磁路與鐵芯線圈課件

1、1 鐵磁性物質鐵磁性物質 2 磁路與磁路定律磁路與磁路定律 3 簡單直流磁路的計算簡單直流磁路的計算 4 交流鐵芯線圈及等效電路交流鐵芯線圈及等效電路 5 電磁鐵電磁鐵 磁路磁路與鐵芯線圈與鐵芯線圈磁化:鐵磁物質會在外加磁場的作用下, 產生一個與外磁場 同方向的附加磁場, 這種現(xiàn)象叫做磁化。 (a)(b)(c)圖 1 鐵磁性物質的磁化 1.1 1.1 鐵磁性物質的磁化鐵磁性物質的磁化 1 1 鐵鐵 磁磁 性性 物物 質質磁化曲線:鐵磁性物質的磁感應強度B與外磁場的磁場強 度H之間的關系曲線, 所以又叫B-H曲線。 ASIUsRwS1122NL圖 2 B-H 曲線測量電路 1.2 1.2 磁化曲

2、線（一）磁化曲線（一）BQRP00Hmax(a)(b)H圖 3 起始磁化曲線 1.2 1.2 磁化曲線（二）磁化曲線（二） (1) OP段 (2) PQ段 （3） QR段 （4） R點以后 1.2 1.2 磁化曲線（三）磁化曲線（三）1. 起始磁化曲線起始磁化曲線BHBHBmBrbfHm BmecO Hm HcdOHm1Hm2Hm3aBm1Bm2Bm3(a)(b)圖4 交變磁化(磁滯回線) 1.2 1.2 磁化曲線（四）磁化曲線（四）2. 磁滯回線磁滯回線軟磁硬磁BOH圖5 軟磁和硬磁材料的磁滯回線 1.3 1.3 鐵磁性物質的分類（一）鐵磁性物質的分類（一）0.1cbac 硅鋼片b 鑄鋼a

3、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 6 幾種常用鐵磁材料的基本磁化曲線 1.3 1.3 鐵磁性物質的分類（二）鐵磁性物質的分類（二）思考題思考題 1、鐵磁性物質為什么會有高的導磁性能？ 2、制造電喇叭時要用到永久磁鐵，制造變壓器時要用到鐵心，試說明它們在鐵磁性材料時有何不同？ 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部位？NNSSUI(a)(b)圖7 直流電機和單相變壓器磁路

4、2.1 2.1 磁路（一）磁路（一） 2 2 磁路和磁路定律磁路和磁路定律I漏磁通邊緣效應主磁通圖 8 主磁通、 漏磁通和邊緣效應 2.1 2.1 磁路（二）磁路（二）003212.2 2.2 磁路定律（一）磁路定律（一）1. 磁路的基爾霍夫第一定律磁路的基爾霍夫第一定律I1D123ABCN1N2l1l2l1l3l3l1l0I2圖 9 磁路示意圖 2.2 2.2 磁路定律（二）磁路定律（二）221122111111)()(NINIlHlHlHlHINHl對于如圖9所示的ABCDA回路, 可以得出 mmFU2.2 2.2 磁路定律（三）磁路定律（三）2. 磁路的基爾霍夫第二定律磁路的基爾霍夫第二

5、定律mmmRUSlUSlHlHS2.3 2.3 磁路的歐姆定律磁路的歐姆定律思考題思考題 1、已知線圈電感L=/I=N/I，試用磁路歐姆定律證明L=N2S/ l,并說明如果線圈大小、形狀和匝數(shù)相同時，有鐵心線圈和無鐵心線圈的電感哪個大？ 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)？鐵心線圈在未達到飽和與達到飽和時，哪個電感大？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, 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。 在計算時一般應按下列步驟進行: (1) 按照磁路的材料和截面不同進行分段, 把材料和截面相同的算

6、作一段。 (2) 根據(jù)磁路尺寸計算出各段截面積S和平均長度l。 3 3 簡單直流磁路的計算（一）簡單直流磁路的計算（一）rrrSbaabbaSba22)2()()(abr(a)(b)圖11 空氣隙有效面積計算(a) 矩形截面； (b) 圓形截面 3 3 簡單直流磁路的計算（二）簡單直流磁路的計算（二） (3) 由已知磁通, 算出各段磁路的磁感應強度B=/S。 (4) 根據(jù)每一段的磁感應強度求磁場強度, 對于鐵磁材料可查基本磁化曲線(如圖6所示)。 對于空氣隙可用以下公式:)/(108)/(108 . 0104030670000cmABmABBBH3 3 簡單直流磁路的計算（三）簡單直流磁路的計

7、算（三）3 3 簡單直流磁路的計算（四）簡單直流磁路的計算（四）(5) 根據(jù)每一段的磁場強度和平均長度求出H1l1 , H2l2。(6) 根據(jù)基爾霍夫磁路第二定律, 求出所需的磁通勢。 2211lHlHNI 已知磁路如圖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, 所需要的磁動勢？ 若線圈的匝數(shù)為1000匝, 求激磁電流應為多大？ 解解 (1) 按照截面和材料不同, 將磁路分為三段l1, l2, l3。 例例1 1（一）（一）例例1 1（二）（二）2233222222112 .3232202)5060(50604 . 042242420070

8、60292903522035303000605077770275220275cmmmScmmmlcmmmScmmmlcmmmScmmml (2) 按已知磁路尺寸求出: Il1l22705017050321l6031070硅鋼鑄鋼圖12 例1圖 例例1 1（三）（三）(3) 各段磁感應強度為 TcmWbSBTcmWbSBTcmWbSB621. 0/10621. 02 .32100 . 2476. 0/10476. 042100 . 2667. 0/667. 030100 . 224333243222311例例1 1（四）（四）(4) 由圖6 所示硅鋼片和鑄鋼的基本磁化曲線得 cmABHcmAHc

9、mAH/4942104621. 0/5 . 1/4 . 1703321空氣中的磁場強度為 例例1 1（五）（五）（5） 每段的磁位差為AlHAlHAlH8 .19764 . 049425 .43295 . 18 .107774 . 1332211（6） 所需的磁通勢為AlHlHlHNI1 .21288 .19765 .438 .107332211激磁電流為ANNII1 . 210001 .2128例例1 1（六）（六）思考題思考題l2l5l1l3l4 1、有兩個相同材料的芯子（磁路無氣隙），所繞的線圈匝數(shù)相同， 通以相同的電流，磁路的平均長度l1 =l2 ， 截面S1 S 2，試用磁路的基爾霍

10、夫定律分析B1與B2 、 1與 2的大小。 2、一磁路如圖 13所示，圖中各段截面積不同，試列出磁通勢和磁位差平衡方程式。 圖 13 思考題 2 圖iuEN圖14 交流鐵芯線圈各電磁量參考方向 4.1 4.1 電壓、電流和磁通（一）電壓、電流和磁通（一）1. 電壓為正弦量電壓為正弦量 4 4 交流鐵芯線圈及等效電路交流鐵芯線圈及等效電路 mmmmmfNfNNEUtNtdtNdttdNtetudttdNdttdtetu44. 4222)2sin()sin(1)()()()()()()( 設(t)=msint, 則有 4.1 4.1 電壓、電流和磁通（二）電壓、電流和磁通（二）iOOSBlNiH

11、圖 15 B-H曲線與-i曲線 4.1 4.1 電壓、電流和磁通（三）電壓、電流和磁通（三）iti000t 圖 16 電流i的波形的求法 4.1 4.1 電壓、電流和磁通（四）電壓、電流和磁通（四）044. 40mmmmmIIfNjEUEUmImE.圖17 電壓、 電流相量圖 4.1 4.1 電壓、電流和磁通（五）電壓、電流和磁通（五）設線圈電流為 tItimsin)(000tii圖 18 i為正弦量時的波形 4.1 4.1 電壓、電流和磁通（六）電壓、電流和磁通（六）2. 電流為正弦量電流為正弦量鐵芯的磁滯損耗PZ和渦流損耗PW可分別由下式計算: )()(22WVBfKPWVfBKPmWWn

12、mZZWZFePPP4.2 4.2 磁滯和渦流的影響磁滯和渦流的影響UIaImIG0jB0圖19 考慮磁飽和、磁滯、渦流影響的等效電路4.3 4.3 交流鐵芯線圈的等效電路（一）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不考慮線圈電阻及漏磁通的情況EUmIEm.IaIUIjX0R0圖 20 圖 19的相量圖 圖21 串聯(lián)等效模型 mmaIIIUjBIUGI000,4.3 4.3 交流鐵芯線圈的等效電路（二）交流鐵芯線圈的等效電路（二） 將一個匝數(shù)N=100的鐵芯線圈接到電壓Us=220V的工頻正弦電源上, 測得線圈的電流I=4A, 功率P=100W。 不計線圈電阻及漏磁通,

13、 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。例例 2 2（一）（一）例例 2 2（二）（二）SjZjBGYjUIPIUjXRZWbfNUsm33000000031006.1810065. 248.8301818. 048.83551164.54245. 648.83554220100arccos4220arccos1091. 91005044. 422044. 4解解 由Us=4.44fNm得 ssmamssssCuFeFeLXIIfNjEUIjXIRdtdNdtdiLRiuiLPPRIPPIUU44. 424.3 4.3 交流鐵芯線圈的等效電路（三）交流鐵芯線圈的等

14、效電路（三）2. 考慮線圈電阻及漏磁通考慮線圈電阻及漏磁通 在例2中, 如考慮線圈電阻為1,漏磁電抗Xs=2, 試求主磁通產生的感應電動勢E及磁化電流Im。UEUaIEImIm.IRIXsjIRjXsaIjB0mIUUIRjXsjX0UUR0(a)(b)(c)G0圖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 例例 3 3（一）（一） 解解 原來不計R、Xs, 勵磁阻抗為Z0=6.245+j54.64, 按圖22(c),計入R=1, Xs=2后的勵磁阻抗為 000jXRZ31.849 .5964.52245. 5)264.54() 1245. 6(64.5424

15、5. 6)()(00000jjjXRZjXXjRRs例例 3 3（二）（二）AIEBIBSjZjBGYmm98. 36 .2111081.18,81.1810)81.18(10874. 131.849 .5211300330000得代入將EBIVIZEm006 .21149 .52例例 3 3（三）（三）0UU( I )Le( I )IUNLeIN圖 23 交流鐵芯線圈的伏安關系 LULe4.4 4.4 伏安特性和等效電感伏安特性和等效電感思考題（一）思考題（一） 1、將一個空心線圈先接到直流電源和交流電源上，然后在這個線圈在插入鐵心，如果交流電壓和直流電壓相等，分析這種情況下通過線圈的電流和

16、功率的大小，并說明理由。 2、將鐵心線圈接在直流電源上，當發(fā)生下列情況時，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，當發(fā)生上題中所述情況時，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、一臺變壓器在修理后，鐵心中出現(xiàn)較大氣隙，這對于鐵心的工作磁通以及空載電流有何影響？思考題（二）思考題（二）52072002010410422SBSBSBF5.1 5.1 直流電磁鐵直流電磁鐵FF鐵芯線圈銜鐵FF(a)(b)(c)圖2

17、4 電磁鐵的幾種結構形式(a) 馬蹄式； (b) 拍合式； (c) 螺管式 5 5 電電 磁磁 鐵鐵 如圖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鐵芯中的磁感應強度為1.6T, 試求線圈中電流和電磁吸力。 l2l1Il0l0S18 cm2l130 cml00.2 cmS28 cm2圖25 例4圖 例例 4 4（一）（一） 解解 查圖6, 鐵芯中磁感應強度B=1.6T時, 磁場強度H1=5300A/m。鐵芯中的磁通WbSB341111028. 11086 . 1氣隙和銜鐵中的磁通W

18、b331210152. 11028. 19 . 09 . 0不考慮氣隙的邊緣效應時, 氣隙和銜鐵中的磁感應強度為 TBB44. 110810152. 14320例例 4 4（二）（二）查圖 6銜鐵中的磁場強度為3500/m。氣隙中的磁場強度為mABH/10146. 1104744. 167000AlHlHlHNI6524102 . 010146. 12101035001030530022622002211線圈電流為 ANNII631. 140006524電磁鐵的吸力 NSBF132710108244.圈的磁勢例例 4 4（三）（三）交流電磁鐵由交流電勵磁, 設氣隙中的磁感應強度為 tBtBmsin)(0電磁鐵吸力為 )2cos1 (2sin22)()(02202020tSBtSBStBtfmm520200201024)2cos1 (21)(1SBSBdttSBTdttfTFm