磁路的基礎(chǔ)知識(shí).ppt

1、,汽 車 電 工 電 子 技 術(shù) 基 礎(chǔ),磁現(xiàn)象,常見(jiàn)的磁感應(yīng)線,磁路的基礎(chǔ)知識(shí),一、磁場(chǎng)的基本物理量 1、磁感應(yīng)強(qiáng)度（B） 定義：磁感應(yīng)強(qiáng)度B是表示磁場(chǎng)內(nèi)部某點(diǎn)的磁場(chǎng)強(qiáng)弱 及方向的物理量。 性質(zhì)：方向與該點(diǎn)磁力線切線方向一致，B與產(chǎn)生 該磁場(chǎng)的電流之間的關(guān)系符合右手螺旋定則。 B的大小用通過(guò)單位電流強(qiáng)度的單位長(zhǎng)度導(dǎo) 線所受的力，B=F / IL來(lái)確定。 若磁場(chǎng)內(nèi)各點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小相等，方向 相同，則為均勻磁場(chǎng)。 單位是特斯拉（T），簡(jiǎn)稱特。1T=1Wb/,磁路的基礎(chǔ)知識(shí),性質(zhì)一：方向與該點(diǎn)磁力線切線方向一致，B與產(chǎn)生該 磁場(chǎng)的電流之間的關(guān)系符合右手螺旋定則。 與磁場(chǎng)方向一致 右手螺旋定則,

2、磁路的基礎(chǔ)知識(shí),性質(zhì)二：B的大小用通過(guò)單位電流強(qiáng)度的單位長(zhǎng)度導(dǎo) 線所受的力，B=F / IL來(lái)確定。 式中， B表示磁感應(yīng)強(qiáng)度； F表示磁場(chǎng)（磁力）； I電流大??； L導(dǎo)線長(zhǎng)度；,磁路的基礎(chǔ)知識(shí),2、磁通（） 定義：在均勻磁場(chǎng)中，磁感應(yīng)強(qiáng)度B與垂直于磁場(chǎng)方 向的面積S的乘積，稱為通過(guò)該面積的磁通。 =BS或B= /S 磁感應(yīng)強(qiáng)度B在數(shù)值上可以看 成與磁場(chǎng)方向垂直的單位面積所通過(guò) 的磁通，故又稱磁通密度。 磁通的單位是韋伯（Wb）， 簡(jiǎn)稱韋。,磁路的基礎(chǔ)知識(shí),3、磁導(dǎo)率（） 磁導(dǎo)率是表示物質(zhì)導(dǎo)磁性能的物理量，即衡量物質(zhì) 的導(dǎo)磁性能的一個(gè)系數(shù)，它的單位是亨/米（H/m）。 真空的導(dǎo)磁率0=410-

3、7 任意一種物質(zhì)的導(dǎo)磁率與真空的導(dǎo)磁率之比稱為相對(duì) 磁導(dǎo)率，用r表示。 等于磁介質(zhì)中磁感應(yīng)強(qiáng)度B與磁場(chǎng)強(qiáng)度H之比即 =B/H 例如，如果空氣(非磁性材料)的磁導(dǎo)率是1，則鐵的 磁導(dǎo)率為10，000，即當(dāng)比較時(shí)，以通過(guò)磁性材料的磁通密 度是10,000倍。,磁路的基礎(chǔ)知識(shí),4、磁場(chǎng)強(qiáng)度H 磁場(chǎng)強(qiáng)度H是進(jìn)行磁場(chǎng)分析時(shí)引用的一個(gè)輔助物理量 ，為了從磁感應(yīng)強(qiáng)度B中除去磁介質(zhì)的因素，故磁場(chǎng)強(qiáng)度定 義為H=B/。 磁場(chǎng)強(qiáng)度只與產(chǎn)生磁場(chǎng)的電流以及這些電流的分布( 導(dǎo)體的幾何形狀)情況有關(guān)，而與無(wú)關(guān)磁介質(zhì)的導(dǎo)磁率，它的 單位是安/米（A/m）。,磁路的基礎(chǔ)知識(shí),總結(jié)：磁感應(yīng)強(qiáng)度描述的是一個(gè)磁場(chǎng)中磁力線的密度和

4、分布 的范圍，磁通描述的是一個(gè)磁場(chǎng)中磁場(chǎng)的面積有多少 磁力線通過(guò)，磁感應(yīng)強(qiáng)度多大，磁場(chǎng)強(qiáng)度描述的是整 個(gè)磁場(chǎng)所輻射，波及的范圍，強(qiáng)度多大。磁導(dǎo)率描述 的是物質(zhì)的導(dǎo)磁性能。 關(guān)系：磁場(chǎng)中的磁感應(yīng)強(qiáng)度越大那么通過(guò)這個(gè)磁場(chǎng)面積的磁 感應(yīng)線就越密集磁通密度就越大，這個(gè)磁場(chǎng)所輻射的 磁場(chǎng)強(qiáng)度就越強(qiáng)。,磁路的基礎(chǔ)知識(shí),二、鐵磁材料的磁性能 物質(zhì)按其導(dǎo)磁性能可分為兩大類。一類稱為鐵磁材料， 如鐵、鋼、鎳、鈷等，這類材料的導(dǎo)磁性能好，導(dǎo)磁率值 大；另一類為非導(dǎo)磁材料，如銅、鋁、紙、木頭、空氣等， 此類材料的導(dǎo)磁性能差，磁導(dǎo)率值?。ń咏谡婵盏膶?dǎo)磁 率）。,磁路的基礎(chǔ)知識(shí),鐵磁材料的應(yīng)用：鐵磁材料是制造變壓器、

5、電動(dòng)機(jī)、等 各種電工設(shè)備的主要材料。鐵磁材料的磁性能對(duì)磁器件的性 能和工作狀態(tài)有很大影響。鐵磁材料的磁性能主要表現(xiàn)為高 導(dǎo)磁性、磁飽和、磁滯性。,磁路的基礎(chǔ)知識(shí),1、高導(dǎo)磁性 鐵磁材料具有很強(qiáng)的導(dǎo)磁能力，在外磁場(chǎng)作用下，其內(nèi) 部的磁感應(yīng)強(qiáng)度會(huì)大大增強(qiáng)，相對(duì)磁導(dǎo)率可達(dá)幾百、幾千甚 至幾萬(wàn)。這是因?yàn)樵阼F磁材料的內(nèi)部存在許多磁化小區(qū)，稱 為磁疇。每個(gè)磁疇就像一塊小磁鐵，在無(wú)外磁場(chǎng)作用時(shí)，這 些磁疇的排序是不規(guī)則的，對(duì)外不顯示磁性。在一定強(qiáng)度的 外磁場(chǎng)作用下，這些磁疇將順著外磁場(chǎng)的方向趨向規(guī)則的排 序，產(chǎn)生一個(gè)附加磁場(chǎng)，是鐵磁材料內(nèi)的磁感應(yīng)強(qiáng)度大大增 強(qiáng)。這種現(xiàn)象稱為磁化。非鐵磁材料沒(méi)有磁疇結(jié)構(gòu)，不具

6、有 磁化特性。,磁化前,磁化后,磁化過(guò)程,磁路的基礎(chǔ)知識(shí),2.磁滯性 如果勵(lì)磁電流是大小和方向都隨時(shí)間變化的交變電流， 則磁鐵材料將受到交變磁化。在電流交變的一個(gè)周期中， 磁感應(yīng)強(qiáng)度B隨磁場(chǎng)強(qiáng)度H變化的關(guān)系如圖。,磁路的基礎(chǔ)知識(shí),由圖可見(jiàn)，當(dāng)磁場(chǎng)強(qiáng)度H減小時(shí)，磁感應(yīng)強(qiáng)度B并不 沿著原來(lái)這條曲線會(huì)降，而是沿著一條比它高的曲線緩慢下 降。當(dāng)H減速到0時(shí)，B并不等于0而是仍保留一定的磁性。 這說(shuō)明鐵磁材料內(nèi)部已經(jīng)排齊的磁疇不會(huì)完全恢復(fù)到磁化前 雜亂無(wú)章的狀態(tài)，這部分稱為剩磁，用Br表示。,磁路的基礎(chǔ)知識(shí),如何消除剩磁？ 如果要消除剩磁，使B=0，應(yīng)施加一反向磁場(chǎng)強(qiáng)度Hc。 Hc的大小稱為矯頑磁力，它

7、表示鐵磁材料反抗退磁的能力。,磁路的基礎(chǔ)知識(shí),剩磁消除后如再繼續(xù)增大反向磁場(chǎng)，則鐵磁材料將反向 磁化；當(dāng)反向磁場(chǎng)減小時(shí)，同樣回產(chǎn)生 反向剩磁（-Br）。隨著磁場(chǎng)強(qiáng)度不斷正 反向變化，得到的磁化曲線為一條封閉 曲線。在鐵磁材料反復(fù)磁化過(guò)程中，磁 感應(yīng)強(qiáng)度B的變化總是落后于磁場(chǎng)強(qiáng)度H 的變化，這種現(xiàn)象稱為磁滯現(xiàn)象。,磁路的基礎(chǔ)知識(shí),鐵磁材料的分類： 鐵磁材料按其磁性能可分為軟磁材料、硬磁材料、矩磁 材料三種類型。不同類型的磁滯回線。,磁路的基礎(chǔ)知識(shí),軟磁材料 軟磁材料的剩磁和矯頑磁力較小，磁滯回線形狀較窄， 但磁化曲線較陡，即磁導(dǎo)率較高，所包圍的 面積較小。它即容易磁化，又容易退磁，一 般用于有交

8、變磁場(chǎng)的場(chǎng)合，如用來(lái)制造鎮(zhèn)流 器、變壓器、電動(dòng)機(jī)的鐵芯。常見(jiàn)的軟磁材 料有純鐵、硅鋼、合金材料等。,磁路的基礎(chǔ)知識(shí),硬磁材料 硬磁材料的剩磁和矯頑磁力較大，磁滯回線形狀較寬， 所包圍的面積較大。適用于制作永久磁鐵， 如揚(yáng)聲器、耳機(jī)、電話機(jī)、錄音機(jī)（不容易 輕易消磁）。常見(jiàn)的硬磁材料有碳鋼、鈷鋼、 鐵鎳鋁鈷合金等。,磁路的基礎(chǔ)知識(shí),矩磁材料 矩磁材料的磁滯回線近似于矩形，剩磁很大，接近飽和 磁感應(yīng)強(qiáng)度，但矯頑磁力較小，易于翻轉(zhuǎn)。 常在計(jì)算機(jī)和控制系統(tǒng)中用做記憶原件（ 汽車上的機(jī)油更換提醒裝置）和開(kāi)關(guān)元件（ 聲控開(kāi)關(guān)、光控開(kāi)關(guān)）。,磁路的基礎(chǔ)知識(shí),三、磁路的基本定律 1、磁路 在通電的線圈周圍和內(nèi)

9、部存在著磁場(chǎng)。在工程上為 了得到較強(qiáng)的磁場(chǎng)常用導(dǎo)磁 性能好的鐵磁材料制成一定 形狀的鐵芯，而將線圈繞在 鐵芯上。當(dāng)線圈中通過(guò)電流 時(shí)，鐵芯即被磁化，使得其 中的磁場(chǎng)大為增強(qiáng)，故通電 線圈產(chǎn)生的磁通主要集中在 由鐵芯構(gòu)成的閉合路徑內(nèi)， 這種磁通集中通過(guò)的路徑便稱為磁路。,磁路的基礎(chǔ)知識(shí),用于產(chǎn)生磁場(chǎng)的電流稱為勵(lì)磁電流，通過(guò)勵(lì)磁電流的線 圈稱為勵(lì)磁線圈或勵(lì)磁繞組。 電路有之流和交流之分，磁路也分為直流磁路（如直流 電磁鐵和直流電動(dòng)機(jī)）和交流磁路（如變壓器、交流電磁鐵 、交流電動(dòng)機(jī)），它們各具有不同的特點(diǎn)。此外，也有永久 磁鐵構(gòu)成的磁路，它不需要?jiǎng)?lì)磁繞組。,磁路的基礎(chǔ)知識(shí),2、磁路的歐姆定律 在線圈

10、中通入電流I時(shí)，在鐵芯中就會(huì)有磁通通過(guò)。鐵 芯中的磁通必與通過(guò)線圈的電流I、線圈匝數(shù)N以及磁路的截 面積S成正比，與磁路的長(zhǎng)度成反比，還與組成磁路的材料 的導(dǎo)磁率成正比。 為磁通 為導(dǎo)磁率 I為流過(guò)的電流 F為磁場(chǎng)力 N為線圈匝數(shù) Rm為磁阻 S為磁路的橫截面積,磁路的基礎(chǔ)知識(shí),為磁通 為導(dǎo)磁率 I為流過(guò)的電流 F為磁場(chǎng)力 N為線圈匝數(shù) Rm為磁阻 S為磁路的橫截面積,磁路的基礎(chǔ)知識(shí),磁路與電路的類似處,交流鐵芯線圈電路,一、電磁關(guān)系 交流鐵芯線圈電路，線圈的匝 數(shù)為N，當(dāng)在線圈兩端加上正弦交流 電壓時(shí)，就有交變勵(lì)磁電流i通過(guò)。 在交變磁通IN的作用下產(chǎn)生交變磁通，其絕 大部分通過(guò)鐵芯，稱為主

11、磁通， 其余小部分從附近空氣中通過(guò)，稱為 漏磁通。這兩種交變的磁通都將 在線圈中產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)式。設(shè)線圈電 阻為R，主磁通在線圈上產(chǎn)生的感應(yīng) 電動(dòng)式為e，漏磁通產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng) 式為e,由基爾霍夫電壓定律得它們 之間的關(guān)系為: u=Ri-e-e,交流鐵芯線圈電路,u=Ri-e-e 在式中由于線圈電阻上的電壓降Ri和漏磁通產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)式e都很 小，與主磁通產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)e比較，可以忽略不計(jì)，故上式可寫為: u-e 上式是求磁路中的感應(yīng)電動(dòng)式，那么磁路中的外加電壓U與那些參數(shù)有 關(guān)呢？ U=4.44fNm 式中，m磁通的單位是韋伯（Wb）;f頻率的單位是赫茲（Hz）；U外 加電壓的單位是伏特（V）

12、。,交流鐵芯線圈電路,二、功率消耗 在交流鐵芯線圈電路中 ，除了在線圈電阻上有功率 損耗外，在鐵心中也會(huì)有功 率損耗。線圈上損耗的功率 稱為銅損；鐵芯上損耗的功 率稱為鐵損，鐵損包括磁滯 耗損和渦流損耗兩部分。,1、磁滯損耗 鐵磁材料交變磁化的磁滯現(xiàn)象所產(chǎn)生的鐵損稱為磁滯損 耗。它是由鐵磁材料內(nèi)部磁疇反復(fù)轉(zhuǎn)向，磁疇間相互摩擦引 起鐵芯發(fā)熱而造成的損耗。鐵芯單位體積內(nèi)每周期產(chǎn)生的磁 滯損耗與磁滯回線所包圍的面積成正比。為了減小磁滯損耗 ，交流鐵芯均有軟磁材制成。,2、渦流損耗 鐵磁材料不僅有導(dǎo)磁能力，同時(shí)也有 導(dǎo)電能力，因而在交變磁通的作用下鐵芯 內(nèi)將產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)和感應(yīng)電流，感應(yīng)電 流在垂直于

13、磁通的鐵芯平面內(nèi)圍繞磁力線 呈漩渦狀，故稱為渦流。渦流使鐵芯發(fā)熱 ，其功率損耗為渦流損耗。,為了減小渦流，可采用硅鋼片疊成的鐵 芯，它不僅有較高的導(dǎo)磁率，還有較大的電 阻率，可使鐵芯的電阻增大，渦流減小，同 時(shí)，硅鋼片的兩面涂有絕緣漆，使硅片之間 互相絕緣，可把渦流限制在一些狹長(zhǎng)的界面 內(nèi)流動(dòng)，從而減小了渦流損耗。所以各種交 流電動(dòng)機(jī)、變壓器等電氣設(shè)備的鐵芯普遍采 用硅鋼片疊成。,三、電磁鐵 電磁鐵是利用截留鐵芯線圈產(chǎn) 生的電磁吸力來(lái)操縱機(jī)械裝置，以 完成預(yù)期動(dòng)作的一種電器。它是將 電能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能的一種電磁元件。,電磁鐵的組成： 電磁鐵主要由線圈、鐵芯和銜鐵三部分組成，鐵芯和銜 鐵一般用軟磁材料制成。鐵芯一般是靜止的，線圈總是裝在 鐵芯上。開(kāi)關(guān)電器的電磁鐵的銜鐵上還裝有彈簧。,工作原理： 線圈通電后，鐵芯和銜鐵被磁化，成為繼興相反的兩塊 磁鐵，它們之間產(chǎn)生電磁吸力。當(dāng)吸力大于彈