第9章磁路與鐵心線圈

會計學1第9章磁路與鐵心線圈29.1磁場的基本物理量與鐵磁物質9.1.1磁場的基本物理量1.磁感應強度表示磁場內某點的磁場強弱和方向的物理量為磁感應強度，用B表示。它的方向可用右手螺旋定則來確定。如果磁場內各點的磁感應強度的大小相等，方向相同，這樣的磁場則稱為均勻磁場。在國際單位制(SI)中，磁感應強度的單位是特[斯拉](T)，常用單位還有高斯(Gs)，1T=104Gs第1頁/共31頁32.磁通磁感應強度(如果不是均勻磁場，則取B的平均值)與垂直于磁場方向的面積的乘積，稱為通過該面積的磁通，用Φ表示，即Φ=BS即磁感應強度在數(shù)值上可以看成為與磁場方向相垂直的單位面積所通過的磁通，又稱為磁通密度。國際單位制中，磁通的單位是韋伯(Wb)。1T也就是韋伯每平方米(Wb/m2)。第2頁/共31頁43.磁場強度磁場強度這個物理量，用H表示，磁場強度僅由產生磁場的電流決定，與磁介質性質無關。H=B/μ磁場強度的單位是安每米(A／m)，工程上常用安每厘米(A／cm)為單位。磁導率μ是用來衡量物質導磁性能的物理量，磁導率μ的國際單位制單位為亨/米(H/m)。第3頁/共31頁5

真空磁導率μ0

任意一種物質的磁導率μ和真空磁導率μ0的比值，稱為該物質的相對磁導率μr。第4頁/共31頁6

安培環(huán)路定律內容為在任何磁介質中，磁場強度H沿任意閉合曲線l的線積分等于穿過該閉合回線所圍面積的電流的代數(shù)和，表示式為∮Hdl=∑I∮Hdl是磁場強度H沿任意閉合曲線l的線積分；∑I是穿過該閉合曲線所圍面積的電流的代數(shù)和。求∑I時，電流方向與閉合曲線環(huán)繞方向之間符合右手螺旋定則的電流為正，反之為負。第5頁/共31頁7

如圖環(huán)形線圈，取磁通作為閉合回線，其方向作為回線的環(huán)繞方向。有

線圈內部半徑為x處各點的磁感應強度為

式中線圈匝數(shù)與電流的乘積NI稱為磁通勢，用字母F代表，單位是安[培]A，則有F=NI則即第6頁/共31頁89.1.2鐵磁物質的磁化磁性物質具有被磁化的特性是因為磁性物質其內部的特殊性。在磁性物質內部有許多小區(qū)域，由于磁性物質的分子間的作用力使每一區(qū)域顯示磁性；這些小區(qū)域稱為磁疇。在沒有外磁場的作用時，各個磁疇排列混亂，磁場互相抵消，對外就不顯示磁性，在外磁場作用下磁疇順外磁場方向轉向，顯示出磁性。第7頁/共31頁91.起始磁化曲線磁性物質由于磁化所產生的磁化磁場不會隨著外磁場的增強而無限地增強。當外磁場增大到一定值時，全部磁疇的磁場方向都轉向與外磁場的方向一致，這時磁化磁場的磁感應強度達到飽和值，即Bm。第8頁/共31頁102.磁滯回線當鐵心線圈中通有交變電流時，鐵心就受到交變磁化。在電流反復變化時，磁感應強度B隨磁場強度H而變化的關系所示。當H已減到零值時，但B并未回到零值，這種磁感應強度滯后于磁場強度變化的性質稱為磁性物質的磁滯性。如果要使鐵心的剩磁消失，通常改變線圈中勵磁電流的方向，也就是改變磁場強度H的方向來進行反向磁化，Hc稱為矯頑磁力。第9頁/共31頁113.基本磁化曲線對于不同的H值，鐵磁性物質有不同的磁滯回線，將各個不同H下的磁滯回線的正頂點連成的曲線稱為基本磁化曲線。

鐵磁性材料具有高導磁性、磁飽和性、剩磁性和磁滯性第10頁/共31頁12按磁性物質的磁性能，磁性材料可以分成：軟磁材料：又稱永磁材料，具有較小的矯頑磁力，磁滯回線較窄。一般用來制造電機、電器及變壓器等的鐵心。常用的有鑄鐵、硅鋼、坡莫合金及鐵氧體等。鐵氧體在電子技術中應用也很廣泛，可做計算機的磁心、磁鼓以及錄音機的磁帶、磁頭。第11頁/共31頁13硬磁材料：具有較大的矯頑磁力，磁滯回線較寬。一般用來制造永久磁鐵。常用的有碳鋼及鐵鎳鋁鈷合金等。矩磁材料：具有較小的矯頑磁力和較大的剩磁，磁滯回線接近矩形，穩(wěn)定性也良好。在計算機和控制系統(tǒng)中可用作記憶元件、開關元件和邏輯元件。常用的有鎂錳鐵氧體及1J51型鐵鎳合金等。第12頁/共31頁149.2

磁路及磁路定律9.2.1磁路電機、變壓器及各種鐵磁元件中常用磁性材料做成一定形狀的鐵心，鐵心的磁導率比周圍空氣或其他物質的磁導率大得多，因此磁通的絕大部分經過鐵心而形成一個閉合通路，這部分磁通稱為主磁通。經過鐵心而形成的閉合通路稱為磁路。第13頁/共31頁15磁通有少量經磁路周圍的物質而閉合，有些磁通不經過磁路而閉合，這些統(tǒng)稱為漏磁通。第14頁/共31頁16磁路特點鐵心中的磁場比周圍空氣中的磁場強得多；

在限定的區(qū)域內利用較小的電流獲得較強的磁場;主磁通遠遠大于漏磁通；

下頁上頁返回第15頁/共31頁17空心線圈磁場分布鐵心線圈磁場分布下頁上頁返回第16頁/共31頁18半封閉鐵心線圈磁場分布全封閉鐵心線圈磁場分布下頁上頁返回第17頁/共31頁199.2.2磁路的基爾霍夫第一定律Σφ=0磁路的任一節(jié)點所連各支路磁通的代數(shù)和等于零。9.2.3磁路的基爾霍夫第二定律在磁路的任一回路中，各段磁位差的代數(shù)和等于各磁通勢的代數(shù)和。第18頁/共31頁20應用磁路的基爾霍夫第二定律時，要選一環(huán)繞方向，當某段磁場強度的參考方向與環(huán)繞方向一致時，該段磁位差取正號，反之取負號；若勵磁電流的參考方向與環(huán)繞方向符合右手螺旋關系時，該磁通勢取正號，反之取負號。當選擇中心線的方向與鐵心中磁場方向一致時，每段磁路中心線的磁位差Um等于其磁場強度與長度的乘積，即Um=+Hl

，如選擇中心線的方向與磁場方向相反，則Um=-Hl。則∑Hl=∑NI第19頁/共31頁21設一段磁路的長為l，截面積為S，材料的磁導率為μ，磁通為φ

9.2.4磁路的歐姆定律令則磁阻的單位為1/亨（1/H）。第20頁/共31頁229.3恒定磁通、磁路的計算

磁路計算的問題可以分為兩類，一類是已知磁路的磁通及結構、尺寸、材料，計算所需的磁通勢，另一類是已知磁路的磁通勢及結構、尺寸、材料，計算磁路中的磁通。第21頁/共31頁239.3.1已知磁通求磁通勢（1）按材料、截面積將磁路進行分段，把材料相同、截面積相等的部分作為一段。（2）作出磁路的中心線，計算各段磁路的截面積和平均長度。第22頁/共31頁24（3）計算各段的磁感應強度，可分別按下列各式計算。B1=ΦS1，B2=ΦS2（4）根據(jù)各段磁路材料的磁化曲線B=f(H)，查出與B1，B2…相對應的磁場強度H1，H2…空氣隙磁場強度H0為H0=B0μ0=B04π×10-7≈0.8×106B0A/m（5）由磁路的基爾霍夫第二定律確定所需要的磁通勢，即∑F=∑NI=∑Hl第23頁/共31頁259.3.2已知磁通勢求磁通已知磁通勢求磁通時，如果對于無分支的均勻磁路，計算不復雜，若又有分支磁路又不均勻，計算就較復雜，詳細計算可參考有關資料，這里不再敘述。第24頁/共31頁269.4交流鐵芯線圈鐵心線圈分為直流鐵心線圈和交流鐵心線圈兩種，直流鐵心線圈中通過直流電來勵磁，因為勵磁電流是直流，產生的磁通是恒定的，在線圈中不會感應出電動勢來。在一定電壓下，線圈中的電流，只和線圈本身的電阻r有關，功率損耗也只有I2r。交流鐵心線圈中通入交流電來勵磁，它在電磁關系、電壓電流關系及功率損耗等幾個方面和直流鐵心線圈是不同的。第25頁/共31頁279.4.1交流鐵心線圈的電流、電壓及磁通

電源電壓u可分線圈電阻上的電壓ur=ri，漏磁通引起的漏磁感應電壓us與線圈感應電動勢e。前兩部分數(shù)值小，可忽略不計。第26頁/共31頁28設則電壓的有效值為

當電源頻率與線圈匝數(shù)一定時，鐵心中的主磁通與線圈電壓成正比。則第27頁/共31頁299.4.2磁滯損耗與渦流損耗在交流鐵心線圈中，除線圈電阻上有功率損耗I2r(銅損ΔPcu)外，還有處于交變磁化下的鐵心中的功率損耗，即鐵損ΔPFe。鐵損是由磁滯和渦流引起的。第28頁/共31頁30鐵損渦流損耗磁滯損耗由于渦流所產生的鐵損稱為渦流損耗Pe。當線圈中通有交流時，鐵心所產生的磁通也是交變的。因此，不僅要在線圈中產生感應電動勢，而且在鐵心內也要產生感應電動勢和感應電流，這種感應電流稱為渦流。渦流損耗也要引起鐵心發(fā)熱，為了減小渦流損耗，在順著磁場方向鐵心可由彼此絕緣的鋼片疊成。由于磁滯所產生的鐵損稱為磁滯損耗PF。交變磁化一周在鐵心的單位體積內所產生的磁滯損耗能量與磁滯回線所包圍的面積成正比。磁滯損耗要引起鐵心發(fā)熱，為了減小磁滯損耗，應選用磁滯回線狹小的軟磁性材料制造鐵心。第29頁/共31頁319.4.3交流鐵