电工与电子技术磁路与铁心线圈电路.ppt

电工与电子技术磁路与铁心线圈电路1现在学习的是第1页，共76页第第6章章 磁路与铁心线圈电路磁路与铁心线圈电路6.2 交流铁心线圈电路交流铁心线圈电路交流铁心线圈电路交流铁心线圈电路6.3 变压器变压器变压器变压器6.4 6.4 电磁铁电磁铁电磁铁电磁铁 6.1 6.1 磁路及其分析方法磁路及其分析方法磁路及其分析方法磁路及其分析方法2现在学习的是第2页，共76页2.2.了解变压器的基本结构、工作原理、运行特性和绕组了解变压器的基本结构、工作原理、运行特性和绕组了解变压器的基本结构、工作原理、运行特性和绕组了解变压器的基本结构、工作原理、运行特性和绕组的同极性端，理解变压器额定值的意义；的同极性端，理解变压器额定值的意义；的同极性端，理解变压器额定值的意义；的同极性端，理解变压器额定值的意义；3.3.掌握变压器电压、电流和阻抗变换作用；掌握变压器电压、电流和阻抗变换作用；4 4.了解三相电压的变换方法；了解三相电压的变换方法；本章要求：本章要求：第第6章章 磁路与铁心线圈电路磁路与铁心线圈电路5.5.了解电磁铁的基本工作原理及其应用知识。了解电磁铁的基本工作原理及其应用知识。了解电磁铁的基本工作原理及其应用知识。了解电磁铁的基本工作原理及其应用知识。1.理解磁场的基本物理量的意义，理解磁场的基本物理量的意义，了解磁性材料的基本了解磁性材料的基本了解磁性材料的基本了解磁性材料的基本知识及磁路的基本定律，会分析计算交流铁心线圈电路；知识及磁路的基本定律，会分析计算交流铁心线圈电路；知识及磁路的基本定律，会分析计算交流铁心线圈电路；知识及磁路的基本定律，会分析计算交流铁心线圈电路；3现在学习的是第3页，共76页 在很多电工设备（像变压器、电机、电磁铁电工测量在很多电工设备（像变压器、电机、电磁铁电工测量仪器等）中，不仅有电路的问题，同时还有磁路的问题。仪器等）中，不仅有电路的问题，同时还有磁路的问题。只有同时掌握了电路和磁路的基本理论，才能对以上电工只有同时掌握了电路和磁路的基本理论，才能对以上电工设备进行全面分析。设备进行全面分析。本章结合磁路和铁心线圈电路的分析，讨论变压器本章结合磁路和铁心线圈电路的分析，讨论变压器和电磁铁的工作原理，作为应用实例。和电磁铁的工作原理，作为应用实例。磁路和电路往往是相关的，因此在这里要研究磁路和磁路和电路往往是相关的，因此在这里要研究磁路和电路的关系以及磁和电的关系。电路的关系以及磁和电的关系。在电机、变压器及各种铁磁元件中常用磁性材料做成在电机、变压器及各种铁磁元件中常用磁性材料做成在电机、变压器及各种铁磁元件中常用磁性材料做成在电机、变压器及各种铁磁元件中常用磁性材料做成一定形状的铁心。铁心的磁导率比周围空气或其它物质的一定形状的铁心。铁心的磁导率比周围空气或其它物质的一定形状的铁心。铁心的磁导率比周围空气或其它物质的一定形状的铁心。铁心的磁导率比周围空气或其它物质的磁导率高的多，磁导率高的多，磁导率高的多，磁导率高的多，磁通的绝大部分经过铁心形成闭合通路，磁通的绝大部分经过铁心形成闭合通路，磁通的绝大部分经过铁心形成闭合通路，磁通的绝大部分经过铁心形成闭合通路，磁通的闭合路径称为磁路。磁通的闭合路径称为磁路。磁通的闭合路径称为磁路。磁通的闭合路径称为磁路。4现在学习的是第4页，共76页直流电机的磁路直流电机的磁路直流电机的磁路直流电机的磁路交流接触器的磁路交流接触器的磁路交流接触器的磁路交流接触器的磁路_ _+N NS SN NS SI If f四极直流电机和交流接触器的磁路四极直流电机和交流接触器的磁路四极直流电机和交流接触器的磁路四极直流电机和交流接触器的磁路6.1 磁路及其分析方法磁路及其分析方法5现在学习的是第5页，共76页6.1.1 磁场的基本物理量磁场的基本物理量1 1.磁感应强度磁感应强度磁感应强度磁感应强度磁感应强度磁感应强度磁感应强度磁感应强度B B:表示磁场内某点磁场强弱和方向的物理量。表示磁场内某点磁场强弱和方向的物理量。磁感应强度磁感应强度磁感应强度磁感应强度B B的大小的大小的大小的大小:磁感应强度磁感应强度磁感应强度磁感应强度B的方向的方向的方向的方向:与电流的方向之间符合右手螺旋定则。与电流的方向之间符合右手螺旋定则。磁感应强度磁感应强度B B的单位的单位:特斯拉特斯拉特斯拉特斯拉(T T)，1 1 1 1T=1Wb/m2 2 均匀磁场均匀磁场均匀磁场均匀磁场:各点磁感应强度大小相等，方向相同的各点磁感应强度大小相等，方向相同的各点磁感应强度大小相等，方向相同的各点磁感应强度大小相等，方向相同的 磁场，也称磁场，也称磁场，也称磁场，也称匀强磁场匀强磁场匀强磁场匀强磁场。SBF=6现在学习的是第6页，共76页2.2.磁通磁通磁通磁通磁通磁通磁通磁通 ：穿过垂直于穿过垂直于穿过垂直于穿过垂直于B B方向的面积方向的面积方向的面积方向的面积S S中的磁力线总数。中的磁力线总数。中的磁力线总数。中的磁力线总数。说明说明说明说明:如果不是均匀如果不是均匀如果不是均匀如果不是均匀磁场，则取磁场，则取B B的平均值。的平均值。的平均值。的平均值。在在在在均匀磁场中均匀磁场中 =B S =B S 或或或或 B=B=/S 磁感应强度磁感应强度磁感应强度磁感应强度B B在数值上可以看成为与磁场方向垂直的在数值上可以看成为与磁场方向垂直的在数值上可以看成为与磁场方向垂直的在数值上可以看成为与磁场方向垂直的单位面积所通过的磁通单位面积所通过的磁通单位面积所通过的磁通单位面积所通过的磁通,故又称故又称故又称故又称磁通密度磁通密度。磁通磁通 的单位的单位的单位的单位:韦韦韦韦 伯伯伯伯(WbWb)1Wb=1V 1Wb=1Vs s3.磁场强度磁场强度磁场强度磁场强度磁场强度磁场强度HH ：是计算磁场时所引用的一个物理量，是计算磁场时所引用的一个物理量，是计算磁场时所引用的一个物理量，是计算磁场时所引用的一个物理量，也是矢量，通过它来确定磁场与电流之间的关系。也是矢量，通过它来确定磁场与电流之间的关系。也是矢量，通过它来确定磁场与电流之间的关系。也是矢量，通过它来确定磁场与电流之间的关系。磁场强度磁场强度磁场强度磁场强度HH的单位的单位的单位的单位 ：安培安培安培安培/米（米（米（米（A/m)7现在学习的是第7页，共76页H是线圈安匝数的表征量，反映磁场源强弱，而是线圈安匝数的表征量，反映磁场源强弱，而B反映磁场反映磁场源在特定环境下的效果。源在特定环境下的效果。单位：单位：B：特斯拉：特斯拉：亨：亨/米米：安：安/米米8现在学习的是第8页，共76页由实验可测得：真空的磁导率为：由实验可测得：真空的磁导率为：由实验可测得：真空的磁导率为：由实验可测得：真空的磁导率为：4.4.磁导率磁导率 磁导率磁导率磁导率磁导率 ：表示磁场媒质磁性的物理量，衡量物质表示磁场媒质磁性的物理量，衡量物质 的导磁能力的导磁能力的导磁能力的导磁能力。它与磁场强度的乘积就等于磁感。它与磁场强度的乘积就等于磁感。它与磁场强度的乘积就等于磁感。它与磁场强度的乘积就等于磁感应强度，即：应强度，即：应强度，即：应强度，即：磁导率磁导率磁导率磁导率 的单位：的单位：的单位：的单位：亨亨/米（米（米（米（H/mH/m）因为它是因为它是因为它是因为它是一个常数一个常数一个常数一个常数，将其它物质的磁导率和它比较是，将其它物质的磁导率和它比较是，将其它物质的磁导率和它比较是，将其它物质的磁导率和它比较是很方便的。很方便的。很方便的。很方便的。9现在学习的是第9页，共76页4 4.磁导率磁导率磁导率磁导率相对磁导率相对磁导率 r r：任一种物质的磁导率任一种物质的磁导率任一种物质的磁导率任一种物质的磁导率 和真空的磁导率和真空的磁导率 0 0的比值的比值的比值的比值。也即当磁场媒质是某种物质时某点的磁感应强度也即当磁场媒质是某种物质时某点的磁感应强度B B与在同样电流下真空时该点的磁感应强度与在同样电流下真空时该点的磁感应强度与在同样电流下真空时该点的磁感应强度与在同样电流下真空时该点的磁感应强度B B0 0之比的倍数。之比的倍数。之比的倍数。之比的倍数。自然界的所有物质按磁导率的大小，大体上可分为磁性自然界的所有物质按磁导率的大小，大体上可分为磁性自然界的所有物质按磁导率的大小，大体上可分为磁性自然界的所有物质按磁导率的大小，大体上可分为磁性材料和非磁性材料。材料和非磁性材料。材料和非磁性材料。材料和非磁性材料。10现在学习的是第10页，共76页6.1.2 磁性材料的磁性能磁性材料的磁性能1.1.高导磁性高导磁性高导磁性高导磁性 磁性材料的磁导率通常都很高，即磁性材料的磁导率通常都很高，即磁性材料的磁导率通常都很高，即磁性材料的磁导率通常都很高，即 r r 1(如坡莫如坡莫合金，其合金，其 r r 可达可达可达可达 2 2 10105 5)。磁性材料磁性材料磁性材料磁性材料能被强烈的磁化，能被强烈的磁化，能被强烈的磁化，能被强烈的磁化，具有很高的导磁性能。具有很高的导磁性能。磁性材料主要指铁、镍、钴及其合金等。磁性材料主要指铁、镍、钴及其合金等。磁性材料主要指铁、镍、钴及其合金等。磁性材料主要指铁、镍、钴及其合金等。磁性物质的高导磁性被广泛地应用于电工设备中，磁性物质的高导磁性被广泛地应用于电工设备中，磁性物质的高导磁性被广泛地应用于电工设备中，磁性物质的高导磁性被广泛地应用于电工设备中，如电机、变压器及各种铁磁元件的线圈中都放有铁心。如电机、变压器及各种铁磁元件的线圈中都放有铁心。如电机、变压器及各种铁磁元件的线圈中都放有铁心。如电机、变压器及各种铁磁元件的线圈中都放有铁心。在这种在这种在这种在这种具有铁心的线圈中通入不太大的励磁电流，具有铁心的线圈中通入不太大的励磁电流，便可以产生较大的磁通和磁感应强度。便可以产生较大的磁通和磁感应强度。11现在学习的是第11页，共76页磁性物质由于磁化所产生的磁化磁场不会随着外磁磁性物质由于磁化所产生的磁化磁场不会随着外磁磁性物质由于磁化所产生的磁化磁场不会随着外磁磁性物质由于磁化所产生的磁化磁场不会随着外磁场的增强而无限的增强。场的增强而无限的增强。场的增强而无限的增强。场的增强而无限的增强。2 2.磁饱和性磁饱和性B BJ 磁场内磁性物质的磁化磁场磁场内磁性物质的磁化磁场磁场内磁性物质的磁化磁场磁场内磁性物质的磁化磁场 的磁感应强度曲线；的磁感应强度曲线；B B0 0 磁场内不存在磁性物质时的磁场内不存在磁性物质时的磁场内不存在磁性物质时的磁场内不存在磁性物质时的 磁感应强度直线；磁感应强度直线；磁感应强度直线；磁感应强度直线；B B B BJ J曲线和曲线和曲线和曲线和B0 0直线的纵坐标相直线的纵坐标相 加即磁场的加即磁场的加即磁场的加即磁场的 B B-H 磁化曲线。磁化曲线。磁化曲线。磁化曲线。O OHHB BB B0 0B BJ JB B a a b b磁化曲线磁化曲线磁化曲线磁化曲线磁性物质由于磁化所产生的磁性物质由于磁化所产生的磁化磁场磁化磁场磁化磁场磁化磁场不会随着外磁不会随着外磁不会随着外磁不会随着外磁场的增强而无限的增强。当外磁场增大到一定程度时，场的增强而无限的增强。当外磁场增大到一定程度时，场的增强而无限的增强。当外磁场增大到一定程度时，场的增强而无限的增强。当外磁场增大到一定程度时，磁性物质的全部磁畴的磁场方向都转向与外部磁场方向磁性物质的全部磁畴的磁场方向都转向与外部磁场方向磁性物质的全部磁畴的磁场方向都转向与外部磁场方向磁性物质的全部磁畴的磁场方向都转向与外部磁场方向一致，磁化磁场的磁感应强度将趋向某一定值。如图。一致，磁化磁场的磁感应强度将趋向某一定值。如图。一致，磁化磁场的磁感应强度将趋向某一定值。如图。一致，磁化磁场的磁感应强度将趋向某一定值。如图。12现在学习的是第12页，共76页 B B-HH 磁化曲线的特征：磁化曲线的特征：O Oa段：段：段：段：B B 与与H几乎成正比地增加；几乎成正比地增加；几乎成正比地增加；几乎成正比地增加；abab段：段：段：段：B 的增加缓慢下来；的增加缓慢下来；的增加缓慢下来；的增加缓慢下来；b b点以后：点以后：点以后：点以后：B B增加很少，达到饱和。增加很少，达到饱和。增加很少，达到饱和。增加很少，达到饱和。O OHHB BB B0 0B BJ JB B a a b b 有磁性物质存在时，有磁性物质存在时，有磁性物质存在时，有磁性物质存在时，B B 与与与与 H不成不成不成不成正比，磁性物质的正比，磁性物质的正比，磁性物质的正比，磁性物质的磁导率磁导率磁导率磁导率 不是常数，不是常数，不是常数，不是常数，随随随随HH而变。而变。而变。而变。有磁性物质存在时，有磁性物质存在时，有磁性物质存在时，有磁性物质存在时，与与 I I 不不不不成正比。成正比。成正比。成正比。磁性物质的磁化曲线在磁路磁性物质的磁化曲线在磁路计算上极为重要，其为非线性曲计算上极为重要，其为非线性曲线，实际中通过实验得出线，实际中通过实验得出。O OHHB,B,B B 磁化曲线磁化曲线磁化曲线磁化曲线B B和和和和 与与与与HH的关系的关系的关系的关系13现在学习的是第13页，共76页3 3.磁滞性磁滞性磁滞性磁滞性 磁性材料在交变磁场中反复磁化，其磁性材料在交变磁场中反复磁化，其磁性材料在交变磁场中反复磁化，其磁性材料在交变磁场中反复磁化，其B B-HH关系曲线是一关系曲线是一关系曲线是一关系曲线是一条回形闭合曲线，称为条回形闭合曲线，称为条回形闭合曲线，称为条回形闭合曲线，称为磁滞回线磁滞回线磁滞回线磁滞回线。磁滞性：磁滞性：磁滞性：磁滞性：磁性材料中磁性材料中磁性材料中磁性材料中磁感应强度磁感应强度磁感应强度磁感应强度B B的变化总是滞后于的变化总是滞后于的变化总是滞后于的变化总是滞后于 外磁场变化的性质。外磁场变化的性质。磁滞回线磁滞回线磁滞回线磁滞回线O OHBB Br rHHc剩磁感应强度剩磁感应强度剩磁感应强度剩磁感应强度B Br r(剩磁剩磁剩磁剩磁)：当线圈中电流减小到零当线圈中电流减小到零当线圈中电流减小到零当线圈中电流减小到零(HH=0)=0)时，时，时，时，铁心中的磁感应强度。铁心中的磁感应强度。铁心中的磁感应强度。铁心中的磁感应强度。例如例如例如例如:永久磁铁的磁性就是由剩永久磁铁的磁性就是由剩永久磁铁的磁性就是由剩永久磁铁的磁性就是由剩磁产生的；自励直流发电机的磁磁产生的；自励直流发电机的磁磁产生的；自励直流发电机的磁磁产生的；自励直流发电机的磁极，为了使电压能建立，也必须极，为了使电压能建立，也必须极，为了使电压能建立，也必须极，为了使电压能建立，也必须具有剩磁。具有剩磁。具有剩磁。具有剩磁。14现在学习的是第14页，共76页3.3.磁滞性磁滞性磁滞回线磁滞回线磁滞回线磁滞回线O OHBB Br rHHc c但剩磁也存在着有害的一面，例但剩磁也存在着有害的一面，例如，当工件在平面磨床上加工完如，当工件在平面磨床上加工完毕后，由于电磁吸盘有剩磁，还毕后，由于电磁吸盘有剩磁，还将工件吸住。为此要通入反向去将工件吸住。为此要通入反向去磁电流，去掉剩磁，才能取下工磁电流，去掉剩磁，才能取下工件。件。矫顽磁力矫顽磁力矫顽磁力矫顽磁力Hc：使使使使 B B=0=0 所需的所需的所需的所需的 H 值。值。值。值。磁性物质不同，其磁滞回线磁性物质不同，其磁滞回线磁性物质不同，其磁滞回线磁性物质不同，其磁滞回线和磁化曲线也不同。和磁化曲线也不同。和磁化曲线也不同。和磁化曲线也不同。15现在学习的是第15页，共76页 几种常见磁性物质的磁化曲线几种常见磁性物质的磁化曲线几种常见磁性物质的磁化曲线几种常见磁性物质的磁化曲线a 铸铁铸铁 b 铸钢铸钢 c 硅钢片硅钢片O0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1.00.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1.0 10103 3HH/(A/m)/(A/m)HH/(A/m)/(A/m)1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 10103 3B B/T/T1.81.81.61.61.41.41.21.21.01.00.80.80.60.60.40.40.20.2a ab ba ab bc cc c16现在学习的是第16页，共76页按磁性物质的磁性能，磁性材料分为三种类型：按磁性物质的磁性能，磁性材料分为三种类型：(1)(1)软磁材料软磁材料软磁材料软磁材料 具有较小的矫顽磁力，磁滞回线较窄。具有较小的矫顽磁力，磁滞回线较窄。具有较小的矫顽磁力，磁滞回线较窄。具有较小的矫顽磁力，磁滞回线较窄。一般用来制一般用来制一般用来制一般用来制造电机、电器及变压器等的铁心。常用的有铸铁、硅钢、造电机、电器及变压器等的铁心。常用的有铸铁、硅钢、造电机、电器及变压器等的铁心。常用的有铸铁、硅钢、造电机、电器及变压器等的铁心。常用的有铸铁、硅钢、坡莫合金即铁氧体等。坡莫合金即铁氧体等。坡莫合金即铁氧体等。坡莫合金即铁氧体等。(2)永磁材料永磁材料永磁材料永磁材料 具有较大的矫顽磁力，磁滞回线较宽。具有较大的矫顽磁力，磁滞回线较宽。具有较大的矫顽磁力，磁滞回线较宽。具有较大的矫顽磁力，磁滞回线较宽。一般用来制一般用来制一般用来制一般用来制造永久磁铁。常用的有碳钢及铁镍铝钴合金等。造永久磁铁。常用的有碳钢及铁镍铝钴合金等。造永久磁铁。常用的有碳钢及铁镍铝钴合金等。造永久磁铁。常用的有碳钢及铁镍铝钴合金等。(3)(3)矩磁材料矩磁材料 具有较小的矫顽磁力和较大的剩磁，磁滞回线接具有较小的矫顽磁力和较大的剩磁，磁滞回线接近矩形，稳定性良好。近矩形，稳定性良好。在计算机和控制系统中用作记在计算机和控制系统中用作记在计算机和控制系统中用作记在计算机和控制系统中用作记忆元件、开关元件和逻辑元件。常用的有镁锰铁氧体等。忆元件、开关元件和逻辑元件。常用的有镁锰铁氧体等。忆元件、开关元件和逻辑元件。常用的有镁锰铁氧体等。忆元件、开关元件和逻辑元件。常用的有镁锰铁氧体等。17现在学习的是第17页，共76页1、安培环路定律（全电流律）、安培环路定律（全电流律）磁场中任何闭合回路磁场强度的线积分磁场中任何闭合回路磁场强度的线积分,等于通过等于通过这个闭合路径内电流的代数和这个闭合路径内电流的代数和.I1I2I3电流方向和磁场强度的方向电流方向和磁场强度的方向符合右手定则，电流取正；符合右手定则，电流取正；否则取负。否则取负。6.1.3 磁路的分析方法磁路的分析方法磁路的欧姆定律是分析磁路的基本定律磁路的欧姆定律是分析磁路的基本定律磁路的欧姆定律是分析磁路的基本定律磁路的欧姆定律是分析磁路的基本定律18现在学习的是第18页，共76页 环形线圈如图，其中媒质是均环形线圈如图，其中媒质是均环形线圈如图，其中媒质是均环形线圈如图，其中媒质是均 匀的，磁导率匀的，磁导率匀的，磁导率匀的，磁导率为为 ，试计算线圈内部试计算线圈内部 的磁通的磁通 。解：解：根据安培环路定律，有根据安培环路定律，有根据安培环路定律，有根据安培环路定律，有设磁路的平均长度为设磁路的平均长度为 l，则有，则有，则有，则有S Sx x HHx xI IN N匝匝匝匝19现在学习的是第19页，共76页式中：式中：式中：式中：F=NI 为磁通势，由其产生磁通；为磁通势，由其产生磁通；R Rmm 称为磁阻，表示磁路对磁通的阻碍作用；称为磁阻，表示磁路对磁通的阻碍作用；称为磁阻，表示磁路对磁通的阻碍作用；称为磁阻，表示磁路对磁通的阻碍作用；l l 为为为为磁路的平均长度；磁路的平均长度；磁路的平均长度；磁路的平均长度；S S 为磁路的截面积。为磁路的截面积。为磁路的截面积。为磁路的截面积。2.2.磁路的欧姆定律磁路的欧姆定律 若某磁路的磁通为若某磁路的磁通为 ，磁通势为磁通势为磁通势为磁通势为F F ，磁阻为，磁阻为R Rmm，则，则即有：即有：即有：即有：此即此即磁路的欧姆定律。磁路的欧姆定律。磁路的欧姆定律。磁路的欧姆定律。20现在学习的是第20页，共76页3.3.磁路与电路的比较磁路与电路的比较磁路与电路的比较磁路与电路的比较 磁路磁路磁通势磁通势磁通势磁通势F F磁通磁通磁通磁通 磁阻磁阻磁阻磁阻电路电路电动势电动势电动势电动势 E E电流密度电流密度电流密度电流密度 J J 电阻电阻电阻电阻磁感应强度磁感应强度磁感应强度磁感应强度B B电流电流电流电流 I I N NI I+_ _E EI IR R21现在学习的是第21页，共76页4.磁路分析的特点磁路分析的特点磁路分析的特点磁路分析的特点(1)(1)在处理电路时不涉及电场问题，在处理磁路时离不开磁在处理电路时不涉及电场问题，在处理磁路时离不开磁在处理电路时不涉及电场问题，在处理磁路时离不开磁在处理电路时不涉及电场问题，在处理磁路时离不开磁场的概念；例如在讨论电机时，常常要分析电机磁路的气场的概念；例如在讨论电机时，常常要分析电机磁路的气场的概念；例如在讨论电机时，常常要分析电机磁路的气场的概念；例如在讨论电机时，常常要分析电机磁路的气隙中磁感应强度的分布情况。隙中磁感应强度的分布情况。隙中磁感应强度的分布情况。隙中磁感应强度的分布情况。(2)(2)在处理电路时一般可以不考虑漏电流，在处理磁路时在处理电路时一般可以不考虑漏电流，在处理磁路时在处理电路时一般可以不考虑漏电流，在处理磁路时在处理电路时一般可以不考虑漏电流，在处理磁路时一般都要考虑漏磁通；一般都要考虑漏磁通；一般都要考虑漏磁通；一般都要考虑漏磁通；(3)(3)磁路欧姆定律和电路欧姆定律只是在形式上相似。由磁路欧姆定律和电路欧姆定律只是在形式上相似。由于于 不是常数，其随励磁电流而变，磁路欧姆定律不能直不是常数，其随励磁电流而变，磁路欧姆定律不能直不是常数，其随励磁电流而变，磁路欧姆定律不能直不是常数，其随励磁电流而变，磁路欧姆定律不能直接用来计算，只能用于定性分析；接用来计算，只能用于定性分析；接用来计算，只能用于定性分析；接用来计算，只能用于定性分析；(4)(4)在电路中，当在电路中，当在电路中，当在电路中，当 E E=0=0时，时，I=0=0；但在磁路中，由于有剩磁，；但在磁路中，由于有剩磁，当当 F F=0=0 时，时，时，时，不为零不为零不为零不为零；22现在学习的是第22页，共76页5.5.磁路的分析计算磁路的分析计算磁路的分析计算磁路的分析计算主要任务主要任务主要任务主要任务:预先选定磁性材料中的磁通预先选定磁性材料中的磁通 (或磁感应强或磁感应强度度)，按照所定的磁通、磁路各段的尺寸和材料，按照所定的磁通、磁路各段的尺寸和材料，按照所定的磁通、磁路各段的尺寸和材料，按照所定的磁通、磁路各段的尺寸和材料,求产生预求产生预求产生预求产生预定的磁通所需要的磁通势定的磁通所需要的磁通势定的磁通所需要的磁通势定的磁通所需要的磁通势F=NI ，确定线圈匝数和励磁确定线圈匝数和励磁确定线圈匝数和励磁确定线圈匝数和励磁电流。电流。电流。电流。基本公式基本公式基本公式基本公式:设磁路由不同材料或不同长度和截面积的设磁路由不同材料或不同长度和截面积的设磁路由不同材料或不同长度和截面积的设磁路由不同材料或不同长度和截面积的 n n 段组成，段组成，段组成，段组成，则基本公式为：则基本公式为：则基本公式为：则基本公式为：即即即即称为磁路个段的磁压降称为磁路个段的磁压降23现在学习的是第23页，共76页基本步骤基本步骤:（由磁通（由磁通（由磁通（由磁通 求磁通势求磁通势F=NIF=NI ）(1)(1)求各段磁感应强度求各段磁感应强度求各段磁感应强度求各段磁感应强度 B Bi i 各段磁路截面积不同，通过同一磁通各段磁路截面积不同，通过同一磁通各段磁路截面积不同，通过同一磁通各段磁路截面积不同，通过同一磁通 ，故有：，故有：，故有：，故有：(2)求各段磁场强度求各段磁场强度求各段磁场强度求各段磁场强度 HHi i 根据各段磁路材料的磁化曲线根据各段磁路材料的磁化曲线根据各段磁路材料的磁化曲线根据各段磁路材料的磁化曲线 B Bi=f(HHi i),求求B B1，B B2 ，相对应的相对应的相对应的相对应的 HH1，HH2 2，。(3)计算各段磁路的磁压降计算各段磁路的磁压降计算各段磁路的磁压降计算各段磁路的磁压降 （Hi l li）(4)(4)根据下式求出磁通势（根据下式求出磁通势（根据下式求出磁通势（根据下式求出磁通势（NI ）24现在学习的是第24页，共76页例例例例1:1:一个具有闭合的均匀的铁心线圈，其匝数为一个具有闭合的均匀的铁心线圈，其匝数为一个具有闭合的均匀的铁心线圈，其匝数为一个具有闭合的均匀的铁心线圈，其匝数为300300，铁心中的磁感应强度为铁心中的磁感应强度为铁心中的磁感应强度为铁心中的磁感应强度为 0.9T，磁路的平均长度为，磁路的平均长度为，磁路的平均长度为，磁路的平均长度为 45cm45cm，试求：，试求：，试求：，试求：(1)(1)铁心材料为铸铁时线圈中的电铁心材料为铸铁时线圈中的电 流流流流;(2)铁心材料为硅钢片时线圈中的电流。铁心材料为硅钢片时线圈中的电流。铁心材料为硅钢片时线圈中的电流。铁心材料为硅钢片时线圈中的电流。解：解：解：解：（1 1）查铸铁材料的磁化曲线，）查铸铁材料的磁化曲线，）查铸铁材料的磁化曲线，）查铸铁材料的磁化曲线，当当当当 B=0.9 T 时，时，(2)(2)查硅钢片材料的磁化曲线，查硅钢片材料的磁化曲线，当当当当 B B=0.9 T=0.9 T 时，时，磁场强度磁场强度磁场强度磁场强度 H=9000 A/m=9000 A/m，则，则磁场强度磁场强度磁场强度磁场强度 HH=260 A/m=260 A/m，则，则，则，则结论：结论：结论：结论：如果要得到相等的磁感应强度，采用磁导率高如果要得到相等的磁感应强度，采用磁导率高的铁心材料，可以降低线圈电流，减少用铜量。的铁心材料，可以降低线圈电流，减少用铜量。25现在学习的是第25页，共76页 如线圈中通有同样大小的电流如线圈中通有同样大小的电流如线圈中通有同样大小的电流如线圈中通有同样大小的电流0.39A0.39A，则铁，则铁，则铁，则铁心中的磁场强度是相等的，都是心中的磁场强度是相等的，都是心中的磁场强度是相等的，都是心中的磁场强度是相等的，都是260 A/m260 A/m。查磁化曲线可得，查磁化曲线可得，查磁化曲线可得，查磁化曲线可得，在例在例在例在例1(1)1(1)，(2)(2)两种情况下，如线圈中通有同样大小两种情况下，如线圈中通有同样大小两种情况下，如线圈中通有同样大小两种情况下，如线圈中通有同样大小的电流的电流的电流的电流0.39A0.39A，要得到相同的磁通，要得到相同的磁通，要得到相同的磁通，要得到相同的磁通 ，铸铁材料铁心的截，铸铁材料铁心的截，铸铁材料铁心的截，铸铁材料铁心的截面积和面积和面积和面积和硅钢片材料铁心硅钢片材料铁心硅钢片材料铁心硅钢片材料铁心的截面积，哪一个比较小？的截面积，哪一个比较小？【分析分析分析分析】B B硅钢硅钢是是B B铸铁铸铁铸铁铸铁的的的的17倍。倍。倍。倍。因因因因 =BSBS，如要得到相同的磁通，如要得到相同的磁通，如要得到相同的磁通，如要得到相同的磁通 ，则铸铁铁心的，则铸铁铁心的，则铸铁铁心的，则铸铁铁心的截面积必须是硅钢片铁心的截面积的截面积必须是硅钢片铁心的截面积的截面积必须是硅钢片铁心的截面积的截面积必须是硅钢片铁心的截面积的1717倍。倍。B B铸铁铸铁铸铁铸铁 =0.05T=0.05T、B B硅钢硅钢硅钢硅钢 =0.9T,=0.9T,结论：结论：结论：结论：如果线圈中通有同样大小的励磁电流，要得到如果线圈中通有同样大小的励磁电流，要得到如果线圈中通有同样大小的励磁电流，要得到如果线圈中通有同样大小的励磁电流，要得到相等的磁通，采用磁导率高的铁心材料，可使铁心的相等的磁通，采用磁导率高的铁心材料，可使铁心的相等的磁通，采用磁导率高的铁心材料，可使铁心的相等的磁通，采用磁导率高的铁心材料，可使铁心的用铁量大为降低。用铁量大为降低。用铁量大为降低。用铁量大为降低。26现在学习的是第26页，共76页 查铸钢的磁化曲线，查铸钢的磁化曲线，查铸钢的磁化曲线，查铸钢的磁化曲线，B B=0.9 T=0.9 T 时，磁场强度时，磁场强度时，磁场强度时，磁场强度 HH1=500 A/m=500 A/m例例例例2:2:有一环形铁心线圈，其内径为有一环形铁心线圈，其内径为有一环形铁心线圈，其内径为有一环形铁心线圈，其内径为10cm10cm，外径为，外径为，外径为，外径为 15cm，铁心材料为铸钢。磁路中含有一空气隙，铁心材料为铸钢。磁路中含有一空气隙，铁心材料为铸钢。磁路中含有一空气隙，铁心材料为铸钢。磁路中含有一空气隙，其长度等于其长度等于其长度等于其长度等于 0.2cm。设线圈中通有设线圈中通有设线圈中通有设线圈中通有 1A 1A 的电流，的电流，的电流，的电流，如要得到如要得到 0.9T 0.9T 的磁感应强度，试求线圈匝数。的磁感应强度，试求线圈匝数。的磁感应强度，试求线圈匝数。的磁感应强度，试求线圈匝数。解解解解:空气隙的磁场强度空气隙的磁场强度空气隙的磁场强度空气隙的磁场强度铸钢铁心的磁场强度，铸钢铁心的磁场强度，铁心的平均长度铁心的平均长度铁心的平均长度铁心的平均长度磁路的平均总长度为磁路的平均总长度为磁路的平均总长度为磁路的平均总长度为27现在学习的是第27页，共76页 对各段有对各段有 总磁通势为总磁通势为总磁通势为总磁通势为 线圈匝数为线圈匝数为线圈匝数为线圈匝数为 磁路中含有空气隙时，由于其磁阻较大，磁通势磁路中含有空气隙时，由于其磁阻较大，磁通势几乎都降在空气隙上面。几乎都降在空气隙上面。结论：结论：结论：结论：当磁路中含有空气隙时，由于其磁阻较大，要得到当磁路中含有空气隙时，由于其磁阻较大，要得到当磁路中含有空气隙时，由于其磁阻较大，要得到当磁路中含有空气隙时，由于其磁阻较大，要得到相等的磁感应强度，必须增大励磁电流（设线圈匝数一定）。相等的磁感应强度，必须增大励磁电流（设线圈匝数一定）。相等的磁感应强度，必须增大励磁电流（设线圈匝数一定）。相等的磁感应强度，必须增大励磁电流（设线圈匝数一定）。28现在学习的是第28页，共76页 通过上述例题，可以得出如下结论：通过上述例题，可以得出如下结论：通过上述例题，可以得出如下结论：通过上述例题，可以得出如下结论：(1)(1)如果要得到相等的磁感应强度，采用高磁导率如果要得到相等的磁感应强度，采用高磁导率的铁心材料，可使线圈的用铜量大大降低。的铁心材料，可使线圈的用铜量大大降低。(N )(2)(2)如果线圈中有同样大小的励磁电流，要得到相如果线圈中有同样大小的励磁电流，要得到相等的磁通，采用磁导率高的铁心材料，可使铁心的用等的磁通，采用磁导率高的铁心材料，可使铁心的用铁量大大降低。铁量大大降低。(S )(3)(3)当磁路中含有空气隙时，由于其磁阻较大，要得当磁路中含有空气隙时，由于其磁阻较大，要得当磁路中含有空气隙时，由于其磁阻较大，要得当磁路中含有空气隙时，由于其磁阻较大，要得到相等的磁感应强度，必须增大励磁电流（线圈匝数一到相等的磁感应强度，必须增大励磁电流（线圈匝数一到相等的磁感应强度，必须增大励磁电流（线圈匝数一到相等的磁感应强度，必须增大励磁电流（线圈匝数一定时）。定时）。定时）。定时）。(I )(I )29现在学习的是第29页，共76页6.2 交流铁心线圈电路交流铁心线圈电路6.2.1 电磁关系电磁关系 +e+e+uNi（磁通势）（磁通势）主磁通主磁通主磁通主磁通 ：通过铁心闭合的磁通过铁心闭合的磁通过铁心闭合的磁通过铁心闭合的磁通。通。通。通。漏磁通漏磁通漏磁通漏磁通 ：经过空气或其它经过空气或其它经过空气或其它经过空气或其它非导磁媒质闭合的磁通。非导磁媒质闭合的磁通。非导磁媒质闭合的磁通。非导磁媒质闭合的磁通。线圈线圈铁心铁心 i i，铁心线圈的漏磁电感铁心线圈的漏磁电感 与与与与i不是线性关系。不是线性关系。不是线性关系。不是线性关系。30现在学习的是第30页，共76页6.2.2 电压电流关系电压电流关系根据根据根据根据KVL:KVL:+ee uNi式中：式中：式中：式中：R R是线圈导线的电阻是线圈导线的电阻是线圈导线的电阻是线圈导线的电阻 L 是漏磁电感是漏磁电感是漏磁电感是漏磁电感 当当 u u 是正弦电压时是正弦电压时是正弦电压时是正弦电压时，其它各电压、电流、电动势可，其它各电压、电流、电动势可视作正弦量，则电压、电流关系的相量式为：视作正弦量，则电压、电流关系的相量式为：31现在学习的是第31页，共76页设主磁通设主磁通 则则有效值有效值有效值有效值 由于线圈电阻由于线圈电阻由于线圈电阻由于线圈电阻 R R 和感抗和感抗和感抗和感抗X X （或漏磁通（或漏磁通 ）较小，其电）较小，其电）较小，其电）较小，其电压降也较小，与主磁电动势压降也较小，与主磁电动势压降也较小，与主磁电动势压降也较小，与主磁电动势 E E 相比可忽略，相比可忽略，相比可忽略，相比可忽略，故有故有故有故有式中：式中：式中：式中：Bm是是是是铁心中磁感应强度的最大值，单位铁心中磁感应强度的最大值，单位铁心中磁感应强度的最大值，单位铁心中磁感应强度的最大值，单位TT；S 是铁心截面积，单位是铁心截面积，单位是铁心截面积，单位是铁心截面积，单位mm2 2。32现在学习的是第32页，共76页6.2.3 功率损耗功率损耗 交流铁心线圈的功率损耗主要有铜损和铁损两种。交流铁心线圈的功率损耗主要有铜损和铁损两种。1.铜损铜损(P Pcucu)在交流铁心线圈中在交流铁心线圈中在交流铁心线圈中在交流铁心线圈中,线圈电阻线圈电阻R上的功率损耗称铜损，用上的功率损耗称铜损，用上的功率损耗称铜损，用上的功率损耗称铜损，用 Pcu cu 表示。表示。P Pcu cu=RIRI2式中：式中：式中：式中：R R是线圈的电阻；是线圈的电阻；是线圈的电阻；是线圈的电阻；I I 是线圈中电流的有效值。是线圈中电流的有效值。是线圈中电流的有效值。是线圈中电流的有效值。2.铁损铁损铁损铁损(P PFeFe)在交流铁心线圈中，处于交变磁通下的铁心内的功率在交流铁心线圈中，处于交变磁通下的铁心内的功率在交流铁心线圈中，处于交变磁通下的铁心内的功率在交流铁心线圈中，处于交变磁通下的铁心内的功率损耗称铁损，用损耗称铁损，用损耗称铁损，用损耗称铁损，用 P PFeFe 表示。它与铁心内磁感应强度的最大表示。它与铁心内磁感应强度的最大表示。它与铁心内磁感应强度的最大表示。它与铁心内磁感应强度的最大值值值值B Bmm的平方成正比。的平方成正比。的平方成正比。的平方成正比。铁损由铁损由磁滞和涡流磁滞和涡流产生。产生。+ui33现在学习的是第33页，共76页（1 1）磁滞损耗（）磁滞损耗（P Ph h）由磁滞所产生的能量损耗称为由磁滞所产生的能量损耗称为由磁滞所产生的能量损耗称为由磁滞所产生的能量损耗称为磁滞损耗磁滞损耗磁滞损耗磁滞损耗(P Ph)。磁滞损耗的大小：磁滞损耗的大小：磁滞损耗的大小：磁滞损耗的大小：单位体积内的磁滞损耗正比与单位体积内的磁滞损耗正比与单位体积内的磁滞损耗正比与单位体积内的磁滞损耗正比与磁磁磁磁滞回线的面积和磁场交变的频率滞回线的面积和磁场交变的频率滞回线的面积和磁场交变的频率滞回线的面积和磁场交变的频率 f f。O OHB 磁滞损耗转化为热能，引起铁磁滞损耗转化为热能，引起铁磁滞损耗转化为热能，引起铁磁滞损耗转化为热能，引起铁心发热。心发热。心发热。心发热。减少磁滞损耗的措施：减少磁滞损耗的措施：减少磁滞损耗的措施：减少磁滞损耗的措施：选用磁滞选用磁滞回线狭小回线狭小回线狭小回线狭小的磁性材料制作铁心。变压器和电的磁性材料制作铁心。变压器和电的磁性材料制作铁心。变压器和电的磁性材料制作铁心。变压器和电机中使用的硅钢等材料的磁滞损耗较低。机中使用的硅钢等材料的磁滞损耗较低。机中使用的硅