第3章磁路与铁心线圈电路

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第3章磁路与铁心线圈电路

电工电子教研室

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第3章磁路与铁心线圈电路3.1 磁路及其分析方法 3.2 交流铁心线圈电路 3.3 变压器 3.4 电磁铁

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第3章磁路与铁心线圈电路本章要求：本章要求：1. 理解磁场的基本物理量的意义，了解磁性材料的理解磁场的基本物理量的意义，基本知识及磁路的基本定律，基本知识及磁路的基本定律，会分析计算交流铁心线圈电路；心线圈电路； 2. 了解变压器的基本结构、工作原理、运行特性和了解变压器的基本结构、工作原理、绕组的同极性端，理解变压器额定值的意义；绕组的同极性端，理解变压器额定值的意义； 3. 掌握变压器电压、电流和阻抗变换作用；掌握变压器电压、电流和阻抗变换作用； 4. 了解电磁铁的基本工作原理及其应用知识。了解电磁铁的基本工作原理及其应用知识。

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在很多电工设备(像变压器、电机、在很多电工设备(像变压器、电机、电磁铁电工测量仪器等) 不仅有电路的问题，工测量仪器等)中，不仅有电路的问题，同时还有磁路的问题。磁路的问题。只有同时掌握了电路和磁路的基本理才能对以上电工设备进行全面分析。论，才能对以上电工设备进行全面分析。磁路和电路往往是相关的，磁路和电路往往是相关的，因此在这里要研究磁路和电路的关系以及磁和电的关系。磁路和电路的关系以及磁和电的关系。本章结合磁路和铁心线圈电路的分析，本章结合磁路和铁心线圈电路的分析，讨论变压器和电磁铁的工作原理，作为应用实例。压器和电磁铁的工作原理，作为应用实例。在电机、在电机、变压器及各种铁磁元件中常用磁性材料做成一定形状的铁心。料做成一定形状的铁心。铁心的磁导率比周围空气或其它物质的磁导率高的多，或其它物质的磁导率高的多，磁通的绝大部分经过铁心形成闭合通路，磁通的闭合路径称为磁路。铁心形成闭合通路，磁通的闭合路径称为磁路。章目录上一页下一页返回退出

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3.1 磁路及其分析方法 3.1.1. 磁路的基本概念线圈通入电流后，线圈通入电流后，产生磁通，生磁通，分主磁通和漏磁通。磁通。

iu1线圈

Φs

Φ :主磁通 Φs :漏磁通铁心

(导磁性能好的磁性材料) 的磁性材料)

磁路：主磁通所经过的闭合路径。磁路：主磁通所经过的闭合路径。章目录上一页下一页返回退出

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四极直流电机和交流接触器的磁路If + N S N S _

直流电机的磁路

交流接触器的磁路章目

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3.1.2 磁路计算中的基本物理量(磁通密度) 一、磁感应强度磁通密度)与磁场方向相垂直的单位面积上通过的磁通( 与磁场方向相垂直的单位面积上通过的磁通(磁力线) 力线)

Φ B = S

B 的单位：特斯拉(Tesla) 的单位：特斯拉( )1 Tesla = 104 高斯

单位：韦伯单位：

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二、磁导率 µ :表征各种材料导磁能力的物理量真空中的磁导率( 真空中的磁导率

µ 0 )为常数为常数7

µ 0 = 4π ×10一般材料的磁导率

(亨/米) 米

和真空中的磁导率之比，和真空中的磁导率之比，

称为这种材料的相对磁导率

µr

µ µr = µ0

,则称为磁性材料

µ r ≈ 1 ,则称为非磁性材料章目录上一页下一页返回退出

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磁性材料的磁性能：磁性材料的磁性能：B (Φ )

µ大 µ小H (I)

H 2. 磁饱和性 3. 磁滞性

1. 非线性

根据磁性能，磁性材料又可分为三种：软磁材料( 根据磁性能，磁性材料又可分为三种：软磁材料(磁滞回线窄长。常用做磁头、磁心等)、永磁材料( )、永磁材料滞回线窄长。常用做磁头、磁心等)、永磁材料(磁滞回线宽。常用做永久磁铁)、矩磁材料( )、矩磁材料滞回线宽。常用做永久磁铁)、矩磁材料(滞回线接近矩形。可用做记忆元件)。线接近矩形。可用做记忆元件)。章目录上一页下一页返回退出

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三、磁场强度 H磁场强度是计算磁场所用的物理量，磁场强度是计算磁场所用的物理量，其大小为磁感应强度和导磁率之比。感应强度和导磁率之比。

H =单位：单位：

B :特斯拉米 µ :亨/米

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3.1.3 磁路的分析方法安培环路定律(全电流律): 一. 安培环路定律(全电流律):磁场中任何闭合回路磁场强度的线积分,等于通磁场中任何闭合回路磁场强度的线积分等于通过这个闭合路径内电流的代数和. 过这个闭合路径内电流的代数和

H dl = Σ I ∫电流方向和磁场强度的方向符合右手定则，电流取正；符合右手定则，电流取正；否则取负。否则取负。

I2 I1

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在无分支的均匀磁路(磁路的材料和截面积相同，在无分支的均匀磁路(磁路的材料和截面积相同，各处的磁场强度相等) 安培环路定律可写成：各处的磁场强度相等)中，安培环路定律可写成：

NI = HLNI:称为磁动势。一般：称为磁动势。表示。用 F 表示。 F=NI HL:称为磁压降。 :称为磁压降。章目录上一页下一页返回退出

线圈匝数N 匝数 I

磁路长度L 长度

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在非均匀磁路(磁路的材料或截面积不同，在非均匀磁路(磁路的材料或截面积不同，或磁场强度不等) 总磁动势等于各段磁压降之和。强度不等)中，总磁动势等于各段磁压降之和。

∑总磁动势

NI =

∑ HLΦI

例：

NI = HµIµ + H 0l0章目录上一页下一页返回

lµ退出

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二. 磁路的欧姆定律：磁路的欧姆定律：对于均匀磁路

φ NI = HL = L = L µ SµB令：

I N

S L

Rm =

µs

Rm 称为磁阻磁路中的欧姆定律

则：

φ F = NI = L = Rmφ Sµ

是非线性的，注：由于磁性材料 µ 是非线性的，磁路欧姆定律多用作定性分析，不做定量计算。分析，不做定量计算。章目录上一页下一页返回章目录上一页下一页

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磁路和电路的比较( 磁路和电路的比较(一)Φ

磁动势

磁通

磁压降

磁路

I N

F = IN

Φ电流

电路

电动势U R

电压降

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磁路与电路的比较 (二) 二磁路 I基本定律磁阻磁感应强度安培环路定律

ΦN

F ∑ NI l Φ Φ= Rm = B= Rm µS S = ∑ HL欧姆定律电阻电流强度克氏电压定律

∑Φ=0克氏电流定律

电路 I + _E R

∑E l E I R= I= ρS J = = ∑U R S

∑= 0

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3.1.4 磁路的分析励磁电流：励磁电流：在磁路中用来产生磁通的电流直流 ------- 直流磁路交流 ------- 交流磁路直流磁路磁路分析交流磁路

励磁电流

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一. 直流磁路的分析

U 直流磁路的特点: 直流磁路的特点 I = 为线圈的电阻) (R 为线圈的电阻) R Φ I 一定 U 一定 I(线圈中没有反电动势) 线圈中没有反电动势) 磁动势 F=IN 一定磁通和磁阻成反比( = F Φ 直流磁路和电路中的恒压源类似直流磁路中直流电路中 F 固定 U

)

Φ=F

Rm Φ 随 Rm 变化

I =E

E 固定

R I 随 R 变化章目录上一页下一页返回

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二. 交流磁路的分析交流激励线圈中产生感应电势电路方程：电路方程：

i u

ΦΦ σ

Φ和 σ 产生 Φ的感应电势

u = uR + ( el ) + ( eσ ) dΦ ≈ Ri + N dt一般情况下

eL eσΦ :主磁通 Φ :漏磁通 σ

uR 很小退出

dΦ u ≈N dt章目录上一页下一页返回

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i u

ΦΦ σ

dΦ u ≈N dt假设则

eL eσ

= Φ sin ω t m= 2π fN Φ cos ω t m

u ≈ N Φ ω cos ω t m

最大值

U m ≈ 2π fN Φ m

有效值

Um U = ≈ 4 . 44 fN Φ m 2章目录上一页下一页返回退出

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i u

ΦΦ σeL

U ≈ 4 . 44 f N Φ m交流磁路的特点: 交流磁路的特点当外加电压U、当外加电压、频率 f 与线圈匝数N一定时，线圈匝数一定时， m 便一定时 Φ 确定下来。确定下来。根据磁路欧姆定律 IN

eσ

= ΦRm ,当Φ m

一定时

磁动势IN随磁阻 Rm 的变化而变化。一定时磁动势随磁阻的变化而变化。交流磁路和电路中的恒流源类似

F =ΦRm 直流电路中：直流电路中： U = IS R直流磁路中：直流磁路中：

固定 Φ

IS固定

U 随 R 变化

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