第9章磁路與鐵心線(xiàn)圈ppt課件

1、第第9 9章章 磁路與鐵心線(xiàn)圈磁路與鐵心線(xiàn)圈9.1 9.1 磁場(chǎng)的基本物理量與鐵磁物質(zhì)磁場(chǎng)的基本物理量與鐵磁物質(zhì)9.1.1磁場(chǎng)的基本物理量磁場(chǎng)的基本物理量 真空磁導(dǎo)率真空磁導(dǎo)率0H/m10470 任意一種物質(zhì)的磁導(dǎo)率任意一種物質(zhì)的磁導(dǎo)率和真空磁導(dǎo)率和真空磁導(dǎo)率0的比值，的比值，稱(chēng)為該物質(zhì)的相對(duì)磁導(dǎo)率稱(chēng)為該物質(zhì)的相對(duì)磁導(dǎo)率r。00BBr 安培環(huán)路定律內(nèi)容為在任何磁介質(zhì)中，磁場(chǎng)強(qiáng)度安培環(huán)路定律內(nèi)容為在任何磁介質(zhì)中，磁場(chǎng)強(qiáng)度H沿任意閉合曲線(xiàn)沿任意閉合曲線(xiàn)l的線(xiàn)積分等于穿過(guò)該閉合回線(xiàn)的線(xiàn)積分等于穿過(guò)該閉合回線(xiàn)所圍面積的電流的代數(shù)和，表示式為所圍面積的電流的代數(shù)和，表示式為Hdl=I Hdl是磁場(chǎng)強(qiáng)度是

2、磁場(chǎng)強(qiáng)度H沿任意閉合曲線(xiàn)沿任意閉合曲線(xiàn)l的線(xiàn)積分；的線(xiàn)積分；I是穿過(guò)該閉合曲線(xiàn)所圍面積的電流的代數(shù)和。是穿過(guò)該閉合曲線(xiàn)所圍面積的電流的代數(shù)和。求求I時(shí)，電流方向與閉合曲線(xiàn)環(huán)繞方向之間符合時(shí)，電流方向與閉合曲線(xiàn)環(huán)繞方向之間符合右手螺旋定則的電流為正，反之為負(fù)。右手螺旋定則的電流為正，反之為負(fù)。 如圖環(huán)形線(xiàn)圈，取磁通作為閉合回線(xiàn)，其方向如圖環(huán)形線(xiàn)圈，取磁通作為閉合回線(xiàn)，其方向作為回線(xiàn)的環(huán)繞方向。有作為回線(xiàn)的環(huán)繞方向。有 線(xiàn)圈內(nèi)部半徑為線(xiàn)圈內(nèi)部半徑為x處各點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)處各點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度為度為 式中線(xiàn)圈匝數(shù)與電流的乘積式中線(xiàn)圈匝數(shù)與電流的乘積NI稱(chēng)為磁通勢(shì)，用稱(chēng)為磁通勢(shì)，用字母字母F代表，單位是安代表

3、，單位是安培培A，則有，則有F=NIxHlHlH2dxxxNII 那那么么NIxH2x即即xx2lNIxNIHxxxlNIHB9.1.2鐵磁物質(zhì)的磁化鐵磁物質(zhì)的磁化磁性物質(zhì)具有被磁化的特性是因?yàn)榇判晕镔|(zhì)其內(nèi)磁性物質(zhì)具有被磁化的特性是因?yàn)榇判晕镔|(zhì)其內(nèi)部的特殊性。在磁性物質(zhì)內(nèi)部有許多小區(qū)域，由部的特殊性。在磁性物質(zhì)內(nèi)部有許多小區(qū)域，由于磁性物質(zhì)的分子間的作用力使每一區(qū)域顯示磁于磁性物質(zhì)的分子間的作用力使每一區(qū)域顯示磁性；這些小區(qū)域稱(chēng)為磁疇。在沒(méi)有外磁場(chǎng)的作用性；這些小區(qū)域稱(chēng)為磁疇。在沒(méi)有外磁場(chǎng)的作用時(shí)，各個(gè)磁疇排列混亂，磁場(chǎng)互相抵消，對(duì)外就時(shí)，各個(gè)磁疇排列混亂，磁場(chǎng)互相抵消，對(duì)外就不顯示磁性，在外

4、磁場(chǎng)作用下磁疇順外磁場(chǎng)方向不顯示磁性，在外磁場(chǎng)作用下磁疇順外磁場(chǎng)方向轉(zhuǎn)向，顯示出磁性。轉(zhuǎn)向，顯示出磁性。1. 起始磁化曲線(xiàn)起始磁化曲線(xiàn)磁性物質(zhì)由于磁化所產(chǎn)生磁性物質(zhì)由于磁化所產(chǎn)生的磁化磁場(chǎng)不會(huì)隨著外磁的磁化磁場(chǎng)不會(huì)隨著外磁場(chǎng)的增強(qiáng)而無(wú)限地增強(qiáng)。場(chǎng)的增強(qiáng)而無(wú)限地增強(qiáng)。當(dāng)外磁場(chǎng)增大到一定值時(shí)，當(dāng)外磁場(chǎng)增大到一定值時(shí)，全部磁疇的磁場(chǎng)方向都轉(zhuǎn)全部磁疇的磁場(chǎng)方向都轉(zhuǎn)向與外磁場(chǎng)的方向一致，向與外磁場(chǎng)的方向一致，這時(shí)磁化磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)這時(shí)磁化磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度達(dá)到飽和值，即度達(dá)到飽和值，即Bm。2. 磁滯回線(xiàn)磁滯回線(xiàn)當(dāng)鐵心線(xiàn)圈中通有交變電流時(shí)，當(dāng)鐵心線(xiàn)圈中通有交變電流時(shí)，鐵心就受到交變磁化。在電流鐵心就受到交

5、變磁化。在電流反復(fù)變化時(shí)，磁感應(yīng)強(qiáng)度反復(fù)變化時(shí)，磁感應(yīng)強(qiáng)度B隨隨磁場(chǎng)強(qiáng)度磁場(chǎng)強(qiáng)度H而變化的關(guān)系所示。而變化的關(guān)系所示。當(dāng)當(dāng)H已減到零值時(shí)，但已減到零值時(shí)，但B并未并未回到零值，這種磁感應(yīng)強(qiáng)度滯回到零值，這種磁感應(yīng)強(qiáng)度滯后于磁場(chǎng)強(qiáng)度變化的性質(zhì)稱(chēng)為后于磁場(chǎng)強(qiáng)度變化的性質(zhì)稱(chēng)為磁性物質(zhì)的磁滯性。磁性物質(zhì)的磁滯性。如果要使鐵心的剩磁消失，如果要使鐵心的剩磁消失，通常改變線(xiàn)圈中勵(lì)磁電流的通常改變線(xiàn)圈中勵(lì)磁電流的方向，也就是改變磁場(chǎng)強(qiáng)度方向，也就是改變磁場(chǎng)強(qiáng)度H的方向來(lái)進(jìn)行反向磁化，的方向來(lái)進(jìn)行反向磁化，Hc稱(chēng)為矯頑磁力。稱(chēng)為矯頑磁力。3. 基本磁化曲線(xiàn)基本磁化曲線(xiàn)對(duì)于不同的對(duì)于不同的H值，鐵磁性物質(zhì)有不同

6、的磁滯回線(xiàn)，值，鐵磁性物質(zhì)有不同的磁滯回線(xiàn)，將各個(gè)不同將各個(gè)不同H下的磁滯回線(xiàn)的正頂點(diǎn)連成的曲線(xiàn)下的磁滯回線(xiàn)的正頂點(diǎn)連成的曲線(xiàn)稱(chēng)為基本磁化曲線(xiàn)。稱(chēng)為基本磁化曲線(xiàn)。 按磁性物質(zhì)的磁性能，磁性材料可以分成：按磁性物質(zhì)的磁性能，磁性材料可以分成： 軟磁材料：又稱(chēng)永磁材料，具有較小的矯頑磁力，軟磁材料：又稱(chēng)永磁材料，具有較小的矯頑磁力，磁滯回線(xiàn)較窄。一般用來(lái)制造電機(jī)、電器及變壓磁滯回線(xiàn)較窄。一般用來(lái)制造電機(jī)、電器及變壓器等的鐵心。常用的有鑄鐵、硅鋼、坡莫合金及器等的鐵心。常用的有鑄鐵、硅鋼、坡莫合金及鐵氧體等。鐵氧體在電子技術(shù)中應(yīng)用也很廣泛，鐵氧體等。鐵氧體在電子技術(shù)中應(yīng)用也很廣泛，可做計(jì)算機(jī)的磁心、

7、磁鼓以及錄音機(jī)的磁帶、磁可做計(jì)算機(jī)的磁心、磁鼓以及錄音機(jī)的磁帶、磁頭。頭。9.2 9.2 磁路及磁路定律磁路及磁路定律9.2.19.2.1磁路磁路電機(jī)、變壓器及各種鐵磁元件中常用磁性材料做電機(jī)、變壓器及各種鐵磁元件中常用磁性材料做成一定形狀的鐵心，鐵心的磁導(dǎo)率比周?chē)諝饣虺梢欢ㄐ螤畹蔫F心，鐵心的磁導(dǎo)率比周?chē)諝饣蚱渌镔|(zhì)的磁導(dǎo)率大得多，因此磁通的絕大部分其他物質(zhì)的磁導(dǎo)率大得多，因此磁通的絕大部分經(jīng)過(guò)鐵心而形成一個(gè)閉合通路，這部分磁通稱(chēng)為經(jīng)過(guò)鐵心而形成一個(gè)閉合通路，這部分磁通稱(chēng)為主磁通。經(jīng)過(guò)鐵心而形成的閉合通路稱(chēng)為磁路。主磁通。經(jīng)過(guò)鐵心而形成的閉合通路稱(chēng)為磁路。磁通有少量經(jīng)磁路周?chē)奈镔|(zhì)而閉合，

8、有些磁通磁通有少量經(jīng)磁路周?chē)奈镔|(zhì)而閉合，有些磁通不經(jīng)過(guò)磁路而閉合，這些統(tǒng)稱(chēng)為漏磁通。不經(jīng)過(guò)磁路而閉合，這些統(tǒng)稱(chēng)為漏磁通。磁路特點(diǎn)鐵心中的磁場(chǎng)比周?chē)諝庵械拇艌?chǎng)強(qiáng)得多；鐵心中的磁場(chǎng)比周?chē)諝庵械拇艌?chǎng)強(qiáng)得多； 在限定的區(qū)域內(nèi)利用較小的電流獲得較強(qiáng)的磁場(chǎng)在限定的區(qū)域內(nèi)利用較小的電流獲得較強(qiáng)的磁場(chǎng); ;主磁通遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于漏磁通；主磁通遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于漏磁通； 下 頁(yè)上 頁(yè)返 回空心線(xiàn)圈磁場(chǎng)分布空心線(xiàn)圈磁場(chǎng)分布鐵心線(xiàn)圈磁場(chǎng)分布鐵心線(xiàn)圈磁場(chǎng)分布下 頁(yè)上 頁(yè)返 回半封閉鐵心線(xiàn)圈磁場(chǎng)分布半封閉鐵心線(xiàn)圈磁場(chǎng)分布 全封閉鐵心線(xiàn)圈磁場(chǎng)分布全封閉鐵心線(xiàn)圈磁場(chǎng)分布下 頁(yè)上 頁(yè)返 回9.2.29.2.2磁路的基爾霍夫第一定律磁路的

9、基爾霍夫第一定律=0磁路的任一節(jié)點(diǎn)所連各支路磁通的代數(shù)和等于磁路的任一節(jié)點(diǎn)所連各支路磁通的代數(shù)和等于零。零。9.2.39.2.3磁路的基爾霍夫第二定律磁路的基爾霍夫第二定律FUm在磁路的任一回路中，各段磁位差的代數(shù)和等在磁路的任一回路中，各段磁位差的代數(shù)和等于各磁通勢(shì)的代數(shù)和。于各磁通勢(shì)的代數(shù)和。應(yīng)用磁路的基爾霍夫第二定律時(shí)，要選一環(huán)繞方應(yīng)用磁路的基爾霍夫第二定律時(shí)，要選一環(huán)繞方向，當(dāng)某段磁場(chǎng)強(qiáng)度的參考方向與環(huán)繞方向一致向，當(dāng)某段磁場(chǎng)強(qiáng)度的參考方向與環(huán)繞方向一致時(shí)，該段磁位差取正號(hào)，反之取負(fù)號(hào)；若勵(lì)磁電時(shí)，該段磁位差取正號(hào)，反之取負(fù)號(hào)；若勵(lì)磁電流的參考方向與環(huán)繞方向符合右手螺旋關(guān)系時(shí)，流的參考

10、方向與環(huán)繞方向符合右手螺旋關(guān)系時(shí)，該磁通勢(shì)取正號(hào)，反之取負(fù)號(hào)。該磁通勢(shì)取正號(hào)，反之取負(fù)號(hào)。當(dāng)選擇中心線(xiàn)的方向與鐵心中磁場(chǎng)方向一致時(shí)，當(dāng)選擇中心線(xiàn)的方向與鐵心中磁場(chǎng)方向一致時(shí)，每段磁路中心線(xiàn)的磁位差每段磁路中心線(xiàn)的磁位差UmUm等于其磁場(chǎng)強(qiáng)度與長(zhǎng)等于其磁場(chǎng)強(qiáng)度與長(zhǎng)度的乘積，即度的乘積，即Um=+Hl Um=+Hl ，如選擇中心線(xiàn)的方向與，如選擇中心線(xiàn)的方向與磁場(chǎng)方向相反，則磁場(chǎng)方向相反，則Um=-HlUm=-Hl。那么那么Hl=NIHl=NISBBH SllBHlmU設(shè)一段磁路的長(zhǎng)為設(shè)一段磁路的長(zhǎng)為l，截面積為，截面積為S，材料的磁導(dǎo)，材料的磁導(dǎo)率為率為，磁通為，磁通為 SLR/m9.2.49.

11、2.4磁路的歐姆定律磁路的歐姆定律令令 RmmU那那么么 磁阻的單位為磁阻的單位為1/亨亨1/H）。）。 9.3 9.3 恒定磁通、磁路的計(jì)算恒定磁通、磁路的計(jì)算 磁路計(jì)算的問(wèn)題可以分為兩類(lèi)，一類(lèi)是已知磁磁路計(jì)算的問(wèn)題可以分為兩類(lèi)，一類(lèi)是已知磁路的磁通及結(jié)構(gòu)、尺寸、資料，計(jì)算所需的磁通路的磁通及結(jié)構(gòu)、尺寸、資料，計(jì)算所需的磁通勢(shì)，另一類(lèi)是已知磁路的磁通勢(shì)及結(jié)構(gòu)、尺寸、勢(shì)，另一類(lèi)是已知磁路的磁通勢(shì)及結(jié)構(gòu)、尺寸、資料，計(jì)算磁路中的磁通。資料，計(jì)算磁路中的磁通。9.3.1已知磁通求磁通勢(shì)已知磁通求磁通勢(shì) （1） 按材料、截面積將磁按材料、截面積將磁路進(jìn)行分段，把材料相同、路進(jìn)行分段，把材料相同、截面

12、積相等的部分作為一段。截面積相等的部分作為一段。（2） 作出磁路的中心線(xiàn)，計(jì)作出磁路的中心線(xiàn)，計(jì)算各段磁路的截面積和平均算各段磁路的截面積和平均長(zhǎng)度。長(zhǎng)度。 （3） 計(jì)算各段的磁感應(yīng)強(qiáng)度，可分別按下列各計(jì)算各段的磁感應(yīng)強(qiáng)度，可分別按下列各式計(jì)算。式計(jì)算。B1=S1，B2=S2 （4） 根據(jù)各段磁路材料的磁化曲線(xiàn)根據(jù)各段磁路材料的磁化曲線(xiàn)B=f (H)，查，查出與出與B1，B2相對(duì)應(yīng)的磁場(chǎng)強(qiáng)度相對(duì)應(yīng)的磁場(chǎng)強(qiáng)度H1，H2 空氣隙磁場(chǎng)強(qiáng)度空氣隙磁場(chǎng)強(qiáng)度H0為為 H0=B00=B0410-70.8106B0 A/m （5） 由磁路的基爾霍夫第二定律確定所需要的由磁路的基爾霍夫第二定律確定所需要的磁通勢(shì)

13、，即磁通勢(shì)，即F=NI=Hl9.3.2已知磁通勢(shì)求磁通已知磁通勢(shì)求磁通 已知磁通勢(shì)求磁通時(shí)，如果對(duì)于無(wú)分支的均勻磁已知磁通勢(shì)求磁通時(shí)，如果對(duì)于無(wú)分支的均勻磁路，計(jì)算不復(fù)雜，若又有分支磁路又不均勻，計(jì)路，計(jì)算不復(fù)雜，若又有分支磁路又不均勻，計(jì)算就較復(fù)雜，詳細(xì)計(jì)算可參考有關(guān)資料，這里不算就較復(fù)雜，詳細(xì)計(jì)算可參考有關(guān)資料，這里不再敘述。再敘述。9.4 9.4 交流鐵芯線(xiàn)圈交流鐵芯線(xiàn)圈鐵心線(xiàn)圈分為直流鐵心線(xiàn)圈和交流鐵心線(xiàn)圈兩種，鐵心線(xiàn)圈分為直流鐵心線(xiàn)圈和交流鐵心線(xiàn)圈兩種，直流鐵心線(xiàn)圈中通過(guò)直流電來(lái)勵(lì)磁，因?yàn)閯?lì)磁電直流鐵心線(xiàn)圈中通過(guò)直流電來(lái)勵(lì)磁，因?yàn)閯?lì)磁電流是直流，產(chǎn)生的磁通是恒定的，在線(xiàn)圈中不會(huì)流是直

14、流，產(chǎn)生的磁通是恒定的，在線(xiàn)圈中不會(huì)感應(yīng)出電動(dòng)勢(shì)來(lái)。在一定電壓下，線(xiàn)圈中的電流，感應(yīng)出電動(dòng)勢(shì)來(lái)。在一定電壓下，線(xiàn)圈中的電流，只和線(xiàn)圈本身的電阻只和線(xiàn)圈本身的電阻r有關(guān)，功率損耗也只有有關(guān)，功率損耗也只有I2r。交流鐵心線(xiàn)圈中通入交流電來(lái)勵(lì)磁，它在電磁關(guān)交流鐵心線(xiàn)圈中通入交流電來(lái)勵(lì)磁，它在電磁關(guān)系、電壓電流關(guān)系及功率損耗等幾個(gè)方面和直流系、電壓電流關(guān)系及功率損耗等幾個(gè)方面和直流鐵心線(xiàn)圈是不同的。鐵心線(xiàn)圈是不同的。9.4.1交流鐵心線(xiàn)圈的電流、電壓及磁通交流鐵心線(xiàn)圈的電流、電壓及磁通rieeuSSS()()d()durieeiriLet euuuSr 電源電壓電源電壓u可分線(xiàn)圈電阻上的電壓可分線(xiàn)圈

15、電阻上的電壓ur=ri，漏磁通，漏磁通引起的漏磁感應(yīng)電壓引起的漏磁感應(yīng)電壓us與線(xiàn)圈感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)與線(xiàn)圈感應(yīng)電動(dòng)勢(shì) e。前。前兩部分?jǐn)?shù)值小，可忽略不計(jì)。兩部分?jǐn)?shù)值小，可忽略不計(jì)。tsinmmm44. 422fNfNU設(shè)設(shè)那么那么)90sin()90sin(2mmtUtfN電壓的有效值為電壓的有效值為 當(dāng)電源頻率與線(xiàn)圈匝數(shù)一定時(shí)，鐵心中的主磁當(dāng)電源頻率與線(xiàn)圈匝數(shù)一定時(shí)，鐵心中的主磁通與線(xiàn)圈電壓成正比。通與線(xiàn)圈電壓成正比。eu那那么么dttNtNeu)sin(dddm9.4.2磁滯損耗與渦流損耗磁滯損耗與渦流損耗 在交流鐵心線(xiàn)圈中，除線(xiàn)圈電阻上有功率損耗在交流鐵心線(xiàn)圈中，除線(xiàn)圈電阻上有功率損耗I2r(

16、銅損銅損Pcu)外，還有處于交變磁化下的鐵心外，還有處于交變磁化下的鐵心中的功率損耗，即鐵損中的功率損耗，即鐵損PFe。鐵損是由磁滯和。鐵損是由磁滯和渦流引起的。渦流引起的。鐵損鐵損渦流損耗渦流損耗磁滯損耗磁滯損耗由于渦流所產(chǎn)生的鐵損稱(chēng)為渦流損耗由于渦流所產(chǎn)生的鐵損稱(chēng)為渦流損耗Pe。當(dāng)線(xiàn)。當(dāng)線(xiàn)圈中通有交流時(shí)，鐵心所產(chǎn)生的磁通也是交變的。圈中通有交流時(shí)，鐵心所產(chǎn)生的磁通也是交變的。因而，不僅要在線(xiàn)圈中產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，而且在因而，不僅要在線(xiàn)圈中產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，而且在鐵心內(nèi)也要產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)和感應(yīng)電流，這種感鐵心內(nèi)也要產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)和感應(yīng)電流，這種感應(yīng)電流稱(chēng)為渦流。渦流損耗也要引起鐵心發(fā)熱，應(yīng)電流稱(chēng)為渦流。渦流損耗也要引起鐵心發(fā)熱，為了減小渦流損耗，在順著磁場(chǎng)方向鐵心可由彼為了減小渦流損耗，在順著磁場(chǎng)方向鐵心可由彼此絕緣的鋼片疊成。此絕緣的鋼片疊成。由于磁滯所產(chǎn)生的鐵損稱(chēng)為磁滯損耗由于磁滯所產(chǎn)生的鐵損稱(chēng)為磁滯損耗PF。交變磁。交變磁化一周在鐵心的單位體積內(nèi)所產(chǎn)生的磁滯損耗能化一周在鐵心的單位體積內(nèi)所產(chǎn)生的磁滯損耗能量與磁滯回線(xiàn)所包圍的面