第十三章磁路和鐵心變壓器

1、 第十三章 磁路和鐵心變壓器 第一節(jié) 磁場(chǎng)的基本物理量及基本性質(zhì) 第二節(jié) 鐵磁物質(zhì)的磁化 第三節(jié) 磁路及磁路定理 第四節(jié) 恒定磁通磁路的計(jì)算 第五節(jié) 交變磁通下的鐵心損耗 第六節(jié) 交流鐵心線圈中的電壓、電流及磁通 第七節(jié) 交流鐵心線圈的等效電路 第八節(jié) 電磁鐵 一、磁感應(yīng)強(qiáng)度一、磁感應(yīng)強(qiáng)度 （磁通密度）（磁通密度） 若在磁場(chǎng)中的一點(diǎn)垂直于磁場(chǎng)方向放置一段若在磁場(chǎng)中的一點(diǎn)垂直于磁場(chǎng)方向放置一段長(zhǎng)為長(zhǎng)為l 、通有電流通有電流I的導(dǎo)體，其受到的磁力的導(dǎo)體，其受到的磁力為為F F ，則該點(diǎn)磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小為：，則該點(diǎn)磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小為：lIFB1 Tesla = 104 高斯高斯B 的單位：特斯拉（的

2、單位：特斯拉（Tesla）13.1 13.1 磁場(chǎng)的基本物理量及基本性質(zhì)磁場(chǎng)的基本物理量及基本性質(zhì)二、磁通及磁通的連續(xù)性原理二、磁通及磁通的連續(xù)性原理某一面積某一面積S的磁感應(yīng)強(qiáng)度的磁感應(yīng)強(qiáng)度B的通量稱為的通量稱為磁通磁通SSdsBdBS如果磁場(chǎng)如果磁場(chǎng)均勻均勻且磁場(chǎng)方向且磁場(chǎng)方向垂直垂直于于S面，則面，則磁通的連續(xù)性原理：磁通的連續(xù)性原理： 磁場(chǎng)中任何封閉曲面的磁通恒等于零。磁場(chǎng)中任何封閉曲面的磁通恒等于零。SdSB0三、磁導(dǎo)率三、磁導(dǎo)率：表征各種材料導(dǎo)磁能力的物理量：表征各種材料導(dǎo)磁能力的物理量（亨（亨/米）米）70104 真空中的磁導(dǎo)率真空中的磁導(dǎo)率( )為常數(shù)為常數(shù)0一般材料的磁導(dǎo)率一

3、般材料的磁導(dǎo)率 和真空中的磁導(dǎo)率之比，和真空中的磁導(dǎo)率之比，稱為這種材料的相對(duì)磁導(dǎo)率稱為這種材料的相對(duì)磁導(dǎo)率r0r1r，則稱為磁性材料，則稱為磁性材料1r，則稱為非磁性材料，則稱為非磁性材料四、磁場(chǎng)強(qiáng)度四、磁場(chǎng)強(qiáng)度 H 及及（全電流定律）（全電流定律） 1、 磁場(chǎng)強(qiáng)度磁場(chǎng)強(qiáng)度是計(jì)算磁場(chǎng)所用的物理量，其大小是計(jì)算磁場(chǎng)所用的物理量，其大小為磁感應(yīng)強(qiáng)度和導(dǎo)磁率之比。為磁感應(yīng)強(qiáng)度和導(dǎo)磁率之比。單位：?jiǎn)挝唬築 ：特斯拉：特斯拉：亨：亨/米米H：安：安/米米BH 2、全電流定律（安培環(huán)路定律）全電流定律（安培環(huán)路定律） 磁場(chǎng)中任何閉合回路磁場(chǎng)強(qiáng)度的線積分，等于磁場(chǎng)中任何閉合回路磁場(chǎng)強(qiáng)度的線積分，等于通過這

4、個(gè)閉合路徑內(nèi)電流的代數(shù)和。通過這個(gè)閉合路徑內(nèi)電流的代數(shù)和。HI1I2I3IlHd電流方向和磁場(chǎng)強(qiáng)度的方向電流方向和磁場(chǎng)強(qiáng)度的方向符合右手定則，電流取正；符合右手定則，電流取正；否則取負(fù)。否則取負(fù)。 一、起始磁化曲線一、起始磁化曲線 1. 非線性非線性大大小小BH)(I)BH 2. 磁滯性磁滯性13.2 13.2 鐵磁物質(zhì)的磁化鐵磁物質(zhì)的磁化 二、磁滯回線二、磁滯回線 根據(jù)磁性能，磁性材料又可分為三種：軟磁材根據(jù)磁性能，磁性材料又可分為三種：軟磁材料（磁滯回線窄長(zhǎng)。常用做磁頭、磁心等）、永磁材料（磁滯回線窄長(zhǎng)。常用做磁頭、磁心等）、永磁材料（磁滯回線寬。常用做永久磁鐵）、矩磁材料（滯料（磁滯回線

5、寬。常用做永久磁鐵）、矩磁材料（滯回線接近矩形。可用做記憶元件）?；鼐€接近矩形?？捎米鲇洃浽?。 三、基本磁化曲線三、基本磁化曲線磁路：主磁通所經(jīng)過的閉合路徑。磁路：主磁通所經(jīng)過的閉合路徑。1u2uis13.3 13.3 磁路及磁路定律磁路及磁路定律1 1、 磁路磁路 線圈通入電流后，產(chǎn)線圈通入電流后，產(chǎn)生磁通，分主磁通和漏生磁通，分主磁通和漏磁通。磁通。s：主磁通主磁通：漏磁通漏磁通鐵心鐵心（導(dǎo)磁性能好（導(dǎo)磁性能好 的磁性材料）的磁性材料）線圈線圈2 2、 磁路的基爾霍夫第一定律磁路的基爾霍夫第一定律 對(duì)于有分支磁路，其分支匯集處稱為磁路對(duì)于有分支磁路，其分支匯集處稱為磁路的節(jié)點(diǎn)，磁路的任

6、意節(jié)點(diǎn)所連接的各分支磁路的的節(jié)點(diǎn)，磁路的任意節(jié)點(diǎn)所連接的各分支磁路的代數(shù)和等于零。代數(shù)和等于零。01I I1 1N N1 132N N2 2I I2 20321即：即：HLNI 在無分支的均勻磁路在無分支的均勻磁路（磁路的材料和截面積相同，（磁路的材料和截面積相同，各處的磁場(chǎng)強(qiáng)度相等）中，安培環(huán)路定律可寫成：各處的磁場(chǎng)強(qiáng)度相等）中，安培環(huán)路定律可寫成：磁路磁路長(zhǎng)度長(zhǎng)度L線圈線圈匝數(shù)匝數(shù)NIHL：稱為磁壓降。稱為磁壓降。NI：稱為磁動(dòng)勢(shì)。一般稱為磁動(dòng)勢(shì)。一般 用用 F 表示。表示。F=NI3 3、 磁路的基爾霍夫第二定律磁路的基爾霍夫第二定律HLNI總磁動(dòng)勢(shì)總磁動(dòng)勢(shì) 在非均勻磁路在非均勻磁路（磁

7、路的材料或截面積不同，或磁場(chǎng)（磁路的材料或截面積不同，或磁場(chǎng)強(qiáng)度不等）中，強(qiáng)度不等）中，總磁動(dòng)勢(shì)等于各段磁壓降之和?？偞艅?dòng)勢(shì)等于各段磁壓降之和。00lHIHNI例：例：INl0l對(duì)于均勻磁路對(duì)于均勻磁路 LSLBHLNI磁路中的磁路中的歐姆定律歐姆定律四、磁路的歐姆定律：四、磁路的歐姆定律：則：則： mRLSNIFINSL注：由于磁性材料注：由于磁性材料 是非線性的，磁路歐姆定律多用作定性是非線性的，磁路歐姆定律多用作定性 分析，不做定量計(jì)算。分析，不做定量計(jì)算。SLRm令：令：Rm 稱為磁阻稱為磁阻磁路和電路的比較（一）磁路和電路的比較（一）磁磁路路電電路路磁通磁通INI磁壓降磁壓降HL磁動(dòng)

8、勢(shì)磁動(dòng)勢(shì)INF 電動(dòng)勢(shì)電動(dòng)勢(shì)電流電流電壓降電壓降UEIR+_EU基本定律基本定律mRF 磁阻磁阻SlRm磁感應(yīng)磁感應(yīng)強(qiáng)度強(qiáng)度SB 安培環(huán)路安培環(huán)路定律定律HLNI0磁磁 路路IN歐姆定律歐姆定律電阻電阻電流電流強(qiáng)度強(qiáng)度克氏克氏電壓定律電壓定律克氏克氏電流定律電流定律0IUEREI SlRSIJ磁路與電路的比較磁路與電路的比較 (二二)電電 路路R+_EI勵(lì)磁電流：勵(lì)磁電流：在磁路中用來產(chǎn)生磁通的電流在磁路中用來產(chǎn)生磁通的電流勵(lì)磁電流勵(lì)磁電流直流直流 - 直流磁路直流磁路 交流交流 - 交流磁路交流磁路磁路分析磁路分析直流直流磁路磁路交流交流磁路磁路13.4 13.4 恒定磁通磁路的計(jì)算恒定磁通

9、磁路的計(jì)算 線圈中的勵(lì)磁電流為直流時(shí)，磁路中的磁線圈中的勵(lì)磁電流為直流時(shí)，磁路中的磁通不隨時(shí)間而變化，這樣的磁路就叫通不隨時(shí)間而變化，這樣的磁路就叫恒定磁通磁恒定磁通磁路路。磁路的計(jì)算的目的：磁路的計(jì)算的目的： 找出磁通與磁動(dòng)勢(shì)之間的關(guān)系。找出磁通與磁動(dòng)勢(shì)之間的關(guān)系。一、已知磁通求磁動(dòng)勢(shì)一、已知磁通求磁動(dòng)勢(shì)計(jì)算程序?yàn)椋河?jì)算程序?yàn)椋?(HlINHlHB二、已知磁動(dòng)勢(shì)求磁通二、已知磁動(dòng)勢(shì)求磁通無分支的均勻磁路，計(jì)算不復(fù)雜。無分支的均勻磁路，計(jì)算不復(fù)雜。不均勻磁路，采用試探法。不均勻磁路，采用試探法。13.5 13.5 交變磁通下的鐵心損耗交變磁通下的鐵心損耗一、磁滯損耗一、磁滯損耗由于磁滯現(xiàn)象引起

10、的能量損耗稱為由于磁滯現(xiàn)象引起的能量損耗稱為磁滯損耗磁滯損耗。為了減少磁滯損耗，應(yīng)盡量選用磁滯回線狹窄為了減少磁滯損耗，應(yīng)盡量選用磁滯回線狹窄的鐵磁材料制作鐵心。的鐵磁材料制作鐵心。二、渦流損耗二、渦流損耗處在交變磁場(chǎng)中的鐵心，電磁感應(yīng)會(huì)在鐵心處在交變磁場(chǎng)中的鐵心，電磁感應(yīng)會(huì)在鐵心內(nèi)產(chǎn)生感應(yīng)電流，稱之為渦流內(nèi)產(chǎn)生感應(yīng)電流，稱之為渦流。減小渦流損耗采用的兩種措施：減小渦流損耗采用的兩種措施： 一是增大鐵心材料的電阻率一是增大鐵心材料的電阻率 二采用互相絕緣的薄鋼片沿著順磁場(chǎng)方向疊成鐵心。二采用互相絕緣的薄鋼片沿著順磁場(chǎng)方向疊成鐵心。三、鐵損三、鐵損鐵損鐵損磁滯損耗磁滯損耗渦流損耗渦流損耗13.6

11、13.6 交變鐵心線圈中的電壓、電流及磁通交變鐵心線圈中的電壓、電流及磁通一、電壓與磁通的關(guān)系一、電壓與磁通的關(guān)系交流激勵(lì)交流激勵(lì) 線圈中產(chǎn)生感應(yīng)電勢(shì)線圈中產(chǎn)生感應(yīng)電勢(shì)tNeuddNiue假設(shè)假設(shè)tmsin則則tfNtNummcos2cos最大值最大值mmfNU2有效值有效值mmfNUU44.42mNfU44.4uLeeimRIN m一定時(shí)磁動(dòng)勢(shì)一定時(shí)磁動(dòng)勢(shì)IN隨磁阻隨磁阻 的變化而變化。的變化而變化。mR當(dāng)外加電壓當(dāng)外加電壓U、頻率、頻率 f 與與線圈匝數(shù)線圈匝數(shù)N一定時(shí)，一定時(shí)， 便便確定下來。根據(jù)磁路歐姆確定下來。根據(jù)磁路歐姆定律定律 ，當(dāng)，當(dāng) m 交流磁路的特點(diǎn)交流磁路的特點(diǎn):交流磁路

12、和電路中的恒流源類似交流磁路和電路中的恒流源類似直流磁路中：直流磁路中：mRF 固定固定mRF隨隨 變化變化直流電路中：直流電路中：RIUS IS固定固定U 隨隨 R 變化變化交流磁路中磁阻交流磁路中磁阻 對(duì)電流的影響對(duì)電流的影響mR電磁鐵吸合過程的分析：電磁鐵吸合過程的分析： 在吸合過程中若外加電壓在吸合過程中若外加電壓不變不變, 則則 基本不變。基本不變。iumRmRIN 電磁鐵吸合前電磁鐵吸合前(氣隙大）氣隙大） 大大 起動(dòng)電流大起動(dòng)電流大 電磁鐵吸合后電磁鐵吸合后(氣隙?。庀缎。?小小 電流小電流小mR 如果氣隙中有異物卡住，電磁鐵長(zhǎng)時(shí)間吸不上，線如果氣隙中有異物卡住，電磁鐵長(zhǎng)時(shí)間吸

13、不上，線圈中的電流一直很大，將會(huì)導(dǎo)致過熱，把線圈燒壞。圈中的電流一直很大，將會(huì)導(dǎo)致過熱，把線圈燒壞。 注意：注意：RUI (U不變，不變，I不變）不變）mRIN mRIN ( I 隨隨 Rm 變化）變化）fNUm44. 4m（ U不變時(shí)，不變時(shí)， 基本不變基本不變）直流磁路直流磁路交流磁路交流磁路磁路磁路小結(jié)小結(jié)（隨隨Rm變化）變化）13.7 13.7 交流鐵心線圈的等效電路交流鐵心線圈的等效電路一、不考慮線圈內(nèi)阻和漏磁通時(shí)的等效電路模型一、不考慮線圈內(nèi)阻和漏磁通時(shí)的等效電路模型對(duì)應(yīng)的等效電路模型為：對(duì)應(yīng)的等效電路模型為：0XU0R202020)(RIUXIPRFe其中其中二、考慮線圈內(nèi)阻和漏磁通時(shí)的等效電路模型二、考慮線圈內(nèi)阻和漏磁通時(shí)的等效電路模型U0R0XrXS2022202020)()()(RIUXIPrRrIUXIPRSFe13.8 13.8 電磁鐵電磁鐵電磁鐵電磁鐵：是利用通電鐵心線圈對(duì)鐵磁物質(zhì)產(chǎn)是利用通電鐵心線圈對(duì)鐵磁物質(zhì)產(chǎn) 生電磁吸力而工作的一種電氣設(shè)備。生電磁吸力而工作的一種電氣設(shè)備。SNFNS電磁鐵電磁鐵線圈線圈鐵心鐵心銜鐵銜鐵電磁吸力是電磁鐵的技術(shù)指標(biāo)之一。計(jì)算吸力電磁吸力是電磁鐵的技術(shù)指標(biāo)之一。計(jì)算吸力的基本公式是：的基本公式是：SBF02021）直流電磁鐵中，由于線圈勵(lì)磁電流的大小僅取決于）直