电器学第二章电动力1..ppt

第二章 电器的电动力计算 * * 本章讲授内容 1. 电器中的电动力现象 2. 计算电动力的基本方法和公式 3. 电器中典型导体系统的电动力计算 4. 单相正弦交流下的电动力 5. 三相正弦交流下的电动力 6. 载流导体与导磁体间的电动力 7．电器的电动稳定性 掌握电动力计算的基本方法，熟悉典型导体系统的电动力计算，掌握电器在正弦交流电作用下的电动力计算，掌握电器的电动稳定性和动稳定电流，了解载流导体与导磁体间的电动力。了解电器中的电动力所带来的危害，以及如何利用电动力。 教学目的与要求： 教学重点与难点： 电动力计算的基本方法—能量平衡法与毕奥-沙伐尔定律；三相正弦交流下的电动力计算；短路电流作用下电器的电动稳定性和动稳定电流 1. 电器中的电动力现象。 2. 计算电动力的基本方法和公式。 3. 典型导体系统的电动力计算。 4. 单相正弦交流下的电动力。 5. 三相正弦交流下的电动力。 6. 载流导体与导磁体间的电动力。 7. 电器的电动稳定性。 通过本章的学习，学生应掌握计算电动力的基本方法和公式，掌握电器的电动稳定性校核，熟悉电动力所带来的危害，了解如何在设计电器时应尽可能地利用电动力。 教学基本内容： 一、概念： 1. 电动力 2. 电动稳定性（即动稳定性） 3. 动稳定电流 §2-1 电器中的电动力现象 定义：载流导体（有电流通过的导体）在磁场中受到的力作用，这种力称为电动力。 图1 磁场对载流导体的作用 1. 电动力： 危 害? 利 用? ① 大小为： 其中，β角是载流导体中电流的方向与磁感应强度B的正方向之间的夹角。 ② 方向判定：左手定则或右手定则 安培左手定则：伸左手，拇指与四指垂直，手心迎向磁感应强度B的方向，四指的方向与电流方向相同，则拇指所指的方向即为电动力的方向。 2. 电动力的大小和方向 右手螺旋定则 按照电动力方向的确定矢量叉积确定方向的规则，电动力dF垂直于Idl与B 所确定的平面，右手四指由Idl 转向B，大拇指的指向就是电动力F 的方向，见下图。 ① 磁场对载流导体的作用 3. 电动力确定方向的示例 图2 平行载流导体间电动力的方向 同向相吸 异向相斥 ② 平行载流导体间的电动力 ③ 两共轴平行放置的线圈间的电动力 图3 两个共轴线平行放置的线圈 同向相吸 异向相斥 ④ 环形回路或U形回路 图4 环形回路和U形回路电动力 向外扩张之力 ⑤ 母线间电动力 图5 母线间电动力 与两平行载流导体相同 ⑥ 触头间的收缩电动力 图6 触头的电流收缩所引起的电动力 与触头间终压力方向相反，使触头斥开 讨论： 弊与利 1. 使绝缘子破裂； 2. 隔离开关误动作等； 图7 隔离开关产生误动作 二、危害： 1. 限流：利用回路电动斥力快速断开触头，实现开关限流的目的，生产限流式开关。 2. 磁吹灭弧：利用电磁力（见右图）。 三、价值： 当电流方向改变，电动力方向是否改变？ 3. 利用回路电动力将隔离开关触头夹紧(见左图示)。 4. 在求出F的基础上，结合电动力矩、合成力及等效力臂等，可校核电器的机械强度。。 一、两种常用方法： 1. 比奥－沙伐尔（沙瓦）定律; 2. 能量平衡法。 §2-２ 计算电动力的基本方法和公式 比奥－沙瓦实验 1. 比奥－沙伐尔（沙瓦）定律 I2 r dB 载流导体 l2 中流过电流 I2 ，元电流 I2dl2 在导体外任一点A处的磁感应强度 dB2 为（方向按右手螺旋定则确定）： （Wb/m2,即T） 式中 ?0 —— 真空磁导率，4 ? ? 10 －7（H／m） r —— dl2 到A点间的距离 ? —— l2与 r 间小于90o的夹角 ① 求dB2值 对导体 l2 全长积分，就得到载流导体 l2 在A点的B2值 ② 求B2值 式中 B2 － dl1 处的磁感应强度； ? － dl1与 B2 间的夹角。 电动力的方向由右手螺旋定则决定。 用标量形式表示 载流导体 l1 处在外磁场中，导体中的电流为 I1。在导体的元长度 dl1 上所受的电动力 dF1 为： ③ 求dF1值 B2 由上式可知，要计算电动力 F1 ，首先应知道导体 l