電工基礎(chǔ)單元10

1、10 磁路及鐵心線圈磁路及鐵心線圈單元小結(jié)單元小結(jié)10.310.3 磁路基本原理磁路基本原理10.210.2 磁路元器件及特性磁路元器件及特性10.1 10.1 磁路形成基礎(chǔ)磁路形成基礎(chǔ)10.410.4 磁路應(yīng)用分析方法與過程磁路應(yīng)用分析方法與過程10.510.5 應(yīng)用案例應(yīng)用案例- -電磁鐵電磁鐵10.1 磁路形成基礎(chǔ)磁路形成基礎(chǔ)1.1.磁場中的基本物理量磁場中的基本物理量（1 1）磁感應(yīng)強(qiáng)度：表示磁場中某點(diǎn)磁場強(qiáng)弱和方向的物理量）磁感應(yīng)強(qiáng)度：表示磁場中某點(diǎn)磁場強(qiáng)弱和方向的物理量 lBIF【特（特（T T）】 （2 2）磁通：某一面積）磁通：某一面積S S的磁感應(yīng)強(qiáng)度的磁感應(yīng)強(qiáng)度B B的通量

2、的通量 ssdSBd如果磁場均勻且磁場方向垂直于如果磁場均勻且磁場方向垂直于S S面，則面，則 BS（3 3）磁導(dǎo)率：表示磁場中介質(zhì)導(dǎo)磁性能的一個(gè)物理量，用）磁導(dǎo)率：表示磁場中介質(zhì)導(dǎo)磁性能的一個(gè)物理量，用表示表示 真空的磁導(dǎo)率是常數(shù)，用真空的磁導(dǎo)率是常數(shù)，用0表示，其值為表示，其值為 70410/H m相對磁導(dǎo)率：相對磁導(dǎo)率：物質(zhì)的磁導(dǎo)率與物質(zhì)的磁導(dǎo)率與 的比值，用的比值，用 表示表示 0r0r（4 4）磁場強(qiáng)度：磁感應(yīng)強(qiáng)度與該處媒質(zhì)的磁導(dǎo)率的比值）磁場強(qiáng)度：磁感應(yīng)強(qiáng)度與該處媒質(zhì)的磁導(dǎo)率的比值 BH10.1 磁路形成基礎(chǔ)磁路形成基礎(chǔ)2. 2. 磁場的基本定律磁場的基本定律 （1 1）磁通連續(xù)性

3、原理：磁力線都是沒有起止的閉合曲線，穿）磁通連續(xù)性原理：磁力線都是沒有起止的閉合曲線，穿入任一封閉曲面的磁力線總數(shù)必定等于穿出該曲面的磁力線總?cè)肴我环忾]曲面的磁力線總數(shù)必定等于穿出該曲面的磁力線總數(shù)，即穿入磁場中任一封閉曲面的磁通恒等于零。用式子表示數(shù)，即穿入磁場中任一封閉曲面的磁通恒等于零。用式子表示為為 0sdSB（2 2）全電流定律）全電流定律 ：磁場強(qiáng)度矢量沿任一閉合回線的線積分等：磁場強(qiáng)度矢量沿任一閉合回線的線積分等于該閉合加線所包圍的全部電流的代數(shù)和。表達(dá)式為于該閉合加線所包圍的全部電流的代數(shù)和。表達(dá)式為 lH dII 電流電流I I當(dāng)其方向與閉合回線的方向符合右手螺旋定則時(shí)取正，

4、當(dāng)其方向與閉合回線的方向符合右手螺旋定則時(shí)取正，反之則取負(fù)。反之則取負(fù)。 10.1 磁路形成基礎(chǔ)磁路形成基礎(chǔ)10.2 磁路元器件及特性磁路元器件及特性 1. 1. 鐵磁物質(zhì)的磁化與磁化曲線鐵磁物質(zhì)的磁化與磁化曲線 （1 1）鐵磁物質(zhì)的磁化）鐵磁物質(zhì)的磁化 磁疇理論指出，在鐵磁物質(zhì)中，存在著許多自發(fā)磁化的小區(qū)磁疇理論指出，在鐵磁物質(zhì)中，存在著許多自發(fā)磁化的小區(qū)域，稱之為磁疇，每個(gè)磁疇相當(dāng)于一個(gè)小磁鐵。無外磁場作域，稱之為磁疇，每個(gè)磁疇相當(dāng)于一個(gè)小磁鐵。無外磁場作用時(shí)，這些磁疇的排列是不規(guī)則的，磁效應(yīng)互相抵消，對外用時(shí)，這些磁疇的排列是不規(guī)則的，磁效應(yīng)互相抵消，對外不顯示磁性。鐵磁物質(zhì)處在外磁場中

5、時(shí)，各個(gè)磁疇就會順著不顯示磁性。鐵磁物質(zhì)處在外磁場中時(shí)，各個(gè)磁疇就會順著外磁場的方向有規(guī)則排列，磁效應(yīng)不再互相抵消而產(chǎn)生與外外磁場的方向有規(guī)則排列，磁效應(yīng)不再互相抵消而產(chǎn)生與外磁場同向的附加磁場，物質(zhì)即被磁化。非磁性材料不具備磁磁場同向的附加磁場，物質(zhì)即被磁化。非磁性材料不具備磁疇結(jié)構(gòu)，所以不能被磁化。疇結(jié)構(gòu)，所以不能被磁化。 （2 2）磁化曲線：鐵磁物質(zhì)的磁感應(yīng)強(qiáng)度）磁化曲線：鐵磁物質(zhì)的磁感應(yīng)強(qiáng)度B B與外磁場與外磁場H H的關(guān)系曲線，的關(guān)系曲線，簡稱簡稱B-HB-H曲線曲線 10.2 磁路元器件及特性磁路元器件及特性 1 1）起始磁化曲線：鐵心原來沒有磁性，）起始磁化曲線：鐵心原來沒有磁性

6、，B B和和H H均從零開始增加，均從零開始增加，這樣得至的這樣得至的B-HB-H曲線稱起始磁化曲線。曲線稱起始磁化曲線。 10.2 磁路元器件及特性磁路元器件及特性 不同材料的磁滯回線不同材料的磁滯回線 2 2）磁滯回線：）磁滯回線： 10.2 磁路元器件及特性磁路元器件及特性 3 3）基本磁化曲線）基本磁化曲線 10.2 磁路元器件及特性磁路元器件及特性 2.2.磁路基本器件及主要特性磁路基本器件及主要特性 （1 1）交流鐵心線圈：指線圈中加入鐵心，并在線圈兩端加上正）交流鐵心線圈：指線圈中加入鐵心，并在線圈兩端加上正弦電壓。弦電壓。（2 2）交流電磁鐵）交流電磁鐵 內(nèi)部帶有鐵心的、利用通

7、有電流的線圈使其內(nèi)部帶有鐵心的、利用通有電流的線圈使其像磁鐵一樣具有磁性的裝置叫做電磁鐵，通常制成條形或蹄形。像磁鐵一樣具有磁性的裝置叫做電磁鐵，通常制成條形或蹄形。鐵心要用容易磁化，又容易消失磁性的軟鐵或硅鋼來制作。這鐵心要用容易磁化，又容易消失磁性的軟鐵或硅鋼來制作。這樣的電磁鐵在通電時(shí)有磁性，斷電后就隨之消失。樣的電磁鐵在通電時(shí)有磁性，斷電后就隨之消失。 10.2 磁路元器件及特性磁路元器件及特性 10.3 磁路基本原理磁路基本原理 1.1.磁路的形成磁路的形成 2.2.磁路定律磁路定律（1 1）磁路的基爾霍夫第一定律）磁路的基爾霍夫第一定律 磁路中任一節(jié)點(diǎn)所連接的各分支磁通的代數(shù)和等于

8、零。磁路中任一節(jié)點(diǎn)所連接的各分支磁通的代數(shù)和等于零。 12300 即即 10.3 磁路基本原理磁路基本原理 （2 2）磁路的基爾霍夫第二定律）磁路的基爾霍夫第二定律 在磁路的任一回路中，各段磁壓的代數(shù)和等于各磁動(dòng)勢的代數(shù)在磁路的任一回路中，各段磁壓的代數(shù)和等于各磁動(dòng)勢的代數(shù)和。和。 12121212llNNHHII 寫成一般形式為寫成一般形式為 HlINmUHlHl稱為各段磁路的磁壓，用稱為各段磁路的磁壓，用 表示；表示；IN是磁路中產(chǎn)生磁通是磁路中產(chǎn)生磁通的激勵(lì)源，稱為磁動(dòng)勢，用的激勵(lì)源，稱為磁動(dòng)勢，用 表示。表示。 mFmmUF回路的繞行方向當(dāng)某段磁路的回路的繞行方向當(dāng)某段磁路的H H方向

9、與繞行方向相同時(shí)，該段磁方向與繞行方向相同時(shí)，該段磁路的磁壓取正號，反之則取負(fù)號；而磁動(dòng)勢的正負(fù)號則取決于路的磁壓取正號，反之則取負(fù)號；而磁動(dòng)勢的正負(fù)號則取決于各勵(lì)磁電流的方向與回路的繞行方向是否符合右手螺旋定則，各勵(lì)磁電流的方向與回路的繞行方向是否符合右手螺旋定則，符合的取正，不符合的取負(fù)。符合的取正，不符合的取負(fù)。 10.3 磁路基本原理磁路基本原理 （3 3）磁路的歐姆定律）磁路的歐姆定律 mmUR 式中，式中， mlSR稱為這段磁路的磁阻，單位為稱為這段磁路的磁阻，單位為1/1/亨（亨（1/H1/H） 空氣的磁導(dǎo)率是常數(shù)，所以一段氣隙的磁阻也是常數(shù)?？諝獾拇艑?dǎo)率是常數(shù)，所以一段氣隙的磁

10、阻也是常數(shù)。10.3 磁路基本原理磁路基本原理 10.4 磁路應(yīng)用分析方法與過程磁路應(yīng)用分析方法與過程1.1.交流鐵心線圈的磁路特性交流鐵心線圈的磁路特性 （1 1）電壓與磁通的關(guān)系）電壓與磁通的關(guān)系 dueNdt 設(shè)設(shè) sinmt則則 sinsin2mmdueNtdtNt 電壓互感器電動(dòng)勢有效值與磁通最大值的關(guān)系為電壓互感器電動(dòng)勢有效值與磁通最大值的關(guān)系為 24.4422mmmNfNUEfN（2 2）磁通與電流的關(guān)系）磁通與電流的關(guān)系 2mII交流鐵心線圈的磁化電流交流鐵心線圈的磁化電流 FeaUPI10.4 磁路應(yīng)用分析方法與過程磁路應(yīng)用分析方法與過程不考慮內(nèi)阻及漏磁通時(shí)不考慮內(nèi)阻及漏磁通

11、時(shí)的鐵心線圈的相量圖的鐵心線圈的相量圖 aIII22aIIIaarctgII其有效值為其有效值為勵(lì)磁電流超前于磁通的相位是勵(lì)磁電流超前于磁通的相位是aII稱為鐵損耗角。一般情況下，稱為鐵損耗角。一般情況下，很小，線圈電壓比電流超前的相位為很小，線圈電壓比電流超前的相位為2aarctgII10.4 磁路應(yīng)用分析方法與過程磁路應(yīng)用分析方法與過程2.2.交流鐵心線圈的等效電路交流鐵心線圈的等效電路 （1 1）不考慮線圈內(nèi)阻和漏磁通時(shí)的等效電路模型）不考慮線圈內(nèi)阻和漏磁通時(shí)的等效電路模型 02aFeUUIPG220aIIUUIB000022220000001jjjGBGBGBRXGB10.4 磁路應(yīng)用

12、分析方法與過程磁路應(yīng)用分析方法與過程（2 2）考慮線圈內(nèi)阻和漏磁通時(shí)的等效電路模型）考慮線圈內(nèi)阻和漏磁通時(shí)的等效電路模型 sUEIrIjX 2FeFeCuPI rPPP2CuI rP是線圈內(nèi)阻上的功是線圈內(nèi)阻上的功率損耗，稱之為銅率損耗，稱之為銅損損 10.4 磁路應(yīng)用分析方法與過程磁路應(yīng)用分析方法與過程10.5 應(yīng)用案例應(yīng)用案例 電磁鐵電磁鐵當(dāng)接通電源時(shí)，電磁鐵動(dòng)作而當(dāng)接通電源時(shí)，電磁鐵動(dòng)作而拉開彈簧，把抱閘提起，于是拉開彈簧，把抱閘提起，于是放開了裝在電動(dòng)機(jī)軸上的制動(dòng)放開了裝在電動(dòng)機(jī)軸上的制動(dòng)輪，這時(shí)電動(dòng)機(jī)可以自由轉(zhuǎn)動(dòng)。輪，這時(shí)電動(dòng)機(jī)可以自由轉(zhuǎn)動(dòng)。當(dāng)電源斷開時(shí)，電磁鐵的銜鐵當(dāng)電源斷開時(shí)，電

13、磁鐵的銜鐵落下，彈簧便把抱閘壓在制動(dòng)落下，彈簧便把抱閘壓在制動(dòng)輪上，于是電動(dòng)機(jī)就被制動(dòng)。輪上，于是電動(dòng)機(jī)就被制動(dòng)。 基本結(jié)構(gòu)都是由線圈、鐵心和銜鐵基本結(jié)構(gòu)都是由線圈、鐵心和銜鐵三個(gè)主要部分組成，其中性線圈和鐵三個(gè)主要部分組成，其中性線圈和鐵心是固定不動(dòng)的，銜鐵則可以活動(dòng)。當(dāng)心是固定不動(dòng)的，銜鐵則可以活動(dòng)。當(dāng)線圈中通以電流時(shí)，鐵心和銜鐵都必須線圈中通以電流時(shí)，鐵心和銜鐵都必須被磁化，并在氣隙間產(chǎn)生電磁吸力將銜被磁化，并在氣隙間產(chǎn)生電磁吸力將銜鐵吸動(dòng)，從而可以帶動(dòng)某一機(jī)構(gòu)產(chǎn)生相鐵吸動(dòng)，從而可以帶動(dòng)某一機(jī)構(gòu)產(chǎn)生相應(yīng)的工作，執(zhí)行特定的任務(wù)。線圈斷電應(yīng)的工作，執(zhí)行特定的任務(wù)。線圈斷電后，電磁鐵的吸引隨即

14、消失，銜鐵即被后，電磁鐵的吸引隨即消失，銜鐵即被釋放。釋放。 10.5 應(yīng)用案例應(yīng)用案例 電磁鐵電磁鐵（1 1）直流電磁鐵）直流電磁鐵 直流電磁鐵的勵(lì)磁電流是恒定電流，因此，在一定的空氣隙下，電直流電磁鐵的勵(lì)磁電流是恒定電流，因此，在一定的空氣隙下，電流所產(chǎn)生的磁通也是大小和方向都不隨時(shí)間變換的恒定磁通。流所產(chǎn)生的磁通也是大小和方向都不隨時(shí)間變換的恒定磁通。 2002FSB2m0B式中，式中， 為空氣隙中的磁感應(yīng)強(qiáng)度，單位為為空氣隙中的磁感應(yīng)強(qiáng)度，單位為T T；S S為氣隙的截面積，為氣隙的截面積，；吸力；吸力F F的單位為的單位為N N（牛頓）。（牛頓）。 電磁吸力電磁吸力 10.5 應(yīng)用案

15、例應(yīng)用案例 電磁鐵電磁鐵NF額定吸力：指銜鐵處于額定行額定吸力：指銜鐵處于額定行程時(shí)的電磁吸力，用程時(shí)的電磁吸力，用 表示；表示；直流電磁鐵的主要參數(shù)如下：直流電磁鐵的主要參數(shù)如下：NI額定行程：指銜鐵吸合前與鐵額定行程：指銜鐵吸合前與鐵心之間的距離，用心之間的距離，用 表示；表示；NU額定電壓：指額定狀態(tài)下勵(lì)磁線圈的供電電壓，用額定電壓：指額定狀態(tài)下勵(lì)磁線圈的供電電壓，用 表示。表示。10.5 應(yīng)用案例應(yīng)用案例 電磁鐵電磁鐵（2 2）交流電磁鐵）交流電磁鐵 設(shè)電磁鐵空氣隙處的磁感應(yīng)強(qiáng)度為設(shè)電磁鐵空氣隙處的磁感應(yīng)強(qiáng)度為 sinmBtB22020sin21 cos2221 cos22mmmtfS

16、tStBBF2200011242TmavmfdtSSTBBFF吸力的瞬時(shí)值表達(dá)式為吸力的瞬時(shí)值表達(dá)式為202mmSBF式中，式中，是吸力的最大值。吸力的平均值為是吸力的最大值。吸力的平均值為10.5 應(yīng)用案例應(yīng)用案例 電磁鐵電磁鐵交流電磁鐵的吸力及短路環(huán)交流電磁鐵的吸力及短路環(huán) 10.5 應(yīng)用案例應(yīng)用案例 電磁鐵電磁鐵單元小結(jié)單元小結(jié)0sdSBIdlHl1.1.磁場的基本物理量磁場的基本物理量1 1）磁感應(yīng)強(qiáng)度：反映磁場中某點(diǎn)磁場的強(qiáng)弱和方向。）磁感應(yīng)強(qiáng)度：反映磁場中某點(diǎn)磁場的強(qiáng)弱和方向。2 2）磁通：某一面積的磁感應(yīng)強(qiáng)度的通量。）磁通：某一面積的磁感應(yīng)強(qiáng)度的通量。3 3）磁導(dǎo)率：表示物質(zhì)導(dǎo)磁

17、性能的物理量。）磁導(dǎo)率：表示物質(zhì)導(dǎo)磁性能的物理量。4 4）磁場強(qiáng)度：磁感應(yīng)強(qiáng)度與磁導(dǎo)率的比值。）磁場強(qiáng)度：磁感應(yīng)強(qiáng)度與磁導(dǎo)率的比值。2.2.磁場的基本性質(zhì)磁場的基本性質(zhì)1 1）磁通的連續(xù)性原理：）磁通的連續(xù)性原理：2 2）全電流定律：）全電流定律：3.3.鐵磁物質(zhì)的磁化鐵磁物質(zhì)的磁化1 1）磁滯回線是所有鐵磁性物質(zhì)所特有的磁特性。）磁滯回線是所有鐵磁性物質(zhì)所特有的磁特性。2 2）磁滯回線的正頂點(diǎn)連線叫做基本磁化曲線。）磁滯回線的正頂點(diǎn)連線叫做基本磁化曲線。3 3）鐵磁材料的）鐵磁材料的B-HB-H曲線是非線性的。曲線是非線性的。4.4.磁路定律磁路定律1 1）磁路的基爾霍夫第一定律：）磁路的基爾霍夫第一定律： 0 2 2）磁路的基