第一章-磁-路知識講解

第一章磁路1-1磁路的基本定律1-2常用的鐵磁材料及其特性黑龍江大學(xué)機電工程學(xué)院一、重點:1、磁路的基本定律;2、鐵磁材料的特性及基本磁化曲線;3、鐵心損耗.※重點與難點二、難點:1、磁滯回線；2、鐵心損耗；1-1磁路的基本定律

一、磁路的概念:

磁路：磁通所通過的路徑.見圖１-１。

主磁通：由于鐵心的導(dǎo)磁性能比空氣要好得多，所以絕大部分磁通將在鐵心內(nèi)通過,這部分磁通稱為主磁通。

漏磁通：圍繞載流線圈、部分鐵心和鐵心周圍的空間，還存在少量分散的磁通，這部分磁通稱為漏磁通。磁場的幾個常用量磁感應(yīng)強度（又稱磁通密度）B——表征磁場強弱及方向的物理量。單位：Wb/m2磁通量Φ——垂直穿過某截面積的磁力線總和。單位：Wb

B=μH，H單位：A/m二、磁路的基本定律1．安培環(huán)路定律

定律內(nèi)容:沿任何一條閉合回線，磁場強度的線積分值恰好等于該閉合回線所包圍的總電流值（代數(shù)和）。

公式:

附圖1-2,有:2．磁路的歐姆定律

附圖1-3A定律內(nèi)容:作用在磁路上的磁動勢等于磁路內(nèi)的磁通量乘以磁阻。

公式:

式中：

相應(yīng)的模擬電路圖1-3B.

點擊書本進入例題1-1例題

[例1-1]

有一閉合鐵心磁路，鐵心的截面積，磁路的平均長度，鐵心的磁導(dǎo)率，套裝在鐵心上的勵磁繞組為500匝。試求在鐵心中產(chǎn)生1T的磁通密度時，所需的勵磁磁動勢和勵磁電流。？？？解用安培環(huán)路定律來求解。磁場強度

磁動勢

勵磁電流

返回

定律內(nèi)容:穿出(或進入)任一閉和面的總磁通量恒等于零(或者說,進入任一閉合面的磁通量恒等于穿出該閉合面的磁通量),這就是磁通連續(xù)性定律。

公式:

3．磁路的基爾霍夫第一定律附圖1-44．磁路的基爾霍夫第二定律

定律背景:磁路計算時，總是把整個磁路分成若干段，每段為同一材料、相同截面積，且段內(nèi)磁通密度處處相等，從而磁場強度亦處處相等。

定律內(nèi)容:沿任何閉合磁路的總磁動勢恒等于各段磁路磁位降的代數(shù)和。

公式:

又稱磁路的串聯(lián)定律。

附圖1-5返回5.電、磁和力的關(guān)系右手定則：導(dǎo)體在磁場中運動產(chǎn)生電勢。eBvBfi左手定則：

載流導(dǎo)體在磁場中受到的電磁力。1-2常用的鐵磁材料及其特性一、鐵磁物質(zhì)的磁化鐵磁物質(zhì)包括鐵鎳鈷以及它們的合金。鐵磁材料在外磁場中呈現(xiàn)很強的磁性，此現(xiàn)象稱為鐵磁物質(zhì)的磁化。

磁疇示意圖1-6。

1起始磁化曲線

定義:將一塊尚未磁化的鐵磁材料進行磁化，當磁場強度H由零逐漸增大時，磁通密度B將隨之增大，曲線就稱為起始磁化曲線。曲線附圖1-7分析:起始磁化曲線基本上可分為如下四段：二、磁化曲線和磁滯回線注：在非鐵磁材料中，磁通密度B和磁場強度H之間呈直線關(guān)系，直線的斜率就等于起始磁化曲線oa段ab段bc段cd段飽和點膝點

鐵磁材料磁化曲線見示意圖1-7.應(yīng)用：設(shè)計電機和變壓器時，為使主磁路內(nèi)得到較大的磁通量而又不過分增大勵磁磁動勢，通常把鐵心內(nèi)的工作磁通密度選擇在膝點附近。矯頑力：要使B值從Br減小到零，必須加上相應(yīng)的反向外磁場，此反向磁場強度Hc稱為矯頑力。2磁滯回線（示意圖：圖1-8）磁滯回線:若將鐵磁材料進行周期性磁化，B和H之間的變化關(guān)系就會變成如圖l-8中曲線abcdefa所示。呈現(xiàn)磁滯現(xiàn)象的B-H閉合回線，稱為磁滯回線，如圖1-8中abcdefa所示。磁滯現(xiàn)象是鐵磁材料的另一個特性。剩磁：去掉外磁場之后，鐵磁材料內(nèi)仍然保留的磁通密度。磁滯現(xiàn)象：鐵磁材料所具有的這種磁通密度B的變化滯后于磁場強度H變化的現(xiàn)象。

3基本磁化曲線（或平均磁化曲線）

定義：對同一鐵磁材料，選擇不同的磁場強度進行反復(fù)磁化，可得一系列大小不同的磁滯回線，再將各磁滯回線的頂點聯(lián)接起來，所得的曲線。

附示意圖1-9。

注：基本磁化曲線不是起始磁化曲線，但差別不大。

1．軟磁材料

定義:磁滯回線窄、剩磁和矯頑力都很小的材料。

附圖1-10a常用軟磁材料:鑄鐵、鑄鋼和硅鋼片等。

軟磁材料的磁導(dǎo)率較高,故用以制造電機和變壓器的鐵心。三、鐵磁材料剩磁磁性能指標矯頑力最大磁能積(BH)MAX

定義:磁滯回線寬、剩磁和矯頑力都很大的鐵磁材料稱為硬磁材料，又稱為永磁材料。

附圖1-11b

2．硬磁(永磁)材料

永磁材料種類鑄造型鋁鎳鈷稀土鈷釹鐵硼鐵氧體粉末型鋁鎳鈷種類示意圖

鑄造型鋁鎳鉆：這種材料是用澆鑄法制成，其優(yōu)點是磁性能較高，穩(wěn)定性較好，價格較便宜；缺點是材料硬而脆，除磨和電加工外，無法進行其他機械加工。

粉末型鋁鎳鈷：由粉末冶金(燒結(jié))或粉末壓制(粘結(jié))制成，其優(yōu)點是可直接制成所需形狀，尺寸較精確、表面很光潔，可大批量生產(chǎn)；缺點是磁性能較前者低，且價格較貴。

永磁材料的種類較多，摘要分述如下：鐵氧體：用粉末冶金或粉末壓制而成，其優(yōu)點是Hc很高，抗去磁能力強，價格便宜，比重較小、不需要進行工作穩(wěn)定性處理；缺點是Br不大，溫度對磁性能影響較大，不適用于溫度變化大而要求溫度穩(wěn)定性高的場合。稀土鈷：這種材料的綜合磁性能好，有很強的抗去磁能力，磁性的溫度穩(wěn)定性較好，其允許工作溫度可高達200～250°C；缺點是除磨加工外，不能進行其他機械加工，另外材料的價格貴，制造成本亦高。

釹鐵硼：這是80年代后期研制成的一種永磁材料，其磁性能優(yōu)于稀土鈷，且價格較低廉，不足之處是允許工作溫度較低，約為100℃，使其應(yīng)用范圍受到一定限制?，F(xiàn)將四類永磁材料各舉—種，其磁性能列于表1-1。永磁材料的磁性能四、鐵心損耗

1磁滯損耗-HysteresisLoss

定義:鐵磁材料置于交變磁場中時，磁疇相互間不停地摩擦、消耗能量、造成損耗，這種損耗稱為磁滯損耗。

公式:

應(yīng)用:由于硅鋼片磁滯回線的面積較小，故電機和變壓器的鐵心常用硅鋼片疊成。

2渦流損耗-

EddyCurrentLoss

渦流：當通過鐵心的磁通隨時間變化時，根據(jù)電磁感應(yīng)定律，鐵心中將產(chǎn)生感應(yīng)電動勢，并引起環(huán)流，環(huán)流在鐵心內(nèi)部圍繞磁通作旋渦狀流動，稱為渦流。示意圖1-12。定義:渦流在鐵心中引起的損耗。

公式:

應(yīng)用:為減小渦流損耗，電機和變壓器的鐵心都用含硅量較高的薄硅鋼片疊成。3．鐵心損耗

定義:鐵心中磁滯損耗和渦流損耗之和。

表達式:鐵心損耗與頻率的1.3次方,磁通密度幅值的平方和鐵心重量成正比。對于一般的硅鋼片在正常工作范圍內(nèi)，磁路和電路的幾點差別：1（功率損耗問題）電路中有電流I時，就有功率損耗；而在直流磁路中，維持一定磁通量，鐵心中沒有功率損耗。2（磁路非理想）電路中的電流全部在導(dǎo)線中流動；而在磁路中，總有一部分漏磁通。3（磁路的飽和性）電路中導(dǎo)體的電阻率在一定的溫度下是恒定的；而磁路中鐵心的磁導(dǎo)率隨著飽和程度而有所變化。4（磁路的非線性）在線性電路中，計算時可以用疊加原理；而在磁路中，B和H之間的關(guān)系為非線性，因此計算時不可以用疊加原理。一、磁滯損耗和渦流損耗是什幺原因引起的？答：磁滯損耗由于Bm交變時鐵磁物質(zhì)磁化不可逆，磁疇之間反復(fù)摩擦，消耗能量而產(chǎn)生的。它與交變頻率f成正比，與磁密幅值Bm

的n次方成正比。渦流損耗是由于通過鐵心的磁通

發(fā)生變化時，在鐵心中產(chǎn)生感應(yīng)電勢，再由于這個感應(yīng)電勢引起電流（渦流）而產(chǎn)生的電損耗。它與交變頻率f的平方和Bm

的平方成正比。磁路思考題二、電磁轉(zhuǎn)矩是怎樣產(chǎn)生的？它在機電能量轉(zhuǎn)換過程中起著什么作用？答：電機中電磁轉(zhuǎn)矩是由載流導(dǎo)體在磁場中受力而產(chǎn)生的，在機電能量轉(zhuǎn)換中是機械能和電能轉(zhuǎn)換的完成者。返回主磁通漏磁通

圖1-1變壓器的磁路返回漏磁通漏磁通漏磁通圖1-2安培環(huán)路定律HL返回圖1-3A無分支鐵心磁路AN

i返回圖1-3B模擬電路圖F返回圖1-4磁路的基爾霍夫第一定律ANi返回圖1-5磁路的基爾霍夫第二定律i返回

圖1-6磁疇(A)未磁化

(B)磁化返回外加磁場H

BH圖1-7鐵磁材料的起始磁化曲線abcd返回

圖1-8鐵磁材料的磁滯回線HBabcdef返回

O圖1-9基本磁化曲線基本磁化曲線HB返回

圖1-10(a)軟磁材料的磁滯曲線B返回(A)軟磁材料H