第四章磁路與鐵心線圈電路1

1、4.1 4.1 磁路及其分析方法磁路及其分析方法4.2 4.2 交流鐵心線圈電路交流鐵心線圈電路4.3 4.3 變壓器變壓器2. 了解變壓器的基本結(jié)構(gòu)、工作原理、理解變壓器了解變壓器的基本結(jié)構(gòu)、工作原理、理解變壓器額定值的意義；額定值的意義；3. 掌握變壓器電壓、電流和阻抗變換作用；掌握變壓器電壓、電流和阻抗變換作用；本章要求：本章要求：1. 理解磁場(chǎng)的基本物理量的意義，了解磁性材料的理解磁場(chǎng)的基本物理量的意義，了解磁性材料的基本知識(shí)及磁路的基本定律；基本知識(shí)及磁路的基本定律；磁路的概念：磁路的概念： 在電機(jī)、變壓器及各種鐵磁元件中常用磁性材料在電機(jī)、變壓器及各種鐵磁元件中常用磁性材料做成一定

2、形狀的鐵心。鐵心的磁導(dǎo)率比周圍空氣或做成一定形狀的鐵心。鐵心的磁導(dǎo)率比周圍空氣或其它物質(zhì)的磁導(dǎo)率高的多，磁通的絕大部分經(jīng)過(guò)鐵其它物質(zhì)的磁導(dǎo)率高的多，磁通的絕大部分經(jīng)過(guò)鐵心形成閉合通路。心形成閉合通路。+NIfNSS4.1 4.1 磁路及其分析方法磁路及其分析方法磁通的閉合路徑稱為磁路。磁通的閉合路徑稱為磁路。4.1.1 4.1.1 磁場(chǎng)的基本物理量磁場(chǎng)的基本物理量B 是計(jì)算磁場(chǎng)所用的物理量。是計(jì)算磁場(chǎng)所用的物理量。H電流本身產(chǎn)生的磁場(chǎng)強(qiáng)弱與介質(zhì)無(wú)關(guān)電流本身產(chǎn)生的磁場(chǎng)強(qiáng)弱與介質(zhì)無(wú)關(guān)B電流及介質(zhì)被磁化后所產(chǎn)生的磁場(chǎng)強(qiáng)弱電流及介質(zhì)被磁化后所產(chǎn)生的磁場(chǎng)強(qiáng)弱H/m10470 0r HB 如變壓器、電機(jī)和

3、許多電器中，為了把磁場(chǎng)聚集在一定如變壓器、電機(jī)和許多電器中，為了把磁場(chǎng)聚集在一定的空間范圍內(nèi)，常把線圈繞在高導(dǎo)磁率的鐵磁材料上的空間范圍內(nèi)，常把線圈繞在高導(dǎo)磁率的鐵磁材料上,鐵磁材鐵磁材料做成一定的形狀（稱為鐵芯），使之形成一個(gè)磁通的路徑料做成一定的形狀（稱為鐵芯），使之形成一個(gè)磁通的路徑（磁路）。同時(shí)（磁路）。同時(shí)用較小的電流產(chǎn)生足夠強(qiáng)的磁場(chǎng)，用較小的電流產(chǎn)生足夠強(qiáng)的磁場(chǎng)，且可以減且可以減小體積、小體積、 減輕重量。減輕重量。主磁通主磁通漏磁通漏磁通鐵心鐵心由鐵心形狀決定由鐵心形狀決定從從B - HB - H曲線圖上可以看到，在開始時(shí)磁感應(yīng)強(qiáng)度曲線圖上可以看到，在開始時(shí)磁感應(yīng)強(qiáng)度B B 值隨

4、值隨磁場(chǎng)強(qiáng)度的增加而急速地增加，當(dāng)達(dá)到一定的強(qiáng)度，磁場(chǎng)強(qiáng)度的增加而急速地增加，當(dāng)達(dá)到一定的強(qiáng)度，B B的值不再隨的值不再隨H H的增強(qiáng)而增加，這時(shí)磁化己達(dá)到飽和。這的增強(qiáng)而增加，這時(shí)磁化己達(dá)到飽和。這種現(xiàn)象稱為種現(xiàn)象稱為磁飽和現(xiàn)象磁飽和現(xiàn)象。 B B和不是簡(jiǎn)單的正比關(guān)系，和不是簡(jiǎn)單的正比關(guān)系，而是比較復(fù)雜的函數(shù)關(guān)系。即而是比較復(fù)雜的函數(shù)關(guān)系。即鐵磁物質(zhì)的磁導(dǎo)率鐵磁物質(zhì)的磁導(dǎo)率不是不是恒量，而是隨磁場(chǎng)強(qiáng)度變化而變化。恒量，而是隨磁場(chǎng)強(qiáng)度變化而變化。HB 飽和飽和 磁性材料在交變磁場(chǎng)中反復(fù)磁化。其磁性材料在交變磁場(chǎng)中反復(fù)磁化。其B-H關(guān)系曲線關(guān)系曲線是一條回形閉合曲線，稱為是一條回形閉合曲線，稱為

5、磁滯回線磁滯回線。磁滯性：磁滯性：磁性材料中磁性材料中B的變化總是滯后于的變化總是滯后于H的變化。的變化。剩磁感應(yīng)強(qiáng)度剩磁感應(yīng)強(qiáng)度Br (剩磁剩磁) ： H=0時(shí)，時(shí)，B=Br。矯頑磁力矯頑磁力Hc： 使使 B = 0 所需的所需的 H 值。值。 磁性物質(zhì)不同，其磁滯回線磁性物質(zhì)不同，其磁滯回線和磁化曲線也不同。和磁化曲線也不同。磁滯性表征了物質(zhì)的磁化特征磁滯性表征了物質(zhì)的磁化特征,按磁滯回線的不同按磁滯回線的不同磁物質(zhì)分為磁物質(zhì)分為 矯頑力矯頑力HcHc大，剩磁大，剩磁BrBr較大。它的較大。它的磁滯回線肥大，磁滯特性顯著，因此，磁滯回線肥大，磁滯特性顯著，因此，硬磁材料充磁后，仍能保留很強(qiáng)

6、的剩硬磁材料充磁后，仍能保留很強(qiáng)的剩磁，并且這種剩磁不易消除，這種硬磁，并且這種剩磁不易消除，這種硬磁材料（碳鋼、鋁鎳鈷、稀土鈷和硬磁材料（碳鋼、鋁鎳鈷、稀土鈷和硬磁鐵氧體等）適合于磁鐵氧體等）適合于制成永久磁鐵制成永久磁鐵。例如，磁電式電表、永磁揚(yáng)聲器、耳例如，磁電式電表、永磁揚(yáng)聲器、耳機(jī)、小型直流電機(jī)以及雷達(dá)中的磁控機(jī)、小型直流電機(jī)以及雷達(dá)中的磁控管等用的永久磁鐵，都是由硬磁材料管等用的永久磁鐵，都是由硬磁材料做成的。做成的。 （1）永磁物質(zhì)）永磁物質(zhì)中中Br（2）軟磁物質(zhì)）軟磁物質(zhì) 矯頑力矯頑力HcHc小，剩磁小，剩磁BrBr小。磁滯損小。磁滯損耗低，它的磁滯回線成細(xì)長(zhǎng)條形狀。耗低，它的

7、磁滯回線成細(xì)長(zhǎng)條形狀。這種材料（鑄鐵、硅鋼、坡莫合金和這種材料（鑄鐵、硅鋼、坡莫合金和軟磁鐵氧體等）容易磁化，也容易退軟磁鐵氧體等）容易磁化，也容易退磁，適用于交變磁場(chǎng)磁，適用于交變磁場(chǎng), ,可用來(lái)制造變壓可用來(lái)制造變壓器、繼電器、電磁鐵、電機(jī)以及各種器、繼電器、電磁鐵、電機(jī)以及各種高頻電磁元件鐵芯。高頻電磁元件鐵芯。 低低Br（3）矩磁物質(zhì)）矩磁物質(zhì)高高Br 矯頑力矯頑力HcHc小，剩磁小，剩磁BrBr大，穩(wěn)定性大，穩(wěn)定性良好（磁性陶瓷等）。常用在電子技良好（磁性陶瓷等）。常用在電子技術(shù)和計(jì)算技術(shù)中。術(shù)和計(jì)算技術(shù)中。 喇叭是一個(gè)利用磁性材料將喇叭是一個(gè)利用磁性材料將電能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能的典型例子

8、。電能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能的典型例子。喇叭的構(gòu)造如圖所示。一塊永磁喇叭的構(gòu)造如圖所示。一塊永磁鐵和軟鐵組成了一個(gè)帶缺口的磁鐵和軟鐵組成了一個(gè)帶缺口的磁路，磁路的缺口處有磁場(chǎng)。一組路，磁路的缺口處有磁場(chǎng)。一組線圈處在這個(gè)磁路中。線圈和紙線圈處在這個(gè)磁路中。線圈和紙紙盆連在一起。如果在線圈中通紙盆連在一起。如果在線圈中通過(guò)一個(gè)直流電，那么線圈就產(chǎn)生過(guò)一個(gè)直流電，那么線圈就產(chǎn)生磁場(chǎng)，象一塊磁鐵，磁場(chǎng)，象一塊磁鐵，它和缺口中的磁場(chǎng)就會(huì)產(chǎn)生相互影響，使得線圈移動(dòng)。如果線它和缺口中的磁場(chǎng)就會(huì)產(chǎn)生相互影響，使得線圈移動(dòng)。如果線圈中通過(guò)的是交流電，那么，線圈產(chǎn)生的磁場(chǎng)就是來(lái)回變化的，圈中通過(guò)的是交流電，那么，線圈產(chǎn)生

9、的磁場(chǎng)就是來(lái)回變化的，它和缺口處的磁場(chǎng)就會(huì)不斷地、交替地吸引和排斥。其結(jié)果就它和缺口處的磁場(chǎng)就會(huì)不斷地、交替地吸引和排斥。其結(jié)果就是線圈帶動(dòng)紙盆來(lái)回振動(dòng)，這就產(chǎn)生了聲音。是線圈帶動(dòng)紙盆來(lái)回振動(dòng)，這就產(chǎn)生了聲音。 例：例：1、安培環(huán)路定律：、安培環(huán)路定律： 在穩(wěn)恒磁場(chǎng)中任何閉合回路磁場(chǎng)強(qiáng)度的線積分在穩(wěn)恒磁場(chǎng)中任何閉合回路磁場(chǎng)強(qiáng)度的線積分,等于通過(guò)這個(gè)閉合路徑內(nèi)電流的代數(shù)和。等于通過(guò)這個(gè)閉合路徑內(nèi)電流的代數(shù)和。IldHNIlHNI：稱為磁通勢(shì)。稱為磁通勢(shì)。一般用一般用 F 表示。表示。F=NI（A）磁路磁路長(zhǎng)度長(zhǎng)度l線圈線圈匝數(shù)匝數(shù)NI 在均勻磁路在均勻磁路中，安培環(huán)路定律可中，安培環(huán)路定律可寫成

10、：寫成：4.1.3 4.1.3 磁路的分析方法磁路的分析方法對(duì)于均勻磁路對(duì)于均勻磁路lS 磁路中的磁路中的歐姆定律歐姆定律2 2、磁路的歐姆定律：、磁路的歐姆定律：則：則： RlSNIFm INSl注：注：由于磁性材料由于磁性材料 是非線性的，磁路歐姆定律多用作定性是非線性的，磁路歐姆定律多用作定性 分析，不做定量計(jì)算。分析，不做定量計(jì)算。slRm令：令：稱為磁阻稱為磁阻lHNI lB SlR mSlNIRF mSlR SlEREI u(Ni)i ddtNe tNedd （磁通勢(shì)）（磁通勢(shì)）tiLdd 常常數(shù)數(shù) iNLeeRi u )(ddetiLRi 交流激勵(lì)交流激勵(lì) 線圈中產(chǎn)生感應(yīng)電勢(shì)線圈

11、中產(chǎn)生感應(yīng)電勢(shì)一般情況下一般情況下 很小，忽略漏磁感應(yīng)，很小，忽略漏磁感應(yīng)，則：則：RudtdNeu假設(shè)假設(shè)tm sin則則tfNtNumm cos2cos最大值最大值mmfNU 2有效值有效值SBfNfN Umm44.444.4dtdNu Fe2cosPRIUIP 例：例： 一鐵心線圈，加上一鐵心線圈，加上12v12v直流電時(shí)，電流為直流電時(shí)，電流為1A1A；加上；加上110V110V交流電壓時(shí)，電流為交流電壓時(shí)，電流為2A2A，消耗的功率為，消耗的功率為88W88W。求后一情況下線。求后一情況下線圈的銅損耗、鐵損耗和功率因數(shù)。圈的銅損耗、鐵損耗和功率因數(shù)。解：解：12112IURWRIPuc4812222WPPPuecF4048884 . 0211088cosUIP 直流電作用時(shí)直流電作用時(shí)交流電作用時(shí)交流電作用時(shí)本課小結(jié)：本課小結(jié)：交流磁化條件下存在磁滯損耗和渦流