第11章磁路和鐵心線圈

第１１章磁路和鐵心線圈本章要點理解磁感應(yīng)強度、磁通、磁導(dǎo)率等基本物理量的意義和單位。理解磁性材料的磁性能以及導(dǎo)磁體與非導(dǎo)磁體，磁飽和性，磁滯性，磁化曲線與磁滯回線及其性質(zhì)。了解分析磁路的基爾霍夫定律，磁阻與磁導(dǎo)，電路與磁路各物理量的類比關(guān)系。理解交流鐵心線圈電路中波形畸變的情況和磁滯損耗、渦流損耗的特點。了解交流鐵心線圈電路中的電磁關(guān)系、電壓電流關(guān)系以及電路模型。2第１１章磁路和鐵心線圈主要理論及工程應(yīng)用導(dǎo)航在工程上廣泛應(yīng)用的電磁鐵、電機、變壓器、繼電器等電氣設(shè)備一般都具有鐵心線圈。線圈通電后鐵心就構(gòu)成磁路，在分析時不僅有電路問題，同時也有磁路問題，因此必須研究磁和電之間的相互作用及其轉(zhuǎn)化關(guān)系，掌握磁路的基本規(guī)律，才能對各種電工設(shè)備進(jìn)行全面的分析。本章先復(fù)習(xí)有關(guān)電磁方面的基本知識，介紹鐵磁物質(zhì)的磁化曲線及磁路的基本概念和定律，說明交變磁通磁路的波形畸變和鐵心損耗，最后分析交流鐵心線圈及其等效電路。3１１．１磁路的基本物理量及性質(zhì)我們在物理課的學(xué)習(xí)中已經(jīng)對基本的磁現(xiàn)象有所了解。在磁極或任何電流回路的周圍以及被磁化后的物體內(nèi)外，都對磁針或運動電荷具有磁力作用，這種有磁力作用的空間稱為磁場。磁路實質(zhì)上是局限在一定路徑內(nèi)的磁場，因此磁路的分析計算實際上是磁場的求解問題。描述磁場的幾個主要物理量及磁場的基本性質(zhì)是分析磁路的基礎(chǔ)。所以我們先對磁場的基本知識做一回顧。4１１．１．１磁感應(yīng)強度5１１．１．２磁通6１１．１．２磁通7１１．１．３磁導(dǎo)率8１１．１．４磁場強度9１１．１．５磁場的基本性質(zhì)１．磁通連續(xù)性原理２．安培環(huán)路定理（或稱全電流定理）10１１．２鐵磁物質(zhì)的磁化曲線為了能在一定的勵磁磁動勢作用下激勵較強的磁場，從而使電機及變壓器等器件的尺寸縮小，重量減輕，性能改善，就必須增加磁路的磁導(dǎo)率μ，由于鐵磁物質(zhì)具有高磁導(dǎo)性能，工程上往往利用它來使盡可能多的磁通約束在有限的范圍內(nèi)，所以電機和變壓器的鐵心用導(dǎo)磁率較高的鐵磁材料組成。本節(jié)專門介紹鐵磁材料的磁化特性。11１１．２．１鐵磁物質(zhì)的磁化12１１．２．２磁化曲線１．起始磁化曲線２．磁滯回線13１１．２．２磁化曲線３．基本磁化曲線14１１．３磁路和磁路定律11.3.1磁路工程上需要強磁場的場合，都用磁路來實現(xiàn)，如各種電機、變壓器、繼電器、接觸器、電磁鐵和電磁儀表等電器設(shè)備中都有鐵磁材料制成的磁路，如圖１１-７所示。15１１．３．２磁路的基本定律１．磁路的基爾霍夫第一定律２．磁路的基爾霍夫第二定律16１１．３．２磁路的基本定律３．磁路的歐姆定律17１１．３．３磁路和電路的類比和區(qū)別１．磁路和電路的類比２．電路與磁路的區(qū)別18１１．４交變磁通磁路１１．４．１磁損耗１．磁滯損耗２．渦流損耗19１１．４．２線圈電壓與磁通的關(guān)系20１１．４．３正弦電壓作用下磁化電流的波形21１１．４．４正弦電流作用下磁通的波形22１１．４．４正弦電流作用下磁通的波形23１１．５交流鐵心線圈含鐵心的線圈是電工中常見的器件。由于其中的磁飽和、磁滯及渦流現(xiàn)象的存在，對它的精確分析比較復(fù)雜，也難以建立準(zhǔn)確的電路模型。本節(jié)將利用等效正弦波的處理方法建立鐵心線圈在交流電路中的近似電路模型，即采用等效正弦電流替代實際的非正弦電流，其條件是兩者的有效值相等，并保持有功功率不變。當(dāng)然，這只有在高次諧波不顯著時才相對準(zhǔn)確。按照上述處理方法，下面分析在不同條件下，鐵心線圈在交流電流電路中的近似模型。2411.5.1不考慮線圈電阻及漏磁通的電路模型由磁路計算或由實驗測得勵磁電流后，根據(jù)圖１１-１３（ａ）所示的相量關(guān)系，可以作出鐵心線圈在這種情形下的電路模型如圖１１-１３（ｂ）所示，它由一個電納和一個電導(dǎo)并聯(lián)組成，有2511.5.1不考慮線圈電阻及漏磁通的電路模型2