磁路與鐵芯線圈-2.ppt

9.1 鐵磁性物質(zhì) 9.2 磁路與磁路定律 9.3 簡(jiǎn)單直流磁路的計(jì)算 9.4 交流鐵芯線圈及等效電路 9.5 電磁鐵,第9章 磁路與鐵芯線圈,9.1 鐵 磁 性 物 質(zhì),目的與要求,掌握鐵磁性物質(zhì)及其分類(lèi),重點(diǎn)與難點(diǎn),重點(diǎn):磁化曲線 難點(diǎn):磁化曲線,磁化:鐵磁物質(zhì)會(huì)在外加磁場(chǎng)的作用下, 產(chǎn)生一個(gè)與外磁場(chǎng) 同方向的附加磁場(chǎng), 這種現(xiàn)象叫做磁化。,圖 9.1 鐵磁性物質(zhì)的磁化,9.1.1 鐵磁性物質(zhì)的磁化,磁化曲線:鐵磁性物質(zhì)的磁感應(yīng)強(qiáng)度B與外磁場(chǎng)的磁場(chǎng)強(qiáng) 度H之間的關(guān)系曲線, 所以又叫B-H曲線。,圖 9.2 B-H 曲線測(cè)量電路,9.1.2 磁化曲線（一）,圖 9.3 起始磁化曲線,9.1.2 磁化曲線（二）,(1) OP段 (2) PQ段 （3） QR段 （4） R點(diǎn)以后,9.1.2 磁化曲線（三）,1. 起始磁化曲線,圖9.4 交變磁化(磁滯回線),9.1.2 磁化曲線（四）,2. 磁滯回線,圖9.5 軟磁和硬磁材料的磁滯回線,9.1.3 鐵磁性物質(zhì)的分類(lèi)（一）,圖 9.6 幾種常用鐵磁材料的基本磁化曲線,9.1.3 鐵磁性物質(zhì)的分類(lèi)（二）,教學(xué)方法,聯(lián)系實(shí)際講解本節(jié),思考題,1、鐵磁性物質(zhì)為什么會(huì)有高的導(dǎo)磁性能？ 2、制造電喇叭時(shí)要用到永久磁鐵，制造變壓器時(shí)要用到鐵心，試說(shuō)明它們?cè)阼F磁性材料時(shí)有何不同？ 3、什么是基本磁化曲線？什么是起始磁化曲線？ 4、鐵磁性材料的不是常數(shù)， 的最大值處在起始磁化曲線的哪個(gè)部位？,9.2 磁路和磁路定律,目的與要求,掌握磁路基爾霍夫定律，磁路歐姆定律,重點(diǎn)與難點(diǎn),重點(diǎn): 磁路基爾霍夫定律，磁路歐姆定律 難點(diǎn): 磁路基爾霍夫定律，磁路歐姆定律,圖9.7 直流電機(jī)和單相變壓器磁路,9.2.1 磁路（一）,圖 9.8 主磁通、 漏磁通和邊緣效應(yīng),9.2.1 磁路（二）,9.2.2 磁路定律（一）,1. 磁路的基爾霍夫第一定律,圖 9.9 磁路示意圖,9.2.2 磁路定律（二）,對(duì)于如圖9.9所示的ABCDA回路, 可以得出,9.2.2 磁路定律（三）,2. 磁路的基爾霍夫第二定律,9.2.3 磁路的歐姆定律,教學(xué)方法,用比較的方法講解本節(jié),思考題,1、已知線圈電感L=/I=N/I，試用磁路歐姆定律證明 L=N2S/ l,并說(shuō)明如果線圈大小、形狀和匝數(shù)相同時(shí)，有鐵心線圈和無(wú)鐵心線圈的電感哪個(gè)大？ 2、為什么空心線圈的電感是常數(shù)，而鐵心線圈的電感不是常 數(shù)？鐵心線圈在未達(dá)到飽和與達(dá)到飽和時(shí)，哪個(gè)電感大？,9.3 簡(jiǎn)單直流磁路的計(jì)算,目的與要求,掌握恒定磁通磁路的計(jì)算,重點(diǎn)與難點(diǎn),重點(diǎn): 恒定磁通磁路的計(jì)算 難點(diǎn): 恒定磁通磁路的計(jì)算,第一種是先給定磁通, 再按照給定的磁通及磁路尺寸、材料求出磁通勢(shì), 即已知求NI; 另一種是給定NI, 求各處磁通, 即已知NI 求。 本節(jié)只討論第一種情況。 在計(jì)算時(shí)一般應(yīng)按下列步驟進(jìn)行: (1) 按照磁路的材料和截面不同進(jìn)行分段, 把材料和截面相同的算作一段。 (2) 根據(jù)磁路尺寸計(jì)算出各段截面積S和平均長(zhǎng)度l。,9.3 簡(jiǎn)單直流磁路的計(jì)算（一）,圖9.11 空氣隙有效面積計(jì)算 (a) 矩形截面； (b) 圓形截面,9.3 簡(jiǎn)單直流磁路的計(jì)算（二）,(3) 由已知磁通, 算出各段磁路的磁感應(yīng)強(qiáng)度B=/S。 (4) 根據(jù)每一段的磁感應(yīng)強(qiáng)度求磁場(chǎng)強(qiáng)度, 對(duì)于鐵磁材料可查基本磁化曲線(如圖9.6所示)。 對(duì)于空氣隙可用以下公式:,9.3 簡(jiǎn)單直流磁路的計(jì)算（三）,9.3 簡(jiǎn)單直流磁路的計(jì)算（四）,(5) 根據(jù)每一段的磁場(chǎng)強(qiáng)度和平均長(zhǎng)度求出H1l1 , H2l2。 (6) 根據(jù)基爾霍夫磁路第二定律, 求出所需的磁通勢(shì)。,已知磁路如圖9.12所示, 上段材料為硅鋼片, 下段材料是鑄鋼, 求在該磁路中獲得磁通=2.010-3 Wb時(shí), 所需要的磁動(dòng)勢(shì)？ 若線圈的匝數(shù)為1000匝, 求激磁電流應(yīng)為多大？ 解 (1) 按照截面和材料不同, 將磁路分為三段l1, l2, l3。 ,例9.1（一）,例9.1（二）,(2) 按已知磁路尺寸求出:,圖9.12 例9.1圖,例9.1（三）,(3) 各段磁感應(yīng)強(qiáng)度為,例9.1（四）,(4) 由圖9.6 所示硅鋼片和鑄鋼的基本磁化曲線得,空氣中的磁場(chǎng)強(qiáng)度為,例9.1（五）,（5） 每段的磁位差為,（6） 所需的磁通勢(shì)為,激磁電流為,例9.1（六）,教學(xué)方法,用比較法,思考題,1、有兩個(gè)相同材料的芯子（磁路無(wú)氣隙），所繞的線圈匝數(shù)相同， 通以相同的電流，磁路的平均長(zhǎng)度l1 =l2 ， 截面S1 S 2，試用磁路的基爾霍夫定律分析B1與B2 、 1與 2的大小。 2、一磁路如圖9. 13所示，圖中各段截面積不同，試列出磁通勢(shì)和磁位差平衡方程式。,圖 9.13 思考題 2 圖,9.4 交流鐵芯線圈及等效電路,目的與要求,理解交流鐵芯線圈及其等效電路,重點(diǎn)與難點(diǎn),重點(diǎn): 交流鐵芯線圈及其等效電路 難點(diǎn): 交流鐵芯線圈的等效電路,圖9.14 交流鐵芯線圈各電磁量參考方向,9.4.1 電壓、電流和磁通（一）,1. 電壓為正弦量,設(shè)(t)=msint, 則有,9.4.1 電壓、電流和磁通（二）,圖 9.15 B-H曲線與-i曲線,9.4.1 電壓、電流和磁通（三）,圖 9.16 電流i的波形的求法,9.4.1 電壓、電流和磁通（四）,圖9.17 電壓、 電流相量圖,9.4.1 電壓、電流和磁通（五）,設(shè)線圈電流為,圖 9.18 i為正弦量時(shí)的波形,9.4.1 電壓、電流和磁通（六）,2. 電流為正弦量,鐵芯的磁滯損耗PZ和渦流損耗PW可分別由下式計(jì)算:,9.4.2 磁滯和渦流的影響,圖9.19 考慮磁飽和、磁滯、渦流影響的等效電路,9.4.3 交流鐵芯線圈的等效電路（一）,1. 不考慮線圈電阻及漏磁通的情況,圖 9.20 圖 9.19的相量圖,圖9.21 串聯(lián)等效模型,9.4.3 交流鐵芯線圈的等效電路（二）,將一個(gè)匝數(shù)N=100的鐵芯線圈接到電壓Us=220V的工頻正弦電源上, 測(cè)得線圈的電流I=4A, 功率P=100W。 不計(jì)線圈電阻及漏磁通, 試求鐵芯線圈的主磁通m, 串聯(lián)電路模型的Z0, 并聯(lián)電路模型的Y0。,例9. 2（一）,例9. 2（二）,解 由Us=4.44fNm得,9.4.3 交流鐵芯線圈的等效電路（三）,2. 考慮線圈電阻及漏磁通,在例9.2中, 如考慮線圈電阻為1,漏磁電抗Xs=2, 試求主磁通產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)E及磁化電流Im。,圖9.22 交流鐵芯線圈模型 (a) 矢量圖； (b) 并聯(lián)模型； (c) 串聯(lián)模型,例9. 3（一）,解 原來(lái)不計(jì)R、Xs, 勵(lì)磁阻抗為Z0=6.245+j54.64, 按圖9.22(c),計(jì)入R=1, Xs=2后的勵(lì)磁阻抗為,例9. 3（二）,例9. 3（三）,圖 9.23 交流鐵芯線圈的伏安關(guān)系,9.4.4 伏安特性和等效電感,教學(xué)方法,思考題（一）,1、將一個(gè)空心線圈先接到直流電源和交流電源上，然后在這個(gè)線圈在插入鐵心，如果交流電壓和直流電壓相等，分析這種情況下通過(guò)線圈的電流和功率的大小，并說(shuō)明理由。 2、將鐵心線圈接在直流電源上，當(dāng)發(fā)生下列情況時(shí)，鐵心中的電流和磁通有何變化？ （1）鐵心截面增大，其它條件不變； （2）線圈匝數(shù)增加，線圈電阻及其它條件不變； （3）電源電壓降低，其它條件不變。,3、將鐵心線圈接在交流電源上，當(dāng)發(fā)生上題中所述情況時(shí)，鐵心中的電流和磁通又如何變化？ 4、為什么變壓器的鐵心要用硅鋼片制成？用整塊鐵行不行？ 5、一臺(tái)變壓器在修理后，鐵心中出現(xiàn)較大氣隙，這對(duì)于鐵心的工作磁通以及空載電流有何影響？,思考題（二）,9.5 電 磁 鐵,目的與要求,了解交、 直流電磁鐵及其區(qū)別,重點(diǎn)與難點(diǎn),重點(diǎn): 交、 直流電磁鐵及其區(qū)別 難點(diǎn): 交、 直流電磁鐵的區(qū)別,9.5.1 直流電磁鐵,圖9.24 電磁鐵的幾種結(jié)構(gòu)形式 (a) 馬蹄式； (b) 拍合式； (c) 螺管式,如圖9.25所示的直流電磁鐵, 已知線圈匝數(shù)為4000匝, 鐵芯和銜鐵的材料均為鑄鋼, 由于存在漏磁, 銜鐵中的磁通只有鐵芯中磁通的90%, 如果銜鐵處在圖示位置時(shí)鐵芯中的磁感應(yīng)強(qiáng)度為1.6T, 試求線圈中電流和電磁吸力。 ,圖9.25 例9.4圖,例9. 4（一）,解 查圖9.6, 鐵芯中磁感應(yīng)強(qiáng)度B=1.6T時(shí), 磁場(chǎng)強(qiáng)度H1=5300A/m。 鐵芯中的磁通,氣隙和銜鐵中的磁通,不考慮氣隙的邊緣效應(yīng)時(shí), 氣隙和銜鐵中的磁感應(yīng)強(qiáng)度為,例9. 4（二）,查圖9. 6銜鐵中的磁場(chǎng)強(qiáng)度為3500/m。 氣隙中的磁場(chǎng)強(qiáng)度為,線圈電流為,電磁鐵的吸力,線圈的磁勢(shì),例9. 4（三）,交流電磁鐵由交流電勵(lì)磁, 設(shè)氣隙中的磁感應(yīng)強(qiáng)度為,電磁鐵吸力為,9.5.2 交流電磁鐵（一）,圖9.26 交流電磁鐵吸力變化曲線,9.5.2 交流電磁鐵（二）,圖9.27 有短路環(huán)時(shí)的磁通,9.5.2 交流電磁鐵（三）,表 9.1 直流電磁鐵與交流電磁鐵比較,9.5.3 交流電磁鐵的特點(diǎn),教學(xué)方法,結(jié)合實(shí)際講解本節(jié),思考題（一）,1、如何根據(jù)電磁鐵的結(jié)構(gòu)來(lái)判斷它是直流電磁鐵還是交流電磁 鐵？ 2、如果把交流電磁鐵誤接到電壓相同的直流電源上，會(huì)有