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1、电工电子技术项目课程项目名称稳压电源制作项目编号03知识目标技能目标建议教学学时14建议实训学时6任务一：磁路与变压器（4课时）教学内容：磁路的基本知识；变压器的工作原理及其使用；教学要求：了解磁路中磁通、磁感应强度等基本物理量的含义； 掌握变压器的工作原理及其使用方法；教学过程：一、电流的磁效应1磁场（1）磁场：磁体周围存在的一种特殊的物质叫磁场。磁体间的相互作用力是通过磁场传送的。磁体间的相互作用力称为磁场力，同名磁极相互排斥，异名磁极相互吸引。（2）磁场的性质：磁场具有力的性质和能量性质。（3）磁场方向：在磁场中某点放一个可自由转动的小磁针，它N极所指的方向即为该点的磁场方向。2磁感线（
2、1）磁感线图5-2 条形磁铁的磁感线图5-2 条形磁铁的磁感线在磁场中画一系列曲线，使曲线上每一点的切线方向都与该点的磁场方向相同，这些曲线称为磁感线。如图5-1所示。图5-1 磁感线 （2）特点磁感线的切线方向表示磁场方向，其疏密程度表示磁场的强弱。磁感线是闭合曲线，在磁体外部，磁感线由N极出来，绕到S极；在磁体内部，磁感线的方向由S极指向N极。任意两条磁感线不相交。说明：磁感线是为研究问题方便人为引入的假想曲线，实际上并不存在。图5-2所示为条形磁铁的磁感线的形状。（3）匀强磁场在磁场中某一区域，若磁场的大小方向都相同，这部分磁场称为匀强磁场。匀强磁场的磁感线是一系列疏密均匀、相互平行的直
3、线。3电流的磁场（1）电流的磁场直线电流所产生的磁场方向可用安培定则来判定，方法是：用右手握住导线，让拇指指向电流方向，四指所指的方向就是磁感线的环绕方向。环形电流的磁场方向也可用安培定则来判定，方法是：让右手弯曲的四指和环形电流方向一致，伸直的拇指所指的方向就是导线环中心轴线上的磁感线方向。螺线管通电后，磁场方向仍可用安培定则来判定：用右手握住螺线管，四指指向电流的方向，拇指所指的就是螺线管内部的磁感线方向。（2）电流的磁效应电流的周围存在磁场的现象称为电流的磁效应。电流的磁效应揭示了磁现象的电本质。二、磁场的主要物理量1磁感应强度磁场中垂直于磁场方向的通电直导线，所受的磁场力F与电流I和导
4、线长度l的乘积Il的比值叫做通电直导线所在处的磁感应强度B。即 磁感应强度是描述磁场强弱和方向的物理量。磁感应强度是一个矢量，它的方向即为该点的磁场方向。在国际单位制中，磁感应强度的单位是：特斯拉(T)。用磁感线可形象的描述磁感应强度B的大小，B较大的地方，磁场较强，磁感线较密；B较小的地方，磁场较弱，磁感线较稀；磁感线的切线方向即为该点磁感应强度B的方向。匀强磁场中各点的磁感应强度大小和方向均相同。2磁通在磁感应强度为B的匀强磁场中取一个与磁场方向垂直，面积为S的平面，则B与S的乘积，叫做穿过这个平面的磁通量 F，简称磁通。即F = BS磁通的国际单位是韦伯(Wb)。由磁通的定义式，可得 即
5、磁感应强度B可看作是通过单位面积的磁通，因此磁感应强度B也常叫做磁通密度，并用Wb/m2作单位。3磁导率（1）磁导率 m磁场中各点的磁感应强度B的大小不仅与产生磁场的电流和导体有关，还与磁场内媒介质(又叫做磁介质)的导磁性质有关。在磁场中放入磁介质时，介质的磁感应强度B将发生变化，磁介质对磁场的影响程度取决于它本身的导磁性能。物质导磁性能的强弱用磁导率 m 来表示。m 的单位是：亨利/米(H/m)。不同的物质磁导率不同。在相同的条件下，m 值越大，磁感应强度B越大，磁场越强；m 值越小，磁感应强度B越小，磁场越弱。真空中的磁导率是一个常数，用 m0表示m0 = 4p 10-7 H/m（2）相对
6、磁导率 m r为便于对各种物质的导磁性能进行比较，以真空磁导率 m0为基准，将其他物质的磁导率 m 与 m0比较，其比值叫相对磁导率，用 mr表示，即4磁场强度在各向同性的媒介质中，某点的磁感应强度B与磁导率 m 之比称为该点的磁场强度，记做H。即磁场强度H也是矢量，其方向与磁感应强度B同向，国际单位是：安培/米(A/m)。必须注意：磁场中各点的磁场强度H的大小只与产生磁场的电流I的大小和导体的形状有关，与磁介质的性质无关。三、磁路的基本概念1磁路（1）主磁通和漏磁通如图5-12所示，当线圈中通以电流后，大部分磁感线沿铁心、衔铁和工作气隙构成回路，这部分磁通称为主磁通；还有一部分磁通，没有经过
7、气隙和衔铁，而是经空气自成回路，这部分磁通称为漏磁通。图5-13 有分支磁路图5-13 有分支磁路图5-12 主磁通和漏磁通（2）磁路磁通经过的闭合路径叫磁路。磁路和电路一样，分为有分支磁路和无分支磁路两种类型。图5-12给出了无分支磁路，图5-13给出了有分支磁路。在无分支磁路中，通过每一个横截面的磁通都相等。2磁路的欧姆定律（1）磁动势通电线圈产生的磁通 F 与线圈的匝数N和线圈中所通过的电流I的乘积成正比。把通过线圈的电流I与线圈匝数N的乘积，称为磁动势，也叫磁通势，即Em = NI磁动势Em的单位是安培(A)。（2）磁阻磁阻就是磁通通过磁路时所受到的阻碍作用，用Rm表示。磁路中磁阻的大
8、小与磁路的长度l成正比，与磁路的横截面积S成反比，并与组成磁路的材料性质有关。因此有式中，m 为磁导率，单位H/m，长度l和截面积S的单位分别为m和m2。因此，磁阻Rm的单位为1/亨(H-1)。由于磁导率 m 不是常数，所以Rm也不是常数。（3）磁路欧姆定律 磁路欧姆定律通过磁路的磁通与磁动势成正比，与磁阻成反比，即上式与电路的欧姆定律相似，磁通 F 对应于电流I，磁动势Em对应于电动势E，磁阻Rm对应于电阻R。因此，这一关系称为磁路欧姆定律。磁路与电路的对应关系磁路中的某些物理量与电路中的某些物理量有对应关系，同时磁路中某些物理量之间与电路中某些物理量之间也有相似的关系。图5-14 对应的电
9、路和磁路图5-14是相对应的两种电路和磁路。表5-2列出了电路与磁路对应的物理量及其关系式。表5-2 磁路和电路中对应的物理量及其关系式电 路磁 路电流 I电阻 电阻率 r电动势 E电路欧姆定律 磁通 F磁阻 磁导率 m磁动势 磁路欧姆定律 3全电流定律根据磁路的欧姆定律，将代入，可得将上式与对照，可得或 即磁路中磁场强度H与磁路的平均长度l的乘积，在数值上等于激发磁场的磁动势，这就是全电流定律。磁场强度H与磁路平均长度l的乘积，又称磁位差，用Um表示，即Um=Hl磁位差Um的单位为安培(A)。若所研究的磁路具有不同的截面，并且是由不同的材料构成的，则可以把磁路分成许多段来考虑，于是有或【例5
10、-1】匀强磁场的磁感应强度为5 10-2T，媒介质是空气，与磁场方向平行的线段长10cm，求这一线段上的磁位差。解： 四、变压器1变压器的作用和分类 变压器属于电磁感应作用的能量转换器件，它的主要作用是变电压、变电流和变阻抗，还可使电源和负载之间进行隔离等。一般变压器是由线圈绕在同一闭合磁路上而构成。线圈有两个或多个组成，接电源（信号源）的线圈叫初级线圈，传输能量给负载的线圈叫次级线圈。变压器的分类如图9.3.3所示。变压器常用字母符号或r表示。几种变压器如图9.3.4所示。 2变压器主要参数有（1）变比nnN1/N2=U1/U2，N1、N2分别为变压器初次级绕组的匝数，U1、U2为绕组电压。
11、（2）额定功率指变压器在额定电压，额定频率的情况下，变压器长时间工作在规定温升条件下的输出功率。额定功率的单位用VA（伏安）表示。（3）绝缘电阻变压器各绕组之间和各绕组与铁芯之间由于不是完全理想的绝缘，外加电压时，存在着一定的漏电，这就是绝缘电阻。绝缘电阻越大，漏电电流就越小。变压器绝缘电阻过小，就会使仪器、设备的外壳带电，对仪器设备的正常工作和人身安全带来危险。另外还有温升、空载电流、效率等参数。3变压器的检测（1）用万用表测电感和变压器。检测线圈直流电阻和绕组内部有无开路现象。万用表调至电阻挡，并将表笔接绕组两端头，这时绕组呈现一定的电阻值，这个电阻值就是绕组的直流电阻。若测得某一绕组的直
12、流电阻是无限大，则说该绕组内部导线已断；若已知绕组的正常直流电阻值，而测得电阻值比该绕组正常直流电阻值小得多，说明绕组有严重匝间短路。对于多个绕组的电感器，用万用表测电阻的方法判测各绕组的端头间的直流电阻，找出哪两个或几个端头属于同一个绕组。正常情况下各绕组间、绕组与铁心间、绕组与屏蔽层间的绝缘电阻都应是无限大。（2）用万用表测量变压器的同极性端。在使用中，有时需要知道变压器的同极性端（也叫同名端），但变压器上又无标志，就需要对变压器进行同名端的判测，可用下述方法（直流法）测定。测试电路如图9.3.5所示。图中T为待测试同极性端的变压器。将E为1.5伏干电池和开关S接于变压器初级（设定）两端。
13、将万用表拨到最小电压挡（如2.5伏）或最小电流挡（微安），接于变压器次级，如图9.3.5示接法。当开关合上瞬间，观察万用表指针的偏转方向，若表针向右方摆动一下，又回到零点，说明a端和c端（b端和d端）为同极性端，如图中所标示“”端为同极性端。若表针向左偏转，a端和d端是同极性端。 注意在测试中开关不要长时闭合，减少电池损耗。若表针偏转不太明显，可将变压器的初、次级交换后再进行测试。任务二：二极管的特性和应用（2课时）把一块纯净半导体一部份制成型半导体，另一部份制成型半导体，那么在型和型半导体之间的交界面上就形成了具有单向导电性能的结，分别从区和区引出两个电极，并以管壳封装就制成了二极管。从区引
14、出的电极称为正极，从区引出的电极称为负极。普通二极管的结构、伏安特性、电路图形符号如图9.4.1所示。 （a）结构 （ b）电路符号 图9.4.1二极管的结构、特性、电路符号普通二极管的的最大特点就是具有单向导电性。给二极管加上正向电压（P区电位高于N区电位）时，当正向电压大于死区电压（硅管约.5伏，锗管约.2伏），二极管导通。正常导通情况下管压降也很小（硅管约.7伏，锗管约0.3伏）。给二极管加反向电压（N区电位高于P区电位）时，随着反向电压的增大，二极管仅有很小的反向电流，二极管反向几乎不导电。这就是二极管的单向导电性。一、晶体二极管的类型二极管的种类很多，从制造材料上分为锗二极管、硅二极管、砷化镓二极管；从用途上分为有整流二极管、检波二极管、稳压二极管、发光二极管、各种敏感二极管和特殊用途的二极管，如变容二极管、微波二极管等；从
