磁路和鐵心變壓器實(shí)用教案

1、一、磁感應(yīng)強(qiáng)度一、磁感應(yīng)強(qiáng)度 （磁通密度）（磁通密度） 若在磁場若在磁場(cchng)中的一點(diǎn)垂直于磁場中的一點(diǎn)垂直于磁場(cchng)方向放置一段方向放置一段長為長為l 、通有電流、通有電流I的導(dǎo)體，其受到的磁力的導(dǎo)體，其受到的磁力為為F ，則該點(diǎn)磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小為：，則該點(diǎn)磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小為：lIFB1 Tesla = 104 高斯高斯B 的單位：特斯拉（的單位：特斯拉（Tesla）13.1 13.1 磁場的基本磁場的基本(jbn)(jbn)物理量及基本物理量及基本(jbn)(jbn)性質(zhì)性質(zhì)第1頁/共30頁第一頁，共31頁。二、磁通及磁通的連續(xù)性原理二、磁通及磁通的連續(xù)性原理(yunl)

2、某一面積某一面積S的磁感應(yīng)強(qiáng)度的磁感應(yīng)強(qiáng)度(qingd)B的通量的通量稱為磁通稱為磁通SSdsBdBS如果磁場如果磁場(cchng)均勻且磁場均勻且磁場(cchng)方方向垂直于向垂直于S面，則面，則磁通的連續(xù)性原理：磁通的連續(xù)性原理： 磁場中任何封閉曲面的磁通恒等于零。磁場中任何封閉曲面的磁通恒等于零。SdSB0第2頁/共30頁第二頁，共31頁。三、磁導(dǎo)率三、磁導(dǎo)率：表征各種：表征各種( zhn)材料導(dǎo)磁能力的物理量材料導(dǎo)磁能力的物理量（亨（亨/米）米）70104 真空中的磁導(dǎo)率真空中的磁導(dǎo)率( )為常數(shù)為常數(shù)0一般材料的磁導(dǎo)率一般材料的磁導(dǎo)率 和真空中的磁導(dǎo)率之比，和真空中的磁導(dǎo)率之比，稱

3、為這種材料的相對(duì)磁導(dǎo)率稱為這種材料的相對(duì)磁導(dǎo)率r0r1r，則稱為磁性材料，則稱為磁性材料1r，則稱為非磁性材料，則稱為非磁性材料第3頁/共30頁第三頁，共31頁。四、磁場強(qiáng)度四、磁場強(qiáng)度(cchng qingd) H 及（全電流定律）及（全電流定律） 1、 磁場強(qiáng)度是計(jì)算磁場所用磁場強(qiáng)度是計(jì)算磁場所用(su yn)的物理量，其大小的物理量，其大小為磁感應(yīng)強(qiáng)度和導(dǎo)磁率之比。為磁感應(yīng)強(qiáng)度和導(dǎo)磁率之比。單位：單位：B ：特斯拉：特斯拉：亨：亨/米米H：安：安/米米BH 第4頁/共30頁第四頁，共31頁。2、全電流定律（安培、全電流定律（安培(npi)環(huán)路定律）環(huán)路定律） 磁場磁場(cchng)中任何

4、閉合回路磁場中任何閉合回路磁場(cchng)強(qiáng)度的線強(qiáng)度的線積分，等于通過這個(gè)閉合路徑內(nèi)電流的代數(shù)和。積分，等于通過這個(gè)閉合路徑內(nèi)電流的代數(shù)和。HI1I2I3IlHd電流方向電流方向(fngxing)和磁場強(qiáng)度的方向和磁場強(qiáng)度的方向(fngxing)符合右手定則，電流取正；符合右手定則，電流取正；否則取負(fù)。否則取負(fù)。第5頁/共30頁第五頁，共31頁。 一、起始磁化一、起始磁化(chu)曲線曲線 1. 非線性非線性大大小小BH)(I)BH 2. 磁滯性磁滯性13.2 13.2 鐵磁物質(zhì)鐵磁物質(zhì)(wzh)(wzh)的磁化的磁化 二、磁滯回線二、磁滯回線第6頁/共30頁第六頁，共31頁。 根據(jù)磁性能

5、，磁性材料又可分為三種：軟磁材根據(jù)磁性能，磁性材料又可分為三種：軟磁材料（磁滯回線窄長。常用做磁頭、磁心等）、永磁材料（磁滯回線窄長。常用做磁頭、磁心等）、永磁材料（磁滯回線寬。常用做永久磁鐵）、矩磁材料（滯料（磁滯回線寬。常用做永久磁鐵）、矩磁材料（滯回線接近矩形回線接近矩形(jxng)?？捎米鲇洃浽?。可用做記憶元件）。 三、基本三、基本(jbn)磁化曲線磁化曲線第7頁/共30頁第七頁，共31頁。磁路磁路(c l)：主磁通所經(jīng)過的閉合路徑。：主磁通所經(jīng)過的閉合路徑。1u2uis13.3 13.3 磁路磁路(c l)(c l)及磁路及磁路(c l)(c l)定律定律1 1、 磁路磁路(c

6、(c l)l) 線圈通入電流后，產(chǎn)生線圈通入電流后，產(chǎn)生磁通，分主磁通和漏磁通。磁通，分主磁通和漏磁通。s：主磁通主磁通：漏磁通漏磁通鐵心鐵心（導(dǎo)磁性能好（導(dǎo)磁性能好 的磁性材料）的磁性材料）線圈線圈第8頁/共30頁第八頁，共31頁。2 2、 磁路的基爾霍夫第一磁路的基爾霍夫第一(dy)(dy)定律定律 對(duì)于有分支對(duì)于有分支(fnzh)磁路，其分支磁路，其分支(fnzh)匯集處稱為磁路的節(jié)點(diǎn)，磁路的任意節(jié)點(diǎn)所連接匯集處稱為磁路的節(jié)點(diǎn)，磁路的任意節(jié)點(diǎn)所連接的各分支的各分支(fnzh)磁路的代數(shù)和等于零。磁路的代數(shù)和等于零。01I I1 1N N1 132N N2 2I I2 20321即：即：第

7、9頁/共30頁第九頁，共31頁。HLNI 在無分支在無分支(fnzh)的均勻磁路（磁路的材料和截面積相的均勻磁路（磁路的材料和截面積相同，各處的磁場強(qiáng)度相等）中，安培環(huán)路定律可寫成：同，各處的磁場強(qiáng)度相等）中，安培環(huán)路定律可寫成：磁路磁路(c l)長度長度L線圈線圈(xinqun)匝數(shù)匝數(shù)NIHL：稱為磁壓降。稱為磁壓降。NI：稱為磁動(dòng)勢(shì)。一般稱為磁動(dòng)勢(shì)。一般 用用 F 表示。表示。F=NI3 3、 磁路的基爾霍夫第二定律磁路的基爾霍夫第二定律第10頁/共30頁第十頁，共31頁。HLNI總磁動(dòng)勢(shì)總磁動(dòng)勢(shì) 在非均勻磁路（磁路的材料在非均勻磁路（磁路的材料(cilio)或截面積不同，或磁或截面積不

8、同，或磁場強(qiáng)度不等）中，總磁動(dòng)勢(shì)等于各段磁壓降之和。場強(qiáng)度不等）中，總磁動(dòng)勢(shì)等于各段磁壓降之和。00lHIHNI例：例：INl0l第11頁/共30頁第十一頁，共31頁。對(duì)于對(duì)于(duy)均勻均勻磁路磁路 LSLBHLNI磁路中的磁路中的歐姆定律歐姆定律四、磁路四、磁路(c l)的歐姆定律：的歐姆定律：則：則： mRLSNIFINSL注：由于磁性材料注：由于磁性材料 是非線性的，磁路歐姆定律多用作定性是非線性的，磁路歐姆定律多用作定性 分析，不做定量計(jì)算。分析，不做定量計(jì)算。SLRm令：令：Rm 稱為磁阻稱為磁阻第12頁/共30頁第十二頁，共31頁。磁路磁路(c l)和電路的比較（一）和電路的比

9、較（一）磁磁路路電電路路磁通磁通INI磁壓降磁壓降HL磁動(dòng)勢(shì)磁動(dòng)勢(shì)INF 電動(dòng)勢(shì)電動(dòng)勢(shì)電流電流電壓降電壓降UEIR+_EU第13頁/共30頁第十三頁，共31頁?；径苫径蒻RF 磁阻磁阻SlRm磁感應(yīng)磁感應(yīng)強(qiáng)度強(qiáng)度(qingd)SB 安培安培(npi)環(huán)路環(huán)路定律定律HLNI0磁磁 路路IN歐姆定律歐姆定律電阻電阻(dinz)電流電流強(qiáng)度強(qiáng)度克氏克氏電壓定律電壓定律克氏克氏電流定律電流定律0IUEREI SlRSIJ磁路與電路的比較磁路與電路的比較 (二二)電電 路路R+_EI第14頁/共30頁第十四頁，共31頁。勵(lì)磁電流：在磁路勵(lì)磁電流：在磁路(c l)中用來產(chǎn)生磁通的電流中用來產(chǎn)生磁

10、通的電流勵(lì)磁電流勵(lì)磁電流直流直流 - 直流磁路直流磁路 交流交流 - 交流磁路交流磁路磁路分析磁路分析直流直流磁路磁路交流交流磁路磁路13.4 13.4 恒定磁通磁路恒定磁通磁路(c l)(c l)的計(jì)算的計(jì)算第15頁/共30頁第十五頁，共31頁。 線圈中的勵(lì)磁電流為直流時(shí)，磁路線圈中的勵(lì)磁電流為直流時(shí)，磁路(c l)中的磁中的磁通不隨時(shí)間而變化，這樣的磁路通不隨時(shí)間而變化，這樣的磁路(c l)就叫恒定磁通就叫恒定磁通磁路磁路(c l)。磁路的計(jì)算磁路的計(jì)算(j sun)的目的：的目的： 找出磁通與磁動(dòng)勢(shì)之間的關(guān)系。找出磁通與磁動(dòng)勢(shì)之間的關(guān)系。一、已知磁通求磁動(dòng)勢(shì)一、已知磁通求磁動(dòng)勢(shì)計(jì)算計(jì)算(

11、j sun)程序?yàn)椋撼绦驗(yàn)椋?(HlINHlHB第16頁/共30頁第十六頁，共31頁。二、已知磁動(dòng)勢(shì)求磁通二、已知磁動(dòng)勢(shì)求磁通無分支的均勻磁路，計(jì)算無分支的均勻磁路，計(jì)算(j sun)不復(fù)不復(fù)雜。雜。不均勻不均勻(jnyn)磁路，采用試探法。磁路，采用試探法。第17頁/共30頁第十七頁，共31頁。13.5 13.5 交變磁通下的鐵心交變磁通下的鐵心(ti xn)(ti xn)損耗損耗一、磁滯一、磁滯(c zh)損耗損耗由于磁滯現(xiàn)象引起由于磁滯現(xiàn)象引起(ynq)的能量損耗稱為磁滯損耗。的能量損耗稱為磁滯損耗。為了減少磁滯損耗，應(yīng)盡量選用磁滯回線狹窄的為了減少磁滯損耗，應(yīng)盡量選用磁滯回線狹窄的鐵磁

12、材料制作鐵心。鐵磁材料制作鐵心。二、渦流損耗二、渦流損耗處在交變磁場中的鐵心，電磁感應(yīng)會(huì)在鐵心內(nèi)產(chǎn)處在交變磁場中的鐵心，電磁感應(yīng)會(huì)在鐵心內(nèi)產(chǎn)生感應(yīng)電流，稱之為渦流生感應(yīng)電流，稱之為渦流。第18頁/共30頁第十八頁，共31頁。減小渦流損耗采用的兩種措施：減小渦流損耗采用的兩種措施： 一是增大鐵心材料的電阻率一是增大鐵心材料的電阻率 二采用互相二采用互相(h xing)絕緣的薄鋼片沿著順磁場方向疊成絕緣的薄鋼片沿著順磁場方向疊成鐵心。鐵心。三、鐵損三、鐵損鐵損鐵損磁滯磁滯(c zh)損耗損耗渦流損耗渦流損耗第19頁/共30頁第十九頁，共31頁。 交變鐵心線圈中的電壓交變鐵心線圈中的電壓(diny)

13、(diny)、電流及磁通、電流及磁通一、電壓一、電壓(diny)與磁通的關(guān)系與磁通的關(guān)系交流激勵(lì)交流激勵(lì) 線圈中產(chǎn)生感應(yīng)電勢(shì)線圈中產(chǎn)生感應(yīng)電勢(shì)tNeuddNiue假設(shè)假設(shè)tmsin則則tfNtNummcos2cos第20頁/共30頁第二十頁，共31頁。最大值最大值mmfNU2有效值有效值mmfNUU44.42第21頁/共30頁第二十一頁，共31頁。mNfU44.4uLeeimRIN m一定時(shí)磁動(dòng)勢(shì)一定時(shí)磁動(dòng)勢(shì)IN隨磁阻隨磁阻 的變化而變化。的變化而變化。mR當(dāng)外加電壓當(dāng)外加電壓U、頻率、頻率 f 與與線圈匝數(shù)線圈匝數(shù)N一定時(shí)，一定時(shí)， 便便確定下來。根據(jù)磁路歐姆確定下來。根據(jù)磁路歐姆定律定律

14、，當(dāng)，當(dāng) m 交流磁路交流磁路(c l)的特點(diǎn)的特點(diǎn):交流磁路和電路中的恒流源類似交流磁路和電路中的恒流源類似直流磁路中：直流磁路中：mRF 固定固定mRF隨隨 變化變化直流電路中：直流電路中：RIUS IS固定固定U 隨隨 R 變化變化第22頁/共30頁第二十二頁，共31頁。交流磁路中磁阻交流磁路中磁阻 對(duì)電流的影響對(duì)電流的影響mR電磁鐵吸合過程電磁鐵吸合過程(guchng)的分析：的分析： 在吸合過程中若外加電壓在吸合過程中若外加電壓不變不變, 則則 基本不變?；静蛔儭umRmRIN 電磁鐵吸合前電磁鐵吸合前(氣隙大）氣隙大） 大大 起動(dòng)電流大起動(dòng)電流大 電磁鐵吸合后電磁鐵吸合后(氣隙

15、?。庀缎。?小小 電流小電流小mR 如果氣隙中有異物卡住，電磁鐵長時(shí)間吸不上，線如果氣隙中有異物卡住，電磁鐵長時(shí)間吸不上，線圈中的電流一直很大，將會(huì)導(dǎo)致過熱，把線圈燒壞。圈中的電流一直很大，將會(huì)導(dǎo)致過熱，把線圈燒壞。 注意：注意：第23頁/共30頁第二十三頁，共31頁。RUI (U不變，不變，I不變）不變）mRIN mRIN ( I 隨隨 Rm 變化變化(binhu)）fNUm44. 4m（ U不變時(shí)，不變時(shí)， 基本基本(jbn)不變）不變）直流磁路直流磁路(c l)交流磁路交流磁路磁路磁路小結(jié)小結(jié)（隨隨Rm變化）變化）第24頁/共30頁第二十四頁，共31頁。13.7 13.7 交流交流(j

16、ioli)(jioli)鐵心線圈的等效電路鐵心線圈的等效電路一、不考慮一、不考慮(kol)線圈內(nèi)阻和漏磁通時(shí)的等效電路模型線圈內(nèi)阻和漏磁通時(shí)的等效電路模型對(duì)應(yīng)對(duì)應(yīng)(duyng)的等效電路模型為：的等效電路模型為：0XU0R202020)(RIUXIPRFe其中其中第25頁/共30頁第二十五頁，共31頁。二、考慮二、考慮(kol)線圈內(nèi)阻和漏磁通時(shí)的等效電路模型線圈內(nèi)阻和漏磁通時(shí)的等效電路模型U0R0XrXS2022202020)()()(RIUXIPrRrIUXIPRSFe第26頁/共30頁第二十六頁，共31頁。13.8 13.8 電磁鐵電磁鐵電磁鐵：是利用通電鐵心線圈對(duì)鐵磁物質(zhì)電磁鐵：是利用

17、通電鐵心線圈對(duì)鐵磁物質(zhì)(wzh)產(chǎn)產(chǎn) 生電磁吸力而工作的一種電氣設(shè)備。生電磁吸力而工作的一種電氣設(shè)備。SNFNS電磁鐵電磁鐵線圈線圈鐵心鐵心銜鐵銜鐵第27頁/共30頁第二十七頁，共31頁。電磁電磁(dinc)吸力是電磁吸力是電磁(dinc)鐵的技術(shù)指標(biāo)鐵的技術(shù)指標(biāo)之一。計(jì)算吸力的基本公式是：之一。計(jì)算吸力的基本公式是：SBF02021）直流電磁鐵中，由于線圈）直流電磁鐵中，由于線圈(xinqun)勵(lì)磁電流的大小僅取勵(lì)磁電流的大小僅取決于電源電壓和線圈決于電源電壓和線圈(xinqun)內(nèi)阻，而與磁路的磁阻無關(guān)空內(nèi)阻，而與磁路的磁阻無關(guān)空氣隙越大，則磁阻越大，磁通和磁感應(yīng)強(qiáng)度越小，吸力越小。氣隙越大，則磁阻越大，磁通和磁感應(yīng)強(qiáng)度越小，吸力越小。2）在交流）在交流(jioli)電磁鐵中，磁通和磁感應(yīng)強(qiáng)度都隨時(shí)間電磁鐵中，磁通和磁感應(yīng)強(qiáng)度都隨時(shí)間而變化，所以吸力也隨時(shí)間變化。而變化，所以吸力也隨時(shí)間變化。注意：注意：第28頁/共30頁第二十八頁，共31頁。 第十三章 結(jié)束(jish)第29頁/共30頁第二十九頁，共31頁。感謝您的觀看(gunkn)！第30頁/共30頁第