磁路與鐵心線圈

磁路與鐵心線圈1第1頁，課件共31頁，創(chuàng)作于2023年2月9.1磁場的基本物理量與鐵磁物質(zhì)9.1.1磁場的基本物理量1.磁感應(yīng)強度表示磁場內(nèi)某點的磁場強弱和方向的物理量為磁感應(yīng)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(nèi)各點的磁感應(yīng)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(yīng)強度的單位是特[斯拉](T)，常用單位還有高斯(Gs)，1T=104Gs2第2頁，課件共31頁，創(chuàng)作于2023年2月2.磁通磁感應(yīng)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(yīng)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)。3第3頁，課件共31頁，創(chuàng)作于2023年2月3.磁場強度磁場強度這個物理量，用H表示，磁場強度僅由產(chǎn)生磁場的電流決定，與磁介質(zhì)性質(zhì)無關(guān)。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(dǎo)率μ是用來衡量物質(zhì)導(dǎo)磁性能的物理量，磁導(dǎo)率μ的國際單位制單位為亨/米(H/m)。4第4頁，課件共31頁，創(chuàng)作于2023年2月真空磁導(dǎo)率μ0任意一種物質(zhì)的磁導(dǎo)率μ和真空磁導(dǎo)率μ0的比值，稱為該物質(zhì)的相對磁導(dǎo)率μr。5第5頁，課件共31頁，創(chuàng)作于2023年2月

安培環(huán)路定律內(nèi)容為在任何磁介質(zhì)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。6第6頁，課件共31頁，創(chuàng)作于2023年2月如圖環(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(nèi)部半徑為x處各點的磁感應(yīng)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7第7頁，課件共31頁，創(chuàng)作于2023年2月9.1.2鐵磁物質(zhì)的磁化磁性物質(zhì)具有被磁化的特性是因為磁性物質(zhì)其內(nèi)部的特殊性。在磁性物質(zhì)內(nèi)部有許多小區(qū)域，由于磁性物質(zhì)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(zhuǎn)向，顯示出磁性。8第8頁，課件共31頁，創(chuàng)作于2023年2月1.起始磁化曲線磁性物質(zhì)由于磁化所產(chǎn)生的磁化磁場不會隨著外磁場的增強而無限地增強。當(dāng)外磁場增大到一定值時，全部磁疇的磁場方向都轉(zhuǎn)向與外磁場的方向一致，這時磁化磁場的磁感應(yīng)強度達到飽和值，即Bm。9第9頁，課件共31頁，創(chuàng)作于2023年2月2.磁滯回線當(dāng)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(fù)變化時，磁感應(yīng)強度B隨磁場強度H而變化的關(guān)系所示。當(dāng)H已減到零值時，但B并未回到零值，這種磁感應(yīng)強度滯后于磁場強度變化的性質(zhì)稱為磁性物質(zhì)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。10第10頁，課件共31頁，創(chuàng)作于2023年2月3.基本磁化曲線對于不同的H值，鐵磁性物質(zhì)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(dǎo)磁性、磁飽和性、剩磁性和磁滯性11第11頁，課件共31頁，創(chuàng)作于2023年2月按磁性物質(zhì)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(shù)中應(yīng)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。12第12頁，課件共31頁，創(chuàng)作于2023年2月硬磁材料：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(guān)元件和邏輯元件。常用的有鎂錳鐵氧體及1J51型鐵鎳合金等。13第13頁，課件共31頁，創(chuàng)作于2023年2月9.2

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(dǎo)率比周圍空氣或其他物質(zhì)的磁導(dǎo)率大得多，因此磁通的絕大部分經(jīng)過鐵心而形成一個閉合通路，這部分磁通稱為主磁通。經(jīng)過鐵心而形成的閉合通路稱為磁路。14第14頁，課件共31頁，創(chuàng)作于2023年2月磁通有少量經(jīng)磁路周圍的物質(zhì)而閉合，有些磁通不經(jīng)過磁路而閉合，這些統(tǒng)稱為漏磁通。15第15頁，課件共31頁，創(chuàng)作于2023年2月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(nèi)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16第16頁，課件共31頁，創(chuàng)作于2023年2月空心線圈磁場分布鐵心線圈磁場分布下頁上頁返回17第17頁，課件共31頁，創(chuàng)作于2023年2月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18第18頁，課件共31頁，創(chuàng)作于2023年2月9.2.2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。19第19頁，課件共31頁，創(chuàng)作于2023年2月應(yīng)用磁路的基爾霍夫第二定律時，要選一環(huán)繞方向，當(dāng)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(guān)系時，該磁通勢取正號，反之取負號。當(dāng)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=∑NI20第20頁，課件共31頁，創(chuàng)作于2023年2月設(shè)一段磁路的長為l，截面積為S，材料的磁導(dǎo)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）。21第21頁，課件共31頁，創(chuàng)作于2023年2月9.3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(jié)構(gòu)、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(jié)構(gòu)、尺寸、材料，計算磁路中的磁通。22第22頁，課件共31頁，創(chuàng)作于2023年2月9.3.1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。23第23頁，課件共31頁，創(chuàng)作于2023年2月（3）計算各段的磁感應(yīng)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(yīng)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=∑Hl24第24頁，課件共31頁，創(chuàng)作于2023年2月9.3.2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(fù)雜，若又有分支磁路又不均勻，計算就較復(fù)雜，詳細計算可參考有關(guān)資料，這里不再敘述。25第25頁，課件共31頁，創(chuàng)作于2023年2月9.4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(chǎn)生的磁通是恒定的，在線圈中不會感應(yīng)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(guān)，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(guān)系、電壓電流關(guān)系及功率損耗等幾個方面和直流鐵心線圈是不同的。26第26頁，課件共31頁，創(chuàng)作于2023年2月9.4.1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(yīng)電壓us與線圈感應(yīng)電動勢e。前兩部分數(shù)值小，可忽略不計。27第27頁，課件共31頁，創(chuàng)作于2023年2月設(shè)則電壓的有效值為當(dāng)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28第28頁，課件共31頁，創(chuàng)作于2023年2月9.4.2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。29第29頁，課件共31頁，創(chuàng)作于2023年2月鐵損渦流損耗磁滯損耗由于渦流所產(chǎn)生的鐵損稱為渦流損耗Pe。當(dāng)線圈中通有交流時，鐵心所產(chǎn)生的磁通也是交變的。因此，不僅要在線圈中產(chǎn)生感應(yīng)電動勢，而且在鐵心內(nèi)也要產(chǎn)生感應(yīng)電動勢和感應(yīng)電流，這種感應(yīng)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(chǎn)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(nèi)所產(chǎn)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(yīng)選用磁滯回線狹小的軟磁性材料制造鐵心。30第30頁，課件共31頁，創(chuàng)作于2023年2月9.4.3