第9章磁路及鐵芯線圈

1、第9章 磁路與鐵芯線圈9.1 鐵磁性物質(zhì)鐵磁性物質(zhì) 9.2 磁路與磁路定律磁路與磁路定律 9.3 簡(jiǎn)單直流磁路的計(jì)算簡(jiǎn)單直流磁路的計(jì)算 9.4 交流鐵芯線圈及等效電路交流鐵芯線圈及等效電路 9.5 電磁鐵電磁鐵 第第9章章 磁路與鐵芯線圈磁路與鐵芯線圈第9章 磁路與鐵芯線圈9.1 鐵鐵 磁磁 性性 物物 質(zhì)質(zhì) 9.1.1 鐵磁性物質(zhì)的磁化鐵磁性物質(zhì)的磁化 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。 (a)(b)(c)圖 9.1 鐵磁性物質(zhì)的磁化 第9章 磁路與鐵芯線圈 9.1.2 磁化曲線磁化曲線 磁化曲線是鐵磁性物質(zhì)的磁感應(yīng)強(qiáng)度B與外磁場(chǎng)的磁場(chǎng)強(qiáng)度

2、H之間的關(guān)系曲線, 所以又叫B-H曲線。 ASIUsRwS1122NL圖 9.2 B-H 曲線測(cè)量電路 第9章 磁路與鐵芯線圈BQRP00Hm ax(a)(b)H圖 9.3 起始磁化曲線 第9章 磁路與鐵芯線圈1. 起始磁化曲線起始磁化曲線 (1) OP段 (2) PQ段 （3） QR段 （4） R點(diǎn)以后 第9章 磁路與鐵芯線圈2. 磁滯回線磁滯回線 BHBHBmBrbfHm BmecO Hm HcdOHm1Hm2Hm3aBm1Bm2Bm3(a)(b)圖9.4 交變磁化(磁滯回線) 第9章 磁路與鐵芯線圈9.1.3 鐵磁性物質(zhì)的分類鐵磁性物質(zhì)的分類 軟磁硬磁BOH圖9.5 軟磁和硬磁材料的磁滯

3、回線 第9章 磁路與鐵芯線圈0.1cbac 硅鋼片b 鑄鋼a 鑄鐵00.20.30.40.50.60.70.80.9 1.010312345678910103H / Am1B / T0.20.40.60.81.01.21.41.61.8H / Am1圖 9.6 幾種常用鐵磁材料的基本磁化曲線 第9章 磁路與鐵芯線圈9.2 磁路和磁路定律磁路和磁路定律9.2.1 磁路磁路 NNSSUI(a)(b)圖9.7 直流電機(jī)和單相變壓器磁路 第9章 磁路與鐵芯線圈I漏磁通邊緣效應(yīng)主磁通圖 9.8 主磁通、 漏磁通和邊緣效應(yīng) 第9章 磁路與鐵芯線圈9.2.2 磁路定律磁路定律 1. 磁路的基爾霍夫第一定律磁

4、路的基爾霍夫第一定律 00321第9章 磁路與鐵芯線圈I1D123ABCN1N2l1l2l1l3l3l1l0I2圖 9.9 磁路示意圖 第9章 磁路與鐵芯線圈2. 磁路的基爾霍夫第二定律磁路的基爾霍夫第二定律 221122111111)()(NINIlHlHlHlHINHl對(duì)于如圖9.9所示的ABCDA回路, 可以得出 mmFU第9章 磁路與鐵芯線圈9.2.3 磁路的歐姆定律磁路的歐姆定律mmmRUSlUSlHlHS第9章 磁路與鐵芯線圈9.3 簡(jiǎn)單直流磁路的計(jì)算簡(jiǎn)單直流磁路的計(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

5、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。 第9章 磁路與鐵芯線圈rrrSbaabbaSba22)2()()(abr(a)(b)圖9.11 空氣隙有效面積計(jì)算(a) 矩形截面； (b) 圓形截面 第9章 磁路與鐵芯線圈 (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:)/(108)/(108 . 01040

6、30670000cmABmABBBH(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)。 2211lHlHNI第9章 磁路與鐵芯線圈 例例9.1 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？ 解解 (1) 按照截面和材料不同, 將磁路分為三段l1, l2, l3。 (2) 按已知磁路尺寸求出: 2233222222112 .3232202)5060(50604 . 04224242007060

7、292903522035303000605077770275220275cmmmScmmmlcmmmScmmmlcmmmScmmml第9章 磁路與鐵芯線圈Il1l22705017050321l6031070硅 鋼鑄 鋼圖9.12 例9.1圖 第9章 磁路與鐵芯線圈(3) 各段磁感應(yīng)強(qiáng)度為 TcmWbSBTcmWbSBTcmWbSB621. 0/10621. 02 .32100 . 2476. 0/10476. 042100 . 2667. 0/667. 030100 . 224333243222311第9章 磁路與鐵芯線圈(4) 由圖9.6 所示硅鋼片和鑄鋼的基本磁化曲線得 cmABHcmAH

8、cmAH/4942104621. 0/5 . 1/4 . 1703321空氣中的磁場(chǎng)強(qiáng)度為 第9章 磁路與鐵芯線圈（5） 每段的磁位差為AlHAlHAlH8 .19764 . 049425 .43295 . 18 .107774 . 1332211（6） 所需的磁通勢(shì)為AlHlHlHNI1 .21288 .19765 .438 .107332211激磁電流為ANNII1 . 210001 .2128第9章 磁路與鐵芯線圈9.4 交流鐵芯線圈及等效電路交流鐵芯線圈及等效電路 9.4.1 電壓、電流和磁通電壓、電流和磁通 1. 電壓為正弦量電壓為正弦量 iuEN圖9.14 交流鐵芯線圈各電磁量參考

9、方向 第9章 磁路與鐵芯線圈mmmmmfNfNNEUtNtdtNdttdNtetudttdNdttdtetu44. 4222)2sin()sin(1)()()()()()()( 設(shè)(t)=msint, 則有 第9章 磁路與鐵芯線圈iOOSBlNiH 圖 9.15 B-H曲線與-i曲線 第9章 磁路與鐵芯線圈iti000t 圖 9.16 電流i的波形的求法 第9章 磁路與鐵芯線圈044. 40mmmmmIIfNjEUEUmImE.圖9.17 電壓、 電流相量圖 第9章 磁路與鐵芯線圈2. 電流為正弦量電流為正弦量設(shè)線圈電流為 tItimsin)(000tii圖 9.18 i為正弦量時(shí)的波形 第9

10、章 磁路與鐵芯線圈9.4.2 磁滯和渦流的影響磁滯和渦流的影響 鐵芯的磁滯損耗PZ和渦流損耗PW可分別由下式計(jì)算: )()(22WVBfKPWVfBKPmWWnmZZWZFePPP第9章 磁路與鐵芯線圈9.4.3 交流鐵芯線圈的等效電路交流鐵芯線圈的等效電路1. 不考慮線圈電阻及漏磁通的情況不考慮線圈電阻及漏磁通的情況 UIaImIG0jB0圖9.19 考慮磁飽和、磁滯、渦流影響的等效電路第9章 磁路與鐵芯線圈EUmIEm.IaIUIjX0R0圖 9.20 圖 9.19的相量圖 圖9.21 串聯(lián)等效模型 mmaIIIUjBIUGI000,第9章 磁路與鐵芯線圈 例例9.2 將一個(gè)匝數(shù)N=100

11、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。 解解 由Us=4.44fNm得 SjZjBGYjUIPIUjXRZWbfNUsm33000000031006.1810065. 248.8301818. 048.83551164.54245. 648.83554220100arccos4220arccos1091. 91005044. 422044. 4第9章 磁路與鐵芯線圈2. 考慮線圈電阻及漏磁通考慮線圈電阻及漏磁通 ssmamssssCuFeFeL

12、XIIfNjEUIjXIRdtdNdtdiLRiuiLPPRIPPIUU44. 42第9章 磁路與鐵芯線圈 例例9.3 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。UEUaIEImIm.IRIXsjIRjXsaIjB0mIUUIRjXsjX0UUR0(a)(b)(c)G0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 第9章 磁路與鐵芯線圈 解解 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 000jXRZ31.849 .596

13、4.52245. 5)264.54() 1245. 6(64.54245. 6)()(00000jjjXRZjXXjRRsEBIVIZEm006 .21149 .52第9章 磁路與鐵芯線圈AIEBIBSjZjBGYmm98. 36 .2111081.18,81.1810)81.18(10874. 131.849 .5211300330000得代入將第9章 磁路與鐵芯線圈9.4.4 伏安特性和等效電感伏安特性和等效電感 0UU( I )Le( I )IUNLeIN圖 9.23 交流鐵芯線圈的伏安關(guān)系 LULe第9章 磁路與鐵芯線圈 9.5 電電 磁磁 鐵鐵FF鐵芯線圈銜鐵FF(a)(b)(c)圖

14、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 第9章 磁路與鐵芯線圈9.5.1 直流電磁鐵直流電磁鐵 52072002010410422SBSBSBF第9章 磁路與鐵芯線圈 例例9.4 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。 l2l1Il0l0S1 8 cm2l1 30 cml0 0.2 cmS2 8 cm2圖9.25 例9.4圖 第9章 磁路與鐵芯線圈 解解 查圖9.6, 鐵

15、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WbSB341111028. 11086 . 1氣隙和銜鐵中的磁通Wb331210152. 11028. 19 . 09 . 0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 TBB44. 110810152. 14320第9章 磁路與鐵芯線圈查圖9.6銜鐵中的磁場(chǎng)強(qiáng)度為3500/m。氣隙中的磁場(chǎng)強(qiáng)度為線圈的磁勢(shì) mABH/10146. 1104744. 167000AlHlHlHNI6524102 . 010146. 12101035001030530022622002211線圈電流為 ANNII631. 140006524電磁鐵的吸力 NSBF132710108244.9章 磁路與鐵芯線圈9.5.2 交流電磁鐵交流電磁鐵 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 tBtBmsin)(0電磁鐵吸力為 )2cos1 (2sin22)()(02202020tSBtSBStBtfmm520200201024)2cos1 (21)(1SBSBdttSBTdttfTFmmTmTav02max2SBFm第9章 磁路與鐵芯線圈f (t)f (t)Ba(t)Ba(t)t0FavFma