磁路的基礎(chǔ)知識(shí)

關(guān)于磁路的基礎(chǔ)知識(shí)第1頁，共39頁，2022年，5月20日，14點(diǎn)16分，星期五磁現(xiàn)象第2頁，共39頁，2022年，5月20日，14點(diǎn)16分，星期五常見的磁感應(yīng)線第3頁，共39頁，2022年，5月20日，14點(diǎn)16分，星期五

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的大小用通過單位電流強(qiáng)度的單位長(zhǎng)度導(dǎo)線所受的力，B=F/IL來確定。＊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/㎡第4頁，共39頁，2022年，5月20日，14點(diǎn)16分，星期五磁路的基礎(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第5頁，共39頁，2022年，5月20日，14點(diǎn)16分，星期五

磁路的基礎(chǔ)知識(shí)

性質(zhì)二：B的大小用通過單位電流強(qiáng)度的單位長(zhǎng)度導(dǎo)線所受的力，B=F/IL來確定。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；第6頁，共39頁，2022年，5月20日，14點(diǎn)16分，星期五

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的磁通，故又稱磁通密度。磁通的單位是韋伯（Wb），簡(jiǎn)稱韋。第7頁，共39頁，2022年，5月20日，14點(diǎn)16分，星期五

磁路的基礎(chǔ)知識(shí)

3、磁導(dǎo)率（μ）磁導(dǎo)率μ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μ0=4π×10?-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μr表示。μ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μ=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)，以通過磁性材料的磁通密度是10,000倍。第8頁，共39頁，2022年，5月20日，14點(diǎn)16分，星期五

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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/μ。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)，而與無關(guān)磁介質(zhì)的導(dǎo)磁率，它的單位是安/米（A/m）。第9頁，共39頁，2022年，5月20日，14點(diǎn)16分，星期五

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，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)。第10頁，共39頁，2022年，5月20日，14點(diǎn)16分，星期五

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μ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μ值?。ń咏谡婵盏膶?dǎo)磁率）。第11頁，共39頁，2022年，5月20日，14點(diǎn)16分，星期五

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鐵磁材料的應(yīng)用：鐵磁材料是制造變壓器、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。第12頁，共39頁，2022年，5月20日，14點(diǎn)16分，星期五

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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。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。非鐵磁材料沒有磁疇結(jié)構(gòu)，不具有磁化特性。磁化前磁化后磁化過程第13頁，共39頁，2022年，5月20日，14點(diǎn)16分，星期五

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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。第14頁，共39頁，2022年，5月20日，14點(diǎn)16分，星期五

磁路的基礎(chǔ)知識(shí)由圖可見，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)到磁化前雜亂無章的狀態(tài)，這部分稱為剩磁，用Br表示。第15頁，共39頁，2022年，5月20日，14點(diǎn)16分，星期五

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，它表示鐵磁材料反抗退磁的能力。第16頁，共39頁，2022年，5月20日，14點(diǎn)16分，星期五

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。第17頁，共39頁，2022年，5月20日，14點(diǎn)16分，星期五

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。第18頁，共39頁，2022年，5月20日，14點(diǎn)16分，星期五

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，一般用于有交變磁場(chǎng)的場(chǎng)合，如用來制造鎮(zhèn)流器、變壓器、電動(dòng)機(jī)的鐵芯。常見的軟磁材料有純鐵、硅鋼、合金材料等。第19頁，共39頁，2022年，5月20日，14點(diǎn)16分，星期五

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）。常見的硬磁材料有碳鋼、鈷鋼、鐵鎳鋁鈷合金等。第20頁，共39頁，2022年，5月20日，14點(diǎn)16分，星期五

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）和開關(guān)元件（聲控開關(guān)、光控開關(guān)）。第21頁，共39頁，2022年，5月20日，14點(diǎn)16分，星期五

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)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)，這種磁通集中通過的路徑便稱為磁路。第22頁，共39頁，2022年，5月20日，14點(diǎn)16分，星期五

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。第23頁，共39頁，2022年，5月20日，14點(diǎn)16分，星期五

磁路的基礎(chǔ)知識(shí)

2、磁路的歐姆定律在線圈中通入電流I時(shí)，在鐵芯中就會(huì)有磁通?通過。鐵芯中的磁通必與通過線圈的電流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μ成正比。

?為磁通μ為導(dǎo)磁率

I為流過的電流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

第24頁，共39頁，2022年，5月20日，14點(diǎn)16分，星期五

磁路的基礎(chǔ)知識(shí)?為磁通μ為導(dǎo)磁率I為流過的電流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

第25頁，共39頁，2022年，5月20日，14點(diǎn)16分，星期五

磁路的基礎(chǔ)知識(shí)磁路與電路的類似處第26頁，共39頁，2022年，5月20日，14點(diǎn)16分，星期五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。在交變磁通IN的作用下產(chǎn)生交變磁通，其絕大部分通過鐵芯，稱為主磁通?，其余小部分從附近空氣中通過，稱為漏磁通?δ。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eδ,由基爾霍夫電壓定律得它們之間的關(guān)系為:u=Ri-e-eδ第27頁，共39頁，2022年，5月20日，14點(diǎn)16分，星期五交流鐵芯線圈電路u=Ri-e-eδ在式中由于線圈電阻上的電壓降Ri和漏磁通?δ產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)式eδ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=4.44fN?m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）。第28頁，共39頁，2022年，5月20日，14點(diǎn)16分，星期五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。第29頁，共39頁，2022年，5月20日，14點(diǎn)16分，星期五

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。第30頁，共39頁，2022年，5月20日，14點(diǎn)16分，星期五2、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。第31頁，共39頁，2022年，5月20日，14點(diǎn)16分，星期五為了減小渦流，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。第32頁，共39頁，2022年，5月20日，14點(diǎn)16分，星期五三、電磁