電工技術(shù)8磁路

1、1實際電路中有大量電感元件的線圈中有鐵心。線圈通電后鐵心就構(gòu)成磁路，磁路又影響電路。因此電工技術(shù)不僅有電路問題，同時也有磁路問題。 磁路2一、磁感應強度（磁通密度flux density） 與磁場方向相垂直的單位面積上通過的磁通（磁力線）。單位：韋伯1 Tesla = 104 高斯B 的單位：特斯拉（Tesla） 6.1 磁場的基本物理量 磁場的特性可用磁感應強度、磁通、磁場強度、磁 磁導率等幾個物理量表示。 矢量 3二、磁通(flux) 磁感應強度B與垂直于磁場方向的面積S的乘積，稱為通過該面積的磁通。單位：韋伯（Wb）B 單位：特斯拉（T） 單位：伏秒4三、磁場強度 H (magnetiz

2、ing force) 磁場強度是計算磁場所用的物理量，其大小為磁感應強度和導磁率之比。單位：B ：特斯拉：亨/米：安/米5（亨/米） 真空中的磁導率( )為常數(shù)一般材料的磁導率 和真空中的磁導率之比，稱為這種材料的相對磁導率，則稱為磁性材料，則稱為非磁性材料四、磁導率（Permeability）6磁性材料主要是指由過渡元素鐵、鈷、鎳極其合金等材料。分子電流和磁疇理論：分子中電子的繞核運動和自轉(zhuǎn)將形成分子電流，分子電流將產(chǎn)生磁場，每個分子都相當于一個小磁鐵。由于磁性物質(zhì)分子的相互作用，使分子電流在局部形成有序排列而顯示出磁性，這些小區(qū)域稱為磁疇。6.2 磁性材料的磁性能 7高磁導率的成因磁性物質(zhì)

3、沒有外場時，各磁疇是混亂排列的，磁場互相抵消；當在外磁場作用下，磁疇就逐漸轉(zhuǎn)到與外場一致的方向上，即產(chǎn)生了一個與外場方向一致的磁化磁場，從而磁性物質(zhì)內(nèi)的磁感應強度大大增加物質(zhì)被強烈的磁化了。磁性物質(zhì)被廣泛地應用于電工設備中，電動機、電磁鐵、變壓器等設備中線圈中都含有的鐵心。就是利用其磁導率大的特性，使得在較小的電流情況下得到盡可能大的磁感應強度和磁通。非磁性材料沒有磁疇的結(jié)構(gòu)，所以不具有磁化特性。8磁性物質(zhì)的磁化示意圖(a)無外場，磁疇排列雜亂無章。(b)在外場作用下，磁疇排列逐漸進入有序化。9磁性材料的磁性能 一、高導磁性 指磁性材料的磁導率很高， r1，使其具有被強烈磁化的特性。二、磁飽和

4、性 當外磁場（或勵磁電流）增大到一定值時，磁性 材料的全部磁疇的磁場方向都轉(zhuǎn)向與磁場的方向一致， 磁化磁場的磁感應強度BJ達到飽和值。 高導磁性、磁飽和性、磁滯性、非線性10磁化曲線 B和與H的關(guān)系注 當有磁性物質(zhì)存在時 B與H不成比例，與I也不成比例。 三、磁滯性characteristics of hysteresis 當鐵心線圈中通有交變電流（大小和方向都變化） 時，鐵心就受到交變磁化，電流變化時，B隨H而變化， 當H已減到零值時，但B未回到零，這種磁感應強度滯 后于磁場強度變化的性質(zhì)稱磁性物質(zhì)的磁滯性。11磁滯回線 剩磁：當線圈中電流減到零 （H0），鐵心在磁化時所 獲的磁性還未完全消

5、失，這 時鐵心中所保留的磁感應強 度稱為剩磁感應強度Br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。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（磁滯回線接近矩形?？捎米鲇洃浽?。返回 12磁性物質(zhì)的分類 根據(jù)滯回曲線和磁化曲線的不同，大致分成三類：(1)軟磁材料其矯頑磁力較小，磁滯回線較窄。(鐵心)(2)永磁材料其矯頑磁力較大，磁滯回線較寬。(磁鐵)(3)矩磁材料其剩磁大而矯頑磁力小，磁滯回線為矩形。(記憶元件)HBHBHB13鑄鐵、鑄鋼及硅鋼片的磁化曲線鑄鐵鑄鋼硅鋼片鑄鐵鑄鋼硅鋼片14磁路：主磁通所經(jīng)過的閉合路徑。i 線圈通入電流后，產(chǎn)生磁通

6、，分主磁通和漏磁通。：主磁通 ：漏磁通 鐵心 （導磁性能好 的磁性材料）線圈6.3 磁路及其基本定律磁路的基本概念15一. 安培環(huán)路定律（全電流律）： 磁場中任何閉合回路磁場強度的線積分,等于通過這個閉合路徑內(nèi)電流的代數(shù)和。I1 I2 I3 電流方向和磁場強度的方向 符合右手定則的，電流取正； 否則取負。16 在無分支的均勻磁路（磁路的材料和截面積相同，各處的磁場強度相等）中，安培環(huán)路定律可寫成：磁路 長度L 線圈 匝數(shù)N I HL：稱為磁壓降。 NI：稱為磁動勢。 一般用 F 表示。F=NI 17總磁動勢 在非均勻磁路（磁路的材料或截面積不同，或磁場強度不等）中，總磁動勢等于各段磁壓降之和。

7、 例：I N 18對于均勻磁路磁路中的 歐姆定律二. 磁路的歐姆定律：則：INSL注：由于磁性材料 是非線性的，磁路歐姆定律多用作定性 分析，不做定量計算。令：Rm 稱為磁阻19磁路和電路的比較磁 路 電 路 磁通 INR+_EI磁壓降 磁動勢 電動勢 電流 電壓降 U2021磁路的計算 在計算電機、電器等的磁路時，要預先給定鐵心中的磁通（或磁感應強度），而后按照所給的 磁通及磁路各段的尺寸和材料去求產(chǎn)生預定磁通所需的磁通勢FNI。 計算均勻磁路要用磁場強度H，即NIHl， 如磁路由不同的材料、長度和截面積的幾段組 成，則磁路由磁阻不同的幾段串聯(lián)而成。 NIH1 l1H2 l2（H l） 22

8、解 磁路的平均長度為 l（1015）2） 39.2cm 查鑄鋼的磁化曲線，當B0.9T 時， H1500Am 于是 H1 l1195A 空氣隙中的磁場強度為 H0B0 00.9（4 *107）7.2*105A/m有一環(huán)形鐵心線圈，其內(nèi)徑為10cm，外徑為15cm，鐵心材料為鑄鋼。磁路中含有一空氣氣隙，其長度等于0.2cm。設線圈中通有1A電流，如要得到0.9T的磁感應強度，試求線圈匝數(shù)。 例題6.123H07.2 105 0.210-21440A 總磁通勢為 NI（H l）H1 l1H0 19514401635 線圈匝數(shù)為 NNII1635 若要得到相等的磁感應強度，采用磁導率高的鐵心材料，可

9、使線圈的用銅量大為降低。 若線圈中通有同樣大小的勵磁電流，要得到相等的磁通，采用磁導率高的鐵心材料，可使鐵心的用鐵量大為降低 當磁路中含有空氣隙時，由于其磁阻較大，要得到相等的磁感應強度，必須增大勵磁電流（線圈匝數(shù)一定）結(jié)論 返回 24勵磁電流：在磁路中用來產(chǎn)生磁通的電流勵磁電流直流 - 直流磁路 交流 - 交流磁路磁路分析直流磁路交流磁路6.4 交流鐵心線圈電路 25IU直流磁路的特點:直流磁路和電路中的恒壓源類似直流電路中 E 固定 I 隨 R 變化隨 變化直流磁路中 F 固定 一定一定磁動勢 F=IN 一定 磁通和磁阻成反比（線圈中沒有反電動勢）（R 為線圈的電阻）一. 直流磁路的分析

10、26二.交流磁路的分析 (交流鐵心線圈電路) ：主磁通：漏磁通ui1. 電磁關(guān)系27電路方程：一般情況下 很小交流激勵 線圈中產(chǎn)生感應電勢 ：主磁通：漏磁通ui的感應電勢 和 產(chǎn)生2.電壓電流關(guān)系28假設 則 最大值有效值ui29一定時磁動勢IN隨磁阻 的變化而變化。當外加電壓U、頻率 f 與 線圈匝數(shù)N一定時， 便 基本不變。根據(jù)磁路歐姆 定律 ，當 交流磁路的特點: 交流磁路和電路中的恒流源類似交流磁路中： 固定 F隨 變化直流電路中： IS固定 U 隨 R 變化ui30F 線圈 鐵心 銜鐵電磁鐵是利用通電的鐵心 線圈吸引銜鐵或保持某種 機械零件、工件于固定位 置的一種電器。電磁鐵吸合過程

11、的分析：在吸合過程中若外加電壓不變， 則基本不變 電磁鐵吸合前(氣隙大） 大 起動電流大 電磁鐵吸合后(氣隙?。?小 電流小 電磁鐵 31 如果氣隙中有異物卡住，電磁鐵長時間吸不上，線圈中的電流一直很大，將會導致過熱，把線圈燒壞。 注意： 電磁鐵的吸力氣隙截 面積 氣隙 磁感應強度交流電磁鐵中磁場是交變的，設32交流電磁鐵：鐵心由硅鋼片疊成，可減小鐵損；其在吸合過程中，隨著氣隙的減小，磁阻減小，線圈的電感和感抗增大，因而電流逐漸減小。 直流電磁鐵：鐵心用整塊軟鋼制成；勵磁電流僅與線圈電阻有關(guān)，不因氣隙大小而變。則吸力為：平均值為：返回 33交流磁路中磁阻 對電流的影響 電磁鐵吸合過程的分析： 在吸合過程中若外加電壓不變, 則 基本不變。i u 電磁鐵吸合前(氣隙大） 大 起動電流大 電磁鐵吸合后(氣隙?。?小 電流小 如果氣隙中有異物卡住，電磁鐵長時間吸不上，線圈中的電流一直很大，將會導致過熱，把線圈燒壞。 注意：34(U不變，I不變）(