第8章磁路與鐵芯線圈

第8章磁路與鐵心線圈學(xué)習(xí)目標(biāo)與要求：（1）了解磁路的概念；（2）了解磁路歐姆定律、磁路KCL、KVL；（3）了解起始磁化曲線、磁滯回線、基本磁化曲線；（4）了解正弦電壓作用下電壓與頻率、磁通的關(guān)系，正弦電壓作用下磁通和電流的波形，正弦電流作用下磁通與電壓的波形，磁滯損耗、渦流損耗、鐵心損耗的概念。（5）了解變壓器的變壓比、變流比，及變壓器阻抗變換的意義。第8章磁路與鐵心線圈8．1磁路及磁路基本定律（1）主磁通在圖8．1中，當(dāng)線圈中通以電流后，沿鐵心、銜鐵和工作氣隙構(gòu)成回路的這部分磁通稱為主磁通，占總磁通的絕大部分。（2）漏磁通指沒(méi)有經(jīng)過(guò)工作氣隙和銜鐵，而經(jīng)空氣自成回路的這部分磁通稱為漏磁通。（3）磁路磁通經(jīng)過(guò)的閉合路徑稱為磁路。磁路也像電路一樣，分為有分支磁路（如圖8．2所示）和無(wú)分支磁路（如圖8．1示）。在無(wú)分支磁路中，通過(guò)每一個(gè)橫截面的磁通都相等。變壓器、直流電機(jī)及電器鐵心構(gòu)成的磁路如圖8．3所示。1．磁路的概念第8章磁路與鐵心線圈2．磁路中的基本定律8．1磁路及磁路基本定律（1）磁路歐姆定律

式中，Φ：為磁通（對(duì)應(yīng)于電流），單位韋伯（Wb）；F=NI：為磁通勢(shì)（對(duì)應(yīng)于電動(dòng)勢(shì)），單位安（A）；Rm：磁阻（對(duì)應(yīng)于電阻），單位（亨）-1（1/H）。式中：l、μ、A分別為磁路長(zhǎng)度、磁路截面積及鐵磁材料的磁導(dǎo)率。lφIN第8章磁路與鐵心線圈磁路與電路的對(duì)應(yīng)關(guān)系電路磁路電流I磁通電阻磁阻電阻率磁導(dǎo)率電動(dòng)勢(shì)E磁通率電路歐姆定律磁路歐姆定律8．1磁路及磁路基本定律第8章磁路與鐵心線圈（2）全電流定律根據(jù)磁路歐姆定律：,,代入上式得：即

又因?yàn)?，所以?/p>

或

表明，磁路中磁場(chǎng)強(qiáng)度H與磁路的平均長(zhǎng)度l的乘積，在數(shù)值上等于磁場(chǎng)的磁通勢(shì)，稱為全電流定律。磁場(chǎng)強(qiáng)度

H與磁路平均長(zhǎng)l的乘積，又稱磁位差，用符號(hào)Um表示：8．1磁路及磁路基本定律第8章磁路與鐵心線圈（3）基爾霍夫磁通定律8．1磁路及磁路基本定律任取一閉合面，根據(jù)磁通連續(xù)性原理，進(jìn)入閉合面的磁通，必等于流出閉合面的磁通，即穿過(guò)閉合面的磁通的代數(shù)和為零，此稱基爾霍夫磁通定律。

即

Iφ1φ3φ2有分支磁路第8章磁路與鐵心線圈（4）基爾霍夫磁位差定律8．1磁路及磁路基本定律分段計(jì)算：圖8．4所示磁路可分為三段：上面為I形、下段為空氣隙。設(shè)其截面及長(zhǎng)度分別為A1、

A2、

l1、

l2，氣隙長(zhǎng)度為

l3。根據(jù)全電流定律

推廣到任意磁路中有若將磁通勢(shì)表示為磁位降（磁位差）方向，也可寫成當(dāng)勵(lì)磁電流為直流時(shí)，磁路中產(chǎn)生恒定磁通，此磁路稱為恒定磁通磁路，當(dāng)勵(lì)磁電流為交流時(shí)，產(chǎn)生交變磁通，此稱為交變磁通磁路。第8章磁路與鐵心線圈變壓器8．2鐵磁性物質(zhì)的磁化案例8．1變壓器中有硅鋼片疊成的鐵心，電機(jī)的繞組是嵌放在由硅鋼片疊成的鐵心槽內(nèi)。在第3章中我們已經(jīng)介紹，硅鋼片是高導(dǎo)磁率（磁阻低）的鐵磁性材料，能使磁通絕大部分通過(guò)由硅鋼片疊成的鐵心而形成閉合回路。鐵磁性物質(zhì)是如何被磁化？還具有哪些特性？電機(jī)第8章磁路與鐵心線圈1．鐵磁性物質(zhì)的磁化8．2鐵磁性物質(zhì)的磁化磁疇：磁性小區(qū)域所，每一個(gè)磁疇相當(dāng)于一個(gè)小磁鐵。鐵磁性物質(zhì)被磁化的性能，廣泛地應(yīng)用于電子和電氣設(shè)備中。例如，變壓器、繼電器、電機(jī)等，采用相對(duì)磁導(dǎo)率高的鐵磁性物質(zhì)作為繞組的鐵心，可使同樣容量的變壓器、繼電器和電機(jī)的體積大大縮小，重量大大減輕；半導(dǎo)體收音機(jī)的天線線圈繞在鐵氧體磁棒上，可以提高收音機(jī)的靈敏度。

鐵心鐵氧體磁棒動(dòng)畫第8章磁路與鐵心線圈磁化過(guò)程第8章磁路與鐵心線圈8．2鐵磁性物質(zhì)的磁化2．磁化曲線鐵磁物質(zhì)的B隨H而變化的曲線稱為磁化曲線，又稱B—H曲線。

OBH123aB—H曲線分為三段：

1）起始磁化段(曲線的0～1段)

2）直線段（曲線的1～2段

3）飽和段（曲線的2～3段）

第8章磁路與鐵心線圈8．2鐵磁性物質(zhì)的磁化3．磁滯回線（1）剩磁Br

（2）矯頑磁力Hc

（3）磁滯現(xiàn)象

（4）磁滯損耗

第8章磁路與鐵心線圈8．3交流鐵心線圈1．交流鐵心線圈中電壓與磁通的關(guān)系電壓u與磁通Φ之間的關(guān)系為：設(shè)

則有：

由此可知：當(dāng)鐵心線圈上加以正弦交流電壓時(shí)，鐵心線圈中的磁通也是按正弦規(guī)律變化，在相位上，電壓超前于磁通90°，在數(shù)值上，端電壓有效值

式中

所以

lφINu圖8.10鐵心線圈第8章磁路與鐵心線圈2．交流鐵心線圈中磁通與電流的關(guān)系8．3交流鐵心線圈當(dāng)鐵心線圈加正弦電壓，鐵心中的磁通也按正弦規(guī)律變化，線圈中的電流i怎樣變化呢?由于Φ與B成正比，i與H成正比，故得Φ—i

曲線也為非線性關(guān)系。

BHOOφi第8章磁路與鐵心線圈8．3交流鐵心線圈3．交流鐵心線圈中的鐵心損耗在交變磁通作用下，鐵心中有能量損耗，稱為鐵損。鐵損主要由兩部分組成：（1）渦流損耗

鐵心中的交變磁通Φ(t)，在鐵心中感應(yīng)出電壓，由于鐵心也是導(dǎo)體，便產(chǎn)生一圈圈的電流，稱之為渦流。渦流在鐵心內(nèi)流動(dòng)時(shí)，在所經(jīng)回路的導(dǎo)體電阻上產(chǎn)生的能量損耗,稱為渦流損耗。

第8章磁路與鐵心線圈減少渦流損耗的途徑有兩種：

一是減小鐵片厚度，通常采用表面有絕緣層的薄鋼片疊裝成鐵心；

二是提高鐵心材料的電阻率，通常采用摻雜的方法來(lái)提高材料的電阻率，如在鐵中加入少量的硅能使其電阻率大大提高。

8．3交流鐵心線圈疊放直流電機(jī)第8章磁路與鐵心線圈8．3交流鐵心線圈電磁灶高頻感應(yīng)爐渦流能否被利用？第8章磁路與鐵心線圈（2）磁滯損耗

8．3交流鐵心線圈磁滯損耗是在克服各種阻滯作用而消耗的那部分能量。磁滯損耗的能量轉(zhuǎn)換為熱能而使鐵磁材料發(fā)熱。

減少磁滯損耗有兩條途徑：一是提高材料的起始磁導(dǎo)率；二是減小剩磁Bb。

第8章磁路與鐵心線圈8．4電磁鐵與變壓器8．4．1電磁鐵1．電磁鐵的工作原理與典型結(jié)構(gòu)電磁鐵是利用載流鐵心線圈產(chǎn)生的電磁吸力來(lái)操縱機(jī)械裝置，以完成預(yù)期動(dòng)作的一種電器。它是將電能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能的一種電磁元件。

電磁鐵主要由線圈、鐵心及銜鐵三部分組成，鐵心和銜鐵一般用軟磁材料制成。

請(qǐng)點(diǎn)擊上圖第8章磁路與鐵心線圈電磁鐵第8章磁路與鐵心線圈電磁鐵的結(jié)構(gòu)形式很多，如圖8．13所示。按磁路系統(tǒng)形式可分為拍合式、盤式、E形和螺管式。

8．4電磁鐵與變壓器第8章磁路與鐵心線圈8．4電磁鐵與變壓器2．電磁鐵的分類按用途分類，電磁鐵可分為牽引電磁鐵、制動(dòng)電磁鐵、起重電磁鐵及其他類型的專用電磁鐵。

螺管式牽引電磁鐵

制動(dòng)電磁鐵起重電磁鐵第8章磁路與鐵心線圈8．4．2變壓器8．4電磁鐵與變壓器1．變壓器的用途與組成第8章磁路與鐵心線圈2．變壓器的工作原理與電源相聯(lián)的稱為一次繞組（又稱原邊繞組）,與負(fù)載相聯(lián)的稱為二次繞組（又稱副邊繞組）。一次繞組、二次繞組的匝數(shù)分別為和。（1）變壓器的變壓比變壓器中一、二次繞組的電壓之比為lφI1N1N2U1E1U2E2I2ZL第8章磁路與鐵心線圈（2）變壓器的變流比變壓器中一、二次繞組的電流之比為：

即變壓器一、二次繞組的電流與繞組的匝數(shù)成反比。

（3）變壓器的阻抗變換上述兩式相比，可得

即第8章磁路與鐵心線圈本章小結(jié)1．磁路是指磁通經(jīng)過(guò)的路徑，通過(guò)閉合的鐵心的大部分磁通稱為主磁通，經(jīng)空氣自成回路的磁通稱為漏磁通。

2．磁路中基本定律有：磁路歐姆定律：

全電流定律：

基爾霍夫磁通定律：

基爾霍夫磁位差定律：

3．鐵磁性物質(zhì)受磁場(chǎng)作用而具有磁性的現(xiàn)象稱為該物質(zhì)被磁化。只有鐵磁性物質(zhì)才能被磁化。鐵磁性物質(zhì)被磁化的過(guò)程可用磁化曲線來(lái)表示，不同的鐵磁性物質(zhì)，具有不同的磁化曲線。

第8章磁路與鐵心線圈4．當(dāng)鐵磁性物質(zhì)工作在交變的磁