的磁化，具有很高的导磁性能。铁磁性物质能被磁化的内因是由于其内部有许多天然的磁性区域——磁畴，在没有外界磁场的作用时，内部磁畴排列杂乱无章，这些小磁畴本身所具有的磁性相互抵消，所以对外不呈现磁性。但在外界磁场的作用下，其内部磁畴开始偏转，逐步排列整齐，且方向趋于外界磁场方向，形成附加磁场，因此，在铁磁材料两端就显示磁性，这个过程称为磁化。铁磁性材料在外磁场作用下磁化，使得原磁场大为增强，因此其导磁率高。非铁磁性物质内部没有磁畴结构，在外磁场作用下不会产生磁化，故导磁率低。工程上利用铁磁性材料的高导磁性，将电动机、变压器及其它许多电工设备的线圈都绕制在铁磁性材料上，以便用较小的励磁电流产生较大的磁场。4.1.3铁磁性材料及其性质铁磁性物质的磁化特性可用磁化曲线来表示，如图4.3所示。各种铁磁性物质的磁化曲线B＝f（H）是用实验方法测出来的。该曲线大致可分为3段：图4.3(a)中Oa段，B与H几乎成正比地增加；在ab段，B增加就变缓慢，铁磁性物质开始进入饱和状态，这段称为磁化曲线的膝部。电机等铁心的磁感应强度B多数选择在这个部位。b点称饱和点，一般为0.8-1.8T。在bc段，B随H增加得极少，这时铁磁物质处于饱和状态。图4.3磁化曲线4.1.3铁磁性材料及其性质上述分析说明，在铁磁性物质的磁化过程中，当外磁场增到一定值时，几乎所有的磁畴都与外磁场的方向一致，即使再增大励磁电流，也不会使铁磁性材料的磁性继续增强，也就是出现了磁饱和现象。由图4.3（b）可知，铁磁性材料的磁导率µ是个变量，它随磁场的强弱而变化。3.磁滞性如果铁磁性物质在磁化时所加的励磁电流是大小和方向都随时间变化的交变电流，那么在电流交变的一个周期中，磁感应强度B随磁场强度H的变化关系如图4.4所示。由图可知，当H减少时，B也随之减小，但当H=0时，B却不为零，即磁感应强度B的变化滞后H的变化，铁磁材料的这种特性称为磁滞性，如图所示的磁化曲线称为磁滞回线。当励磁电流减少到零时，铁心中的磁场强度H=0，但铁心中的磁性并未完全消失，其磁感应强度B=Br，称为剩磁感应强度，简称剩磁。如要去掉剩磁，则需在反方向使铁心磁化，即要改变励磁电流的方向。使B=0的反向磁场强度称为矫顽磁力Hc。4.1.3铁磁性材料及其性质二、铁磁性材料的分类和用途根据工程上用途的不同可将铁磁性物质分为三大类。1.软磁材料软磁材料的特点是磁导率很高、易磁化、易去磁、剩磁很小。典型的软磁材料有硅钢片、铸铁、坡莫合金等。硅钢片主要用来制作电动机和变压器的铁心，坡莫合金用来制造小型变压器、高精度交流仪表（灵敏继电器、磁放大器等）。2.硬磁材料硬磁材料的特点是需要较强的外磁场的作用，才能使其磁化，但一经磁化、能保留很大的剩磁且不易去磁，其典型材料有钴钢、碳钢等。因其剩磁强，不易退磁，常用于制作各种形状的永久磁铁。4.1.3铁磁性材料及其性质3.矩磁材料矩磁材料的特点是在很弱的外磁场作用下就能被磁化，并达到磁饱和。当撤掉外磁场后，磁性仍然保持与磁饱和状态相同。矩磁材料主要用于制作各类存储器记忆元件的磁芯。图4.4磁滞回线

4.1.4磁路磁力线（磁通）通过的路径称为磁路。电机、变压器等采用铁磁性材料的电器设备中，由于导磁能力很强，不但可以用较小的励磁电流获得较大的磁通，而且可使磁通基本上沿着铁磁性材料闭合，图4.5显示出了几种常见的磁路。磁路中的铁磁材料称为铁心。磁路中除铁心外往往还有一些非铁磁性物质，如空气间隙等。由于磁感线是连续的，所以通过无分支磁路各处横截面的磁通是相等的。a)单相变压器磁路b)直流电动机磁路c)磁电式仪表器磁路

图4.5几种常见的磁路4.1.4磁路2.磁路欧姆定律我们可将磁路与电路进行对比。磁路中的磁动势IN好比是电路中的电动势，磁通Φ好比是电流。在无分支电路中，电动势与电流的比值是全电路的电阻；类似地，我们把无分支磁路中磁动势IN与磁通𝛷的比值称为全磁路的磁阻，记做𝑅m，有