4.7涡流、电磁阻尼和电磁驱动课件.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,4.7,涡流、电磁阻尼和电磁驱动,1,+,+,+,I,B,B,E,+,+,+,涡旋电场,I,2,思考与讨论,电动机和变压器的工作原理都跟电磁感应现象有关，内部都有铁芯结构，为什么电动机和变压器等的铁芯都不是整块金属，而是用许多相互绝缘的薄硅钢片叠合而成？,3,一、涡流,(,eddy current,),1,、定义：,块状金属,在变化的磁场中或在磁场中运动时,金属块内产生的自成闭合回路的感应电流,，叫涡电流，简称涡流。,2,、如图所示，绝缘导线绕在金属块上，当通以交变电流时，磁通量不断变化，将产生涡流，由于金属块电阻小产生涡流很强，使铁芯发热浪费电能。,3,、如图所示，薄硅钢片使涡流被限制在狭窄的薄片之内，使电阻增大，减弱涡流，减小损失。且硅钢片比普通钢片电阻率大，其涡流损失只有普通钢的,1/51/4,。,I,I,I,4,二、涡流的利用,1,、如图所示的高频感应炉，利用涡流的热效应来熔化金属。交流电的频率越高，金属熔炉中的感应电动势就越大，金属材料的电阻率越小，产生的涡流热效应就越强。,2,、高频感应炉优点：,速度快，温度易控制，整个过程在真空中进行，能避免有害杂质混入被冶炼的金属中，适于冶炼特种合金和特种钢。,5,高频焊接机原理,：线圈中通以高频电流，内部焊接工件由于电磁感应产生感应电流，频率越高，产生的感应电流越大。由于焊接缝处接触电阻很大，放出的热量很多，致使温度升高将金属熔化，焊接在一起。应用于焊接自行车车架。,二、涡流的利用,6,二、涡流的利用,生活中的,电磁炉,，也是利用电磁感应中的涡流的热效应来烧菜做饭的。,7,8,9,10,二、涡流的利用,线圈,探雷器,的长柄线圈中，通有变化的电流，在其周围就产生变化的磁场，埋在地下的金属物品，由于电磁感应而形成涡流，涡流的磁场反过来又作用于线圈，使仪器报警。,11,二、涡流的利用,机场、车站及重要场所的,安检门,及工作人员手上的,探测器,，也是利用与探雷器类似的电磁感应原理使仪器报警，来探测进出人员身上携带的金属物品。,12,三、涡流的防止,变压器和电动机的铁芯不采用整块金属，而是由许多,相互绝缘,的,电阻率很大,的,薄硅钢片,叠合而成，目的就是为了减弱铁芯中由于电磁感应而产生的涡流的热效应，从而减少电能的损耗，同时避免破坏绝缘层，对电器起到了保护的作用。,13,思考与讨论,为什么磁电式电表的线圈要用铝框做骨架呢？,绕有线圈的铝框,电学测量仪器要求指针的摆动很快停下来，也是利用了铝框中产生的涡流，从而通过磁场对这个涡流的作用力阻碍它们的摆动，使指针能很快地指到示数的位置上。,14,2,、应用：磁电式电表中安装的使指针很快地停下的铝框；电气机车内部可使机车快速停下的电磁制动器等,四、电磁阻尼,(,eletromagnetic damping,),1,、电磁阻尼现象：当导体在磁场中运动时，感应电流会使导体受到安培力，安培力的方向总是阻碍导体的运动，这种现象称为电磁阻尼。,15,16,思考与讨论,用手晃动微安表的表壳，发现指针来回振动后，会因超出刻度所标的偏转范围而卡住，而在车辆长途运输微安表时，都要用导线把微安表两个接线柱连在一起，这又是为什么？,微安表是一种高灵敏度，高精度电流表，,表内的指针因振动会产生摇摆，剧裂摇摆会使微安表造成指针打偏、降低灵敏度、或失灵等。故在运输中，用导线短路两接线柱，使内部表头线圈闭合产生磁阻，大大降低因外界的摇摆、振动对表头的影响。,17,五、电磁驱动,2,、应用：交流感应电动机，家用电度表，车内的速度计等。,1,、电磁驱动：磁场相对于导体转动，在导体中产生感应电流，感应电流使导体受到安培力，安培力使导体跟着磁场转动，这种现象称为电磁驱动。,18,1,、下列哪些措施是为了防止涡流的危害（）,A,、电磁炉所用的锅要用平厚底金属锅,B,、磁电式电表的线圈常常用铝框做骨架，把线圈绕在铝框上,C,、变压器的铁芯不做成整块，而是用许多电阻率很大的硅钢片叠合而成,D,、变压器的铁芯每片硅钢片表面有不导电的氧化层,CD,课堂练习,19,2,、在水平放置的光滑导轨上，沿导轨固定一个条形磁铁，如图。现有铁、铝和有机玻璃制成的滑块甲、乙、丙，使它们从导轨上的,A,点以某一初速度向磁铁滑去。各物块在碰上磁铁前的运动情况是,(,),A,、都做匀速运动,B,、甲做加速运动,C,、乙做匀速运动,D,、丙做匀速运动,BD,课堂练习,注意：铁磁化相吸，铝电磁感应产生涡流，故铁加速，铝减速,20,电磁阻尼，使金属盘，磁铁和金属球快速停下，机械能转化为电能以热的形式散发到周围的空气中。,电磁感应的其他一些应用,v,v,21,动圈式话筒,话筒,就是利用电磁感应，把声音信号转变为电信号的装置。,22,磁带录音机,录音,：声音使话筒中产生随声音变化原感应电流,音频电流，经放大后，进入录音磁头的线圈中，在磁头的缝隙产生随音频电流变化的磁场，磁带在紧贴磁头缝隙运动，磁带上的磁粉层被磁化，从而录下声音的磁信号。,23,延时继电器,原理,：合上,S,时，电流恒定，,A,中线圈磁极上端为,N,极，吸住衔铁,D,，使,D,与触头,C,接通；当,S,断开时，电流减小，,B,线圈电磁感应，阻碍电流减小，产生顺时针电流，再吸住,D,一段时间后才使,D,与,C,断开。,24,电磁流量计,圆管的正视图,左视图,1,、流量,Q,：单位时间内流过的液体的体积。,2,、原理：流动液体切割磁感线，在,ab,两端形成电势差为,U,ab,=Bdv,可得流量,Q,为,Q=,d,2,v/4,即,Q=,dU,ab,/4B,25,超导材料由于它的抗磁性，已被应用于磁悬浮高速列车。如图是磁悬浮的原理，图中,P,是圆柱形磁铁，,Q,是用高温超导材料制成的超导圆环，将,Q,水平放在磁铁,P,上，它就能在磁力作用下悬浮在磁铁,P,的上方空中。,（,1,）在,Q,放入磁场过程中，,Q,中有无感应电流？,（,2,）根据题中提供的信息，,Q,的,N,极指向如何？,（,3,）根据（,2,）的结论，,Q,中的电流方向如何？,（,4,）稳定后，感应电流消失吗？,磁悬浮的原理,N,P,Q,26,如果把永磁体圆片置于超导体上方，靠近超导体时，下方的超导体如同一块和上方的永磁体同极相对的磁铁一样，使永磁体受到向上的斥力。当斥力和重力平衡时，永磁体便悬浮在超导体上方某一高度不动了。,磁悬浮列车,与此相似，若在车辆底部安装超导磁体，在轨道两旁埋设一系列闭合铝环，整个列车由埋在底下的线性同步电动机来驱动。运行时，列车凌空浮起，使车与轨道间的摩擦减为零。,27,2,、到,1979,年，磁悬浮列车已经创造,517km/h,的速度记录，每小时的能耗仅为飞机的,1/3,。,1,、中国：在上海，拥有一条时速超过,400km,的高速列车线,“,横空出世,”,从浦东机场到陆家嘴长达,40km,的磁悬浮示范线。,3,、德国：拥有一条,31.5km,的载人磁悬浮专线。,4,、日本：,18.4km,的电动超导磁悬浮试验线也已建好，时速达,550km,。,磁悬浮列车,28,日光灯的构造,29,日光灯管,1,、灯丝的作用：,2,、灯管内充的汞蒸汽的作用：,给气体加热，并给气体加上高电压,在高压下导电发出紫外线,3,、灯管内壁涂的荧光粉的作用：,受到紫外线照射可发出可见光,30,镇流器,是自感系数很大的带铁芯的线圈，,作用：,启动时，产生瞬时高电压（达上千伏），帮助点燃；正常工作时的感抗降压限流（,40W,的灯管为,100,伏），保护灯管。,31,启动器,作用,：自动开关，可用普通开关或短绝缘导线代替。正常工作时不起作用，可以去掉。,受热易膨胀,防止动、静片分离时产生火花，烧毁触点,若自感电压过高，电容将击穿，不能实现断电自感,32,日光灯的工作原理,1,、日光灯的点燃过程：,闭合开关，电压加在启动器两极间，氖气放电发出辉光，产生的热量使,U,型动触片膨胀伸长，跟静触片接触使电路接通。灯丝和镇流器中有电流通过。,电路接通后，启动器中的氖气停止放电，,U,型片冷却收缩，两个触片分离，电路自动断开。,在电路突然断开的瞬间，由于镇流器电流急剧减小，会产生很高的自感电动势，方向与电源电动势方向相同，这个自感电动势与电源电压,加在一起，形成一个瞬时高压，,加在灯管中的气体开始放电，,于是日光灯成为电流的通路开,始发光。,33,2,、日光灯正常发光：,日光灯开始发光后，由于交变电流通过镇流器线圈，线圈中会产生自感电动势，它总是阻碍电流变化的，这时的镇流器起着降压限流的作用，保证日光灯正常发光。,日光灯的工作原理,34,