《電工電子技術(shù)》課件-鐵心線圈（電磁鐵）

磁路與變壓器鐵磁性材料的電性能磁性性能高磁導率磁飽和性磁滯性高導磁率鐵磁性材料的磁導率很高，相對磁導率可達

數(shù)量級，在外磁場的作用下，其內(nèi)部的磁感應(yīng)強度大大增強，這種現(xiàn)象稱為磁化。鐵磁性材料的磁化現(xiàn)象與其內(nèi)部的分子電流有關(guān)。鐵磁性材料內(nèi)部的分子之間有一種相互作用力，使得若干個原子的磁場具有相同的方向，組成許多小磁體，具有磁性，這些小磁體稱為磁疇。

高導磁率在沒有外磁場作用時，這些磁疇的排列是不規(guī)律的，磁場的平均值為零，或者非常微弱對外不顯示磁性。（a）磁化前

高導磁率在一定強度的外磁場作用下，這些磁疇將順著外磁場的方向轉(zhuǎn)動，做有規(guī)律的排列，顯示出很強的磁性。（b）磁化后磁飽和性鐵磁性材料的磁飽和性表現(xiàn)在其磁感應(yīng)強度B不會隨外磁場增強而無限的增強，因為當外磁場增大到一定值時，其內(nèi)部所有的磁疇已基本上均轉(zhuǎn)向與外磁場方向一致的方向如圖b，因而，再增大勵磁電流其磁性不能繼續(xù)增強。（b）磁化后

磁飽和性

材料的磁化特性可用磁化曲線磁感應(yīng)強度B=f（H）來表示。磁化曲線磁滯特性磁滯性表現(xiàn)在磁鐵型材料在交變磁場中反復磁化時，磁感應(yīng)強度B的變化滯后于磁場強度H的變化的特性。當H減小時，B也隨之減小，但當H=0時，B并未回歸到零，而是B=Br，Br稱為剩磁感應(yīng)強度，簡稱剩磁。若要使B=0，則應(yīng)使鐵磁材料反向磁化，即使磁場強度為-Hc，Hc稱為矯頑力。鐵磁性材料的磁滯回線

根據(jù)磁滯回線的不同，分為軟磁材料和硬磁材料兩種。磁滯特性軟磁材料的剩磁及矯頑力小，磁滯回線窄，它所包圍的面積小。所以，比較容易磁化，但去掉磁場后，磁性大部分消失，如硅鋼、坡莫合金、鐵氧體等。（a）軟磁材料磁滯特性硬磁材料包括碳鋼、鈷鋼、鋁鎳鈷合金等，其特點是剩磁及矯頑力大，磁滯回線較寬，曲線包圍的面積大。它需有較強的外磁場才能磁化，但去掉磁場后，磁性不易消失。（b）硬磁材料

磁滯特性磁性材料應(yīng)用軟磁材料可應(yīng)用于制造變壓器、交流電動機、接觸器、交流電磁鐵等電器設(shè)備的磁路鐵心。硬磁材料磁化后，能得到很強的剩磁，而又不易退磁，因此這類材料適用于制造永久磁鐵及記憶器件。鐵心線圈將線圈繞制在鐵心上便構(gòu)成了鐵心線圈，簡稱電磁鐵。（a）起重電磁鐵（b）繼電器（c）電磁閥

鐵心線圈根據(jù)線圈所接電源的不同，鐵心線圈分為兩類，即直流鐵心圈和交流鐵心線圈。它的磁路對應(yīng)為直流磁路和交流磁路。直流鐵心線圈將直流鐵心線圈接到直流電源U，線圈中通過直流電流I，在鐵芯及空氣中會產(chǎn)生主磁通Φ和漏磁通Φσ。

直流鐵心線圈電路

U→I→N

I→

URI=(1)電壓與電流的關(guān)系(2)線圈的功率

P=R

I2

Φ＋U－SNNSIf

交流電磁鐵變壓器、交流電動機以及其他各種交流電磁器件的線圈都是交流鐵芯線圈。Φ＋u－ife

交流鐵心線圈電磁關(guān)系Φ＋u－ife

u→i→Ni→

→ed

dt=－Nd

dt→e

=－Ndidt=－L

設(shè)線圈電阻為R。根據(jù)基爾霍夫電壓定律，鐵心線圈中的電壓、電流與電動勢之間的關(guān)系為:

u=Ri-e-e

u≈-eu≈-e=

交流鐵心線圈電磁關(guān)系Φ＋u－ife

設(shè)

=

msin

t則

e

=－N

mcos

t=－

N

msin(

t－90o)Em=N

m

=

2

fN

m

u≈N

mcos

t

≈

N

msin(

t－90o)

交流鐵心線圈電磁關(guān)系由式還可以求出感應(yīng)電動勢的有效值為:Φ＋u－i

－e＋

E=4.44fN

m同時外加電壓的有效值為：U

≈

4.44fN

m=4.44fNBmSU4.44fN

m=忽略漏阻抗，有U

≈－E

則

功率損耗在交流鐵心線圈中的功率損耗包括兩部分：一方面是線圈電阻R通電流后所產(chǎn)生的發(fā)熱損耗，稱為銅損，用△Pcu。表示（△Pcu=I2R）另一方面是鐵心在交變磁通作用下產(chǎn)生的磁滯損耗和渦流損耗，兩者合稱為鐵損，用△PFe表示，鐵損將使鐵心發(fā)熱，從而影響設(shè)備絕緣材料的使用壽命。

磁滯損耗磁滯損耗是因鐵磁性物質(zhì)在交變磁化時磁疇來回翻轉(zhuǎn)，克服彼此間的阻力而產(chǎn)生的發(fā)熱損耗，常用△Ph表示。鐵心中的磁滯損耗與該鐵心磁滯回線所包圍的面積成正比，同時勵磁電流頻率

f

越高，磁滯損耗也越大。Φ(a)

渦流損耗線圈中通入交變電流時，鐵心中的交變磁通，將在鐵心中產(chǎn)生感應(yīng)電動勢和感應(yīng)電流，這種電流就稱為渦流。因鐵心有一定的電阻，故渦流將在鐵心中產(chǎn)生發(fā)熱損耗，稱為渦流損耗。渦流損耗為了減小渦流損耗，當線圈用于一般工頻交流電時，可采用由彼此絕緣且順著磁場方向的硅鋼片疊成鐵心