磁路与铁心线圈1.pptx

《磁路与铁心线圈1.pptx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《磁路与铁心线圈1.pptx（30页珍藏版）》请在淘文阁 - 分享文档赚钱的网站上搜索。

1、16.1 6.1 磁路及其分析方法磁路及其分析方法6.26.2 交流铁心线圈电路交流铁心线圈电路 6.36.3 变压器变压器6.46.4 电磁铁电磁铁目目 录录返回返回第1页/共30页2 磁场的特性可用磁场的特性可用磁感应强度、磁通、磁场强度、磁导率磁感应强度、磁通、磁场强度、磁导率等几个物理量等几个物理量表示表示。一、磁感应强度一、磁感应强度 与与磁场方向相垂直磁场方向相垂直的单位面积上通过的的单位面积上通过的磁通磁通（磁（磁力线），可表示磁场内某点的力线），可表示磁场内某点的磁场强弱和方向磁场强弱和方向。B的单位单位：特斯拉斯拉（T）1T104Gs 的单位：韦伯的单位：韦伯矢量矢量6.1

2、6.1 磁路及其分析方法磁路及其分析方法 6.1.1 6.1.1 磁场的基本物理量磁场的基本物理量第2页/共30页3二、磁通二、磁通 磁感应强度磁感应强度B与垂直于磁场方向的面积与垂直于磁场方向的面积S的的乘积乘积，称为称为通过该面积通过该面积的的磁通磁通。如如 磁场内各点的磁感应强度的磁场内各点的磁感应强度的大小相等大小相等，方向相同方向相同，这样的磁场则称为这样的磁场则称为均匀磁场均匀磁场。BS 的单位：的单位：伏伏秒，通称为韦秒，通称为韦 伯伯 Wb 或麦克斯韦或麦克斯韦Mx 1Wb108Mx 第3页/共30页4三、磁场强度三、磁场强度 磁场强度磁场强度是计算磁场所用的物理量，其大小为是

3、计算磁场所用的物理量，其大小为磁磁感应强度感应强度和和导磁率导磁率之之比比。H的单位：安米的单位：安米 的单位：亨米的单位：亨米安培环路定律（全电流定律）：安培环路定律（全电流定律）：磁场中磁场中任何闭合回路任何闭合回路磁场强度的磁场强度的线积分线积分,等于等于通过这个闭合路径内通过这个闭合路径内电流的代数电流的代数和和，即，即矢量第4页/共30页5I1I2I3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符合右手定则右手定则，电流取，电流取正正；否则否则取取负负。在在无分支的均匀磁路无分支的均匀磁路（磁路的材料和截面（磁路的材料和截面积相同，各处的磁场强度相等）中，如环积相同，各处的磁

4、场强度相等）中，如环形线圈，安培环路定律可写成：形线圈，安培环路定律可写成：第5页/共30页6其中l x2 x是是半径为半径为x的圆周长的圆周长Hx是半径是半径 x 处的处的磁场强度磁场强度FNI即线圈匝数与电流的乘积，称即线圈匝数与电流的乘积，称磁通势磁通势 单位为安单位为安 培培（A）在无分支的均匀磁路中，如环形线圈，安培环路定律可写成：第6页/共30页7讨论磁场内某一点的磁场强度磁场内某一点的磁场强度H与 有关吗有关吗？由上两式可知，磁场内某一点的由上两式可知，磁场内某一点的H只与电流大小、线圈匝数只与电流大小、线圈匝数及及该点的几何位该点的几何位置置有关，有关，而与而与 无关无关真空中

5、的磁导率为常数真空中的磁导率为常数四、磁导率四、磁导率 磁导率磁导率 是一个用来表示是一个用来表示磁场媒质磁性磁场媒质磁性和衡量和衡量物质导磁能力物质导磁能力的物理量的物理量。第7页/共30页8一般材料的磁导率一般材料的磁导率 和真空磁导率和真空磁导率 0 0 的比值，称为的比值，称为该物质的相对磁导率该物质的相对磁导率 r r 或第8页/共30页9磁性材料的磁性能磁性材料的磁性能 一、高导磁性一、高导磁性 指磁性材料的磁导率很高，指磁性材料的磁导率很高，r r11，使其具有，使其具有被强烈磁化（呈现磁性）被强烈磁化（呈现磁性）的特性。的特性。二、磁饱和性二、磁饱和性 把磁性材料放入磁场强度为

6、把磁性材料放入磁场强度为H H的磁场（常由线圈的励磁电流产生），会受到强的磁场（常由线圈的励磁电流产生），会受到强烈的磁化。开始磁感应强度烈的磁化。开始磁感应强度B B与与H H近似成正比增加，而后随着近似成正比增加，而后随着H H的增加，的增加，B B的增加缓慢的增加缓慢下来，最后下来，最后达到饱和值达到饱和值。6.1.2 6.1.2 磁性材料的磁性能磁性材料的磁性能高导磁性、磁饱和性、磁滞性、非线性高导磁性、磁饱和性、磁滞性、非线性第9页/共30页10磁化曲线磁化曲线B和和 与与H的关系的关系注当有磁性物质存在当有磁性物质存在时时B与与H不成比例，不成比例，与与I也不成比例也不成比例。三、

7、磁滞性三、磁滞性 当铁心线圈中通有当铁心线圈中通有交变电流交变电流（大小和方向都变化）（大小和方向都变化）时，铁心就受到交变磁化，时，铁心就受到交变磁化，电流变化电流变化时，时，B随随H而变化而变化，当当H已减到零值时已减到零值时，但，但B未回到零未回到零，这种磁感应强度滞，这种磁感应强度滞后于磁场强度变化的性质称磁性物质的磁滞性。后于磁场强度变化的性质称磁性物质的磁滞性。第10页/共30页11磁滞回线磁滞回线剩磁：剩磁：当线圈中当线圈中电流减到电流减到零零（H0），铁心在磁化时所），铁心在磁化时所获的磁性还获的磁性还未未完全消失，这完全消失，这时铁心中所时铁心中所保留保留的磁感应强的磁感应强

8、度称为剩磁感应强度度称为剩磁感应强度Br。根据根据磁性能磁性能，磁性材料又可分为，磁性材料又可分为三种三种：软磁材料软磁材料（磁滞回线窄长。常用做磁头、磁心等）、（磁滞回线窄长。常用做磁头、磁心等）、永磁材料永磁材料（磁滞回线宽。常用做永久磁铁）、（磁滞回线宽。常用做永久磁铁）、矩磁材料矩磁材料（磁滞回线接近矩形。可用做记忆元件）。（磁滞回线接近矩形。可用做记忆元件）。第11页/共30页12i一、磁路一、磁路 线圈线圈通入电流通入电流后，产生磁通，分后，产生磁通，分主磁通主磁通 和漏磁通和漏磁通。线圈铁心 6.1.3 6.1.3 磁路的分析方法磁路的分析方法第12页/共30页13二、磁路的欧姆

9、定律二、磁路的欧姆定律对于环形线圈对于环形线圈磁路的磁路的欧姆定律欧姆定律说明F=NI为磁通势为磁通势 Rm为磁阻为磁阻l为磁路的平均长度为磁路的平均长度 S为磁路的截面积为磁路的截面积第13页/共30页14磁路与电路对照磁路与电路对照磁路磁路电路电路磁通势磁通势F电动势电动势E磁通磁通 电流电流I磁感应强度磁感应强度B电流密度电流密度J磁阻磁阻Rm电阻电阻R第14页/共30页15三、磁路的计算三、磁路的计算 在计算电机、电器等的磁路时，要在计算电机、电器等的磁路时，要预先给定铁心中预先给定铁心中的的磁通磁通（或磁感应强度），（或磁感应强度），而后按照所给的磁通及磁路各段的尺寸和材料去求产生预

10、定磁通所需的磁通势而后按照所给的磁通及磁路各段的尺寸和材料去求产生预定磁通所需的磁通势FNI（或励磁电流（或励磁电流I I）。）。计算均匀磁路要用磁场强度计算均匀磁路要用磁场强度H，即即NIHl，如果磁路由不同的材料、长度和截面积的几段组成，则磁路由磁阻不同的几如果磁路由不同的材料、长度和截面积的几段组成，则磁路由磁阻不同的几段串联而成：段串联而成：NIH1 l1H2 l2（H l）第15页/共30页16如：由三段串联而成的由三段串联而成的 继电器磁路继电器磁路第16页/共30页17解磁路的平均长度为磁路的平均长度为 l（1015）2）39.2cm查铸钢的磁化曲线查铸钢的磁化曲线，当当B0.9

11、T 时时，H1500Am于是于是 H1 l1195A空气隙中的磁场强度为空气隙中的磁场强度为 H0B0 00.9（4 x 107）7.2 x 105A/m有一环形铁心线圈，其内径为有一环形铁心线圈，其内径为10cm，外径为外径为15cm，铁心材料为铸钢。磁路中含有一铁心材料为铸钢。磁路中含有一空气气隙，其长度等于空气气隙，其长度等于0.2cm0.2cm。设线圈中通有。设线圈中通有1A1A电流，如要得到电流，如要得到0.9T0.9T的磁感应强度，的磁感应强度，试求试求线圈匝数线圈匝数。P192P192例题例题6.1.26.1.2第17页/共30页18H0 7.2 x 105 x 0.2 x 10

12、-21440A总磁通势为总磁通势为 NI（H l）H1 l1H0 19514401635 A线圈匝数为线圈匝数为 NNII1635 若要得到相等的磁感应强度，采用磁导率高的铁心材料，可使线圈的若要得到相等的磁感应强度，采用磁导率高的铁心材料，可使线圈的用铜量用铜量大大为为降低降低（I降低）降低）。若线圈中通有同样大小的励磁电流，要若线圈中通有同样大小的励磁电流，要得到相等的磁通得到相等的磁通，采用磁导率高的铁心，采用磁导率高的铁心材料，可使铁心的材料，可使铁心的用铁量用铁量大为大为降低降低（S降低）。当磁路中含有空气隙时，由于其当磁路中含有空气隙时，由于其磁阻较大磁阻较大，要得到相等的磁感应强

13、度要得到相等的磁感应强度，必须增必须增大励磁电流（大励磁电流（线圈匝数一定）。线圈匝数一定）。结论第18页/共30页6.2 6.2 交流铁心线圈电路交流铁心线圈电路2 2 2 2交流铁心线圈电路交流铁心线圈电路铁心线圈分为两种：1 1 1 1直流铁心线圈电路直流铁心线圈电路直流铁心线圈通直流来励磁（如直流电机的励磁线圈、电磁吸盘及各种直流电器的线圈）。因为励磁是直流，则产生的磁通是恒定的，在线圈和铁心中不会感应出电动势来，在一定的电压U U下，线圈电流I I只与线圈的R R有关，P P也只与I I2 2R R有关，所以分析直流铁心线圈比较简单。本课不讨论。交流铁心线圈通交流来励磁 （如交流电机

14、、变压器及各种交流电器 的线圈）。其电压、电流等关系与直流 不同，下面我们就来讨论之。第19页/共30页ueeiN铁心如图所示，如果在铁心上绕有N匝线圈，并在线圈两端加上电压u，则在线圈中就会产生电流 i，磁动势F=Ni产生的磁通绝大多数通过铁心而闭合，这部分磁通称为工作磁通。此外还有一少部分通过空气等非磁性材料而闭合，这部分磁通称为漏磁此外还有一少部分通过空气等非磁性材料而闭合，这部分磁通称为漏磁通，用通，用表示。表示。这两个磁通分别在线圈中产生感应电动势这两个磁通分别在线圈中产生感应电动势e e e e和和e e e e。e e e e为主磁电动势，为主磁电动势，e e e e为漏磁电动势

15、。为漏磁电动势。6.2.1 电磁关电磁关系系第20页/共30页ueeiN这个电磁关系可表示如下：这个电磁关系可表示如下：式中NN=L=Li i中的 L L为常数，称为漏电感；而i i与不存在线性关系，即 L L不是常数。因此，铁心线圈是一个非线性的电因此，铁心线圈是一个非线性的电感元件。感元件。和和L L L L与与i i i i的关系如图所示。的关系如图所示。0、LiL第21页/共30页ueeiN据KVLKVL有：当V V为正弦时，上式中的各量可视作正弦量，于是上式可用相量表示：6.2.2 电压电流关系电压电流关系第22页/共30页式中式中X X X X为漏磁感抗，为漏磁感抗，R R R R

16、为线圈的电阻。为线圈的电阻。相量表示式：相量表示式：设 则 式中：第23页/共30页24注意：m m无有效值；大写为瞬时值。有效值为：由于R R和X X很小 ，U UR R和U U与U U/相比可忽略。B Bm m为铁心中磁感应强度的最大值，S S为铁心面积。即第24页/共30页2 2铁损1 1铜损 磁滞损耗 磁滞损耗 涡流损耗在交流铁心线圈中，功率损耗由两部分组成：在交变磁场中，铁磁材料要反复磁化，就产生了类似摩擦发热的能量损耗，在交变磁场中，铁磁材料要反复磁化，就产生了类似摩擦发热的能量损耗，我们称之为我们称之为磁滞损耗磁滞损耗。可以证明，交变磁化一周在铁心的单位体积内所产生的。可以证明，

17、交变磁化一周在铁心的单位体积内所产生的磁滞损耗磁滞损耗能量与磁滞回线所包围的能量与磁滞回线所包围的面积成正比面积成正比。这里有一个经验公式：这里有一个经验公式：6.2.3 功率损耗功率损耗第25页/共30页 磁滞损耗要引起铁心发热。为了减小磁滞损耗，应选用磁滞回线狭小的磁性材料制造铁心。硅钢就是变压器和电机中常用的铁心材料，其磁滞损耗较小。这是一个经验公式。n n的取值范围在1.51.5到2.52.5之间，一般取2 2。从上式可以看出，磁滞损耗与磁感应强度的平方成正比，也与频率和铁心的体积成正比。第26页/共30页 涡流损耗由涡流所产生的铁损称为涡流损耗P Pe ei 当线圈中通有交流电时，它

18、所产生的磁通也是交变的。因此，不仅要在线圈中产生感应电动势，而且在铁心内也要产生感应电动势和感应电流。这种感应电流称为涡流，它在垂直于磁通方向的平面内环流着。第27页/共30页 涡流损耗也要引起涡流损耗也要引起铁心发热铁心发热。为了减小涡流损耗，在顺磁场方向铁心可由彼此。为了减小涡流损耗，在顺磁场方向铁心可由彼此绝缘的绝缘的硅钢叠成硅钢叠成，这样就可以限制涡流只能在较小的截面内流通。此外，通常所用的，这样就可以限制涡流只能在较小的截面内流通。此外，通常所用的硅钢片中含有少量的硅（硅钢片中含有少量的硅（0.84.8%0.84.8%），因而电阻率较大，这也可以使涡流减小。），因而电阻率较大，这也可

19、以使涡流减小。由此可见所以，在铁心线圈电路中所以，在铁心线圈电路中BmBmBmBm不能取的太大。（为什么？）不能取的太大。（为什么？）一般取0.8-1.2T0.8-1.2T。在交流磁通的作用下，铁心内的这两种损耗合称铁损在交流磁通的作用下，铁心内的这两种损耗合称铁损P PFeFe。铁损差不多与。铁损差不多与铁心内磁感应强度的最大值铁心内磁感应强度的最大值B Bm m 的平方成正比，故的平方成正比，故B Bm m 不宜选得过大。不宜选得过大。第28页/共30页 涡流有有害的一面，但在另外一些场合下也有有利的一面。对其有害的一面应尽可能地加以限制，而对其有利的一面则应充分地加以利用。例如，利用涡流的热效应来冶炼金属，利用涡流和磁场相互作用而产生电磁力的原理来制造感应式仪器、滑差电机及涡流测距器等。又因为当U U一定时，为什么N N不能太小？从上述可知，铁心线圈交流电路的有功功率为P=UIcos=I2R+PFe第29页/共30页30感谢您的观看！第30页/共30页