第一章 磁 路

1、 第一章第一章 磁磁 路路1-1磁路的基磁路的基本定律本定律1-2 常用的常用的鐵磁材料及鐵磁材料及其特性其特性1-3 磁路磁路的計(jì)算的計(jì)算河南城建學(xué)院河南城建學(xué)院1-4 電抗電抗與磁導(dǎo)的與磁導(dǎo)的關(guān)系關(guān)系一、重點(diǎn):1 1、磁路的基本定律磁路的基本定律; ;2 2、鐵磁材料的特性及基本磁化曲線、鐵磁材料的特性及基本磁化曲線;3、鐵心損耗、鐵心損耗. 重點(diǎn)與難點(diǎn)二、難點(diǎn): 1 1、磁滯回線；、磁滯回線；2 2、鐵心損耗；、鐵心損耗；3 3、磁路的計(jì)算。、磁路的計(jì)算。1-1磁路的基本定律 一、磁路的概念: 磁路：磁通所通過(guò)的路徑.見(jiàn)圖。 主磁通：由于鐵心的導(dǎo)磁性能比空氣要好得多，所以絕大部分磁通將在

2、鐵心內(nèi)通過(guò),這部分磁通稱為主磁通。 漏磁通：圍繞載流線圈、部分鐵心和鐵心周圍的空間，還存在少量分散的磁通，這部分磁通稱為漏磁通。 主磁路：主磁通所通過(guò)的路徑。 漏磁路：漏磁通所通過(guò)的路徑。 勵(lì)磁線圈：用以激勵(lì)磁路中磁通的載流線圈。 勵(lì)磁電流：勵(lì)磁線圈中的電流。 直流:直流磁路 l 例如:直流電機(jī)l 交流:交流磁路l 例如:變壓器 二、磁路的基本定律1安培環(huán)路定律 定律內(nèi)容:沿任何一條閉合回線，磁場(chǎng)強(qiáng)度的線積分值恰好等于該閉合回線所包圍的總電流值（代數(shù)和）。 公式: 附圖1-2,有:321iiidlHLidlLH 2磁路的歐姆定律 附圖1-3a 定律內(nèi)容:作用在磁路上的磁動(dòng)勢(shì)等于磁路內(nèi)的 磁通量

3、乘以磁阻。 公式: 式中： 相應(yīng)的模擬電路圖1-3b. mRFAlRm 點(diǎn)擊書(shū)本進(jìn)入點(diǎn)擊書(shū)本進(jìn)入例題例題1-1例題l 例11 有一閉合鐵心磁路，鐵心的截面積 ，磁路的平均長(zhǎng)度L=0.3m，鐵心的磁導(dǎo)率，套裝在鐵心上的勵(lì)磁繞組為500匝。試求在鐵心中產(chǎn)生1T的磁通密度時(shí)，所需的勵(lì)磁磁動(dòng)勢(shì)和勵(lì)磁電流。24109mA？l 解 用安培環(huán)路定律來(lái)求解。 磁場(chǎng)強(qiáng)度 磁動(dòng)勢(shì) 勵(lì)磁電流 ANFi21054. 9 返回返回mABHFe/1591045000/ 1/7AAHlF7.473.0159 定律內(nèi)容:穿出(或進(jìn)入)任一閉和面的總磁通量恒等于零(或者說(shuō),進(jìn)入任一閉合面的磁通量恒等于穿出該閉合面的磁通量),這

4、就是磁通連續(xù)性定律。 公式: 又稱磁路的并聯(lián)定律。 3磁路的基爾霍夫第一定律0附圖1-4 4磁路的基爾霍夫第二定律 定律背景:磁路計(jì)算時(shí)，總是把整個(gè)磁路分成若干段，每段為同一材料、相同截面積，且段內(nèi)磁通密度處處相等，從而磁場(chǎng)強(qiáng)度亦處處相等。 定律內(nèi)容:沿任何閉合磁路的總磁動(dòng)勢(shì)恒等于各段磁路磁位降的代數(shù)和。 公式: 又稱磁路的串聯(lián)定律。 33221131mmmkkkRRRiHNi附圖1-5返回返回1-2 常用的鐵磁材料及其特性一、鐵磁物質(zhì)的磁化 鐵磁物質(zhì)包括鐵鎳鈷以及它們的合金。 鐵磁材料在外磁場(chǎng)中呈現(xiàn)很強(qiáng)的磁性，此現(xiàn)象稱為鐵磁物質(zhì)的磁化。 磁疇示意圖1-6。 二、磁化曲線和磁滯回線 1起始磁化

5、曲線 定義:將一塊尚未磁化的鐵磁材料進(jìn)行磁化，當(dāng)磁場(chǎng)強(qiáng)度H由零逐漸增大時(shí)，磁通密度B將隨之增大，曲線B=f(H)就稱為起始磁化曲線. 曲線附圖1-7. 分析:起始磁化曲線基本上可分為四段 ,如下起始磁化曲線起始磁化曲線oaoa段段abab段段bcbc段段cdcd段段飽和飽和膝點(diǎn)膝點(diǎn) 鐵磁材料 磁化曲線見(jiàn)示意圖1-7.l 應(yīng)用: 設(shè)計(jì)電機(jī)和變壓器時(shí)，為使主磁路內(nèi)得到較大的磁通量而又不過(guò)分增大勵(lì)磁磁動(dòng)勢(shì)，通常把鐵心內(nèi)的工作磁通密度選擇在膝點(diǎn)附近。)( HfFe 2磁滯回線 示意圖: 圖1-8。 剩磁:去掉外磁場(chǎng)之后，鐵磁材料內(nèi)仍然保留的 磁通密度 。 矯頑力:要使B值從減小到零，必須加上相應(yīng)的反

6、向外磁場(chǎng)，此反向磁場(chǎng)強(qiáng)度Hc稱為矯頑力。 磁滯:鐵磁材料所具有的這種磁通密度B的變化滯后于磁場(chǎng)強(qiáng)度H變化的現(xiàn)象。 磁滯現(xiàn)象是鐵磁材料的另一個(gè)特性。 rB 3基本磁化曲線 定義:對(duì)同一鐵磁材料，選擇不同的磁場(chǎng)強(qiáng)度進(jìn)行反復(fù)磁化，可得一系列大小不同的磁滯回線,再將各磁滯回線的頂點(diǎn)聯(lián)接起來(lái)，所得的曲線。 附示意圖1-9。 三、鐵磁材料 1軟磁材料 定義: 磁滯回線窄、剩磁和矯頑力都很小的材料。 附圖1-11a 常用軟磁材料:鑄鐵、鑄鋼和硅鋼片等。 軟磁材料的磁導(dǎo)率較高軟磁材料的磁導(dǎo)率較高, ,故用以制造電機(jī)和變壓器故用以制造電機(jī)和變壓器的鐵心。的鐵心。 2硬磁(永磁)材料 定義:磁滯回線寬、剩磁和矯頑

7、力都很大的鐵磁材料稱為硬磁材料，又稱為永磁材料。 附圖1-11b 剩磁 磁性能指標(biāo) 矯頑力 最大磁能積永磁材料永磁材料種類種類鑄造型鑄造型鋁鎳鈷鋁鎳鈷稀土鈷稀土鈷釹鐵硼釹鐵硼鐵氧體鐵氧體粉末型粉末型鋁鎳鈷鋁鎳鈷種類示意圖 四、鐵心損耗 1磁滯損耗 定義: 鐵磁材料置于交變磁場(chǎng)中時(shí)，磁疇相互間不停地摩擦、消耗能量、造成損耗，這種損耗稱為磁滯損耗。 公式: 應(yīng)用:由于硅鋼片磁滯回線的面積較小，故電機(jī)和變壓器的鐵心常用硅鋼片疊成。VfBCpnmhh 2渦流損耗 渦流:當(dāng)通過(guò)鐵心的磁通隨時(shí)間變化時(shí),根據(jù)電磁感應(yīng)定律,鐵心中將產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì),并引起環(huán)流,環(huán)流在鐵心內(nèi)部圍繞磁通作旋渦狀流動(dòng) 稱為渦流。示意

8、圖1-12。 定義:渦流在鐵心中引起的損耗。 公式: 應(yīng)用:為減小渦流損耗，電機(jī)和變壓器的鐵心都用含硅量較高的薄硅鋼片疊成。VBfCpmee2223鐵心損耗 定義: 鐵心中磁滯損耗和渦流損耗之和。 表達(dá)式:GBfCpmFeFe23.1鐵心損耗與頻率的1.3次方,磁通密度的平方和鐵心重量成正比。ehFeppp返回返回一、直流磁路的計(jì)算l 導(dǎo)言導(dǎo)言: : 磁路計(jì)算時(shí)，通常是先給定磁通量，然后計(jì)算所需要的勵(lì)磁磁動(dòng)勢(shì)。對(duì)于少數(shù)給定勵(lì)磁磁動(dòng)勢(shì)求磁通量的逆問(wèn)題，由于磁路的非線性，需要進(jìn)行試探和多次迭代，才能得到解答。 1-3 磁路的計(jì)算 1簡(jiǎn)單串聯(lián)磁路 定義:不計(jì)漏磁影響，僅有一個(gè)磁回路的無(wú)分支磁路 .

9、附圖1-13.l 點(diǎn)擊書(shū)本進(jìn)入例題1-2例題例題m4105l例12 若在例ll的磁路中，開(kāi)一個(gè)長(zhǎng)度 的氣隙，問(wèn)鐵心中激勵(lì)1T的磁通密度時(shí)，所需的勵(lì)磁磁動(dòng)勢(shì)為多少?已知鐵心截面積， ?？紤]到氣隙磁場(chǎng)的邊緣效應(yīng)，在計(jì)算氣隙的有效面積時(shí)，通常在長(zhǎng)、寬方向務(wù)增加值。 241033mAFe05000Fel 解解 用磁路的基爾霍夫第二定律來(lái)求解。l 鐵心內(nèi)的磁場(chǎng)強(qiáng)度:l 氣隙磁場(chǎng)強(qiáng)度:l 鐵心磁位降:l 氣隙磁位降:l 勵(lì)磁磁動(dòng)勢(shì):mABHFeFeFe/159mABH/107740AlHFeFe6 .472995. 0159AlH385AlHlHFFeFe6 .432返回返回2簡(jiǎn)單并聯(lián)磁路 定義:指考慮漏

10、磁影響，或磁回路有兩個(gè)以上分支的磁路。 點(diǎn)擊書(shū)本進(jìn)入例題1-例題例題l 例13 圖114a所示并聯(lián)磁路，鐵心所用材料為DR530硅鋼片，鐵心柱和鐵軛的截面積均為 ，磁路段的平均長(zhǎng)度 ，氣隙長(zhǎng)度 勵(lì)磁線圈匝數(shù) 匝。不計(jì) 漏磁通，試求在氣隙內(nèi)產(chǎn)生 =1.211T的磁通密度時(shí)，所需的勵(lì)磁電流i。ml2105241022mAm321105 . 2100021 NNBl 解：解：畫(huà)出圖l14b所示模擬電路圖。由于兩條并聯(lián)磁路是對(duì)稱的，故只需計(jì)算其中一個(gè)磁回路即可。l 根據(jù)磁路基爾霍夫第一定律，得l l 根據(jù)磁路基爾霍夫第二定律，l l 由圖114a可知、中間鐵心段的磁路長(zhǎng)度 221133112iNiNH

11、lHlHlHkk212122mlll22110153左、右兩邊鐵心段的磁路長(zhǎng)度均為 (2)中間鐵心段的磁位降 磁通密度 為ABH4818220(1)氣隙磁位降TAB533.133Bl 中間鐵心段的磁位降為 l 左、右兩邊鐵心段的磁位降為AlH75.8733（3）左、右兩邊鐵心的磁位降,磁通密度為TABB766.0221mll23105 . 42AAi496. 220004938AlHlH25.322211 (4)總磁動(dòng)勢(shì)和勵(lì)磁電流AlHlHHNi493822233返回返回1.4 電抗與磁導(dǎo)的關(guān)系電抗與磁導(dǎo)的關(guān)系1、電抗與磁導(dǎo)的關(guān)系、電抗與磁導(dǎo)的關(guān)系 當(dāng)磁路上裝有載流線圈時(shí)，載流線圈將產(chǎn)生磁動(dòng)勢(shì)

12、當(dāng)磁路上裝有載流線圈時(shí)，載流線圈將產(chǎn)生磁動(dòng)勢(shì)F，此時(shí)磁路中將通過(guò)一定的磁通量此時(shí)磁路中將通過(guò)一定的磁通量。)1(2mmmmRNLLiNNiRFmNLX22、磁阻串聯(lián)、并聯(lián)和、磁阻串聯(lián)、并聯(lián)和形聯(lián)接時(shí)的等效電路形聯(lián)接時(shí)的等效電路（1）磁阻串聯(lián)）磁阻串聯(lián) 若磁路由一個(gè)磁動(dòng)勢(shì)源和兩個(gè)磁阻若磁路由一個(gè)磁動(dòng)勢(shì)源和兩個(gè)磁阻Rm1和和Rm2串聯(lián)組串聯(lián)組成；與其對(duì)應(yīng)的電抗成；與其對(duì)應(yīng)的電抗X1和和X2、磁導(dǎo)、磁導(dǎo)m1m1和和m2m2。21mmmRRR211121XXmRNXRm1Rm2RmXX1X22、磁阻串聯(lián)、并聯(lián)和、磁阻串聯(lián)、并聯(lián)和形聯(lián)接時(shí)的等效電路形聯(lián)接時(shí)的等效電路（2）磁阻并聯(lián)）磁阻并聯(lián) 若磁路由一個(gè)

13、磁動(dòng)勢(shì)源和兩個(gè)磁阻若磁路由一個(gè)磁動(dòng)勢(shì)源和兩個(gè)磁阻Rm1和和Rm2串聯(lián)組串聯(lián)組成；與其對(duì)應(yīng)的電抗成；與其對(duì)應(yīng)的電抗X1和和X2、磁導(dǎo)、磁導(dǎo)m1m1和和m2m2。21111mmmRRR212XXRNXmX1X2XRmRm1Rm22、磁阻串聯(lián)、并聯(lián)和、磁阻串聯(lián)、并聯(lián)和形聯(lián)接時(shí)的等效電路形聯(lián)接時(shí)的等效電路（3）磁阻）磁阻聯(lián)接聯(lián)接 若磁路由二個(gè)磁動(dòng)勢(shì)源和三個(gè)磁阻若磁路由二個(gè)磁動(dòng)勢(shì)源和三個(gè)磁阻Rm1、Rm2、 Rm3串聯(lián)組成；與其對(duì)應(yīng)的電抗串聯(lián)組成；與其對(duì)應(yīng)的電抗X1、X2、 X3；磁導(dǎo)；磁導(dǎo)m1m1、m2m2、 m3m3 。RmRm1Rm2N1i1N2i2X1X2XX2總結(jié)總結(jié)l 掌握磁路三大定律；掌握

14、磁路三大定律；l 熟悉磁滯回線和磁化曲線；熟悉磁滯回線和磁化曲線；l 掌握鐵磁損耗；掌握鐵磁損耗；l 掌握磁路計(jì)算；掌握磁路計(jì)算；l 理解電抗與磁導(dǎo)關(guān)系。理解電抗與磁導(dǎo)關(guān)系。本章內(nèi)容已結(jié)束本章內(nèi)容已結(jié)束, ,及時(shí)復(fù)習(xí)可以鞏及時(shí)復(fù)習(xí)可以鞏固學(xué)習(xí)效果。固學(xué)習(xí)效果。小提示:作業(yè)：作業(yè)：1-3、1-4、1-8其它為課外其它為課外作業(yè)作業(yè)主磁通主磁通漏漏磁磁通通 圖1-1 變壓器的磁路返回返回漏漏磁磁通通漏磁通漏磁通圖1-2 安培環(huán)路定律H HL L1i2i3idl返回返回圖1-3 無(wú)分支鐵心磁路A)無(wú)分支鐵心磁路A AN Ni i返回返回B) 模擬電路圖mRF F返回返回圖1-4 磁路的基爾霍夫第一定律213A AN Ni i返回返回圖1-5 磁路的基爾霍夫第二定律2A1AN1H1l2li i返回返回2H 圖1-6 磁疇(A)未磁化 (B)磁化返回返回外加磁場(chǎng)H B BH H圖1-7 鐵磁材料的起始磁化曲線a ab bc cd d)(HfB)(HfFeHB0返回返回 圖1-8 鐵磁材料的磁滯回線H HB Ba ab bc cd de ef fcHmBmBmHmHrB返回返回 圖1-9 基本磁化曲線基本磁化曲線基本磁化曲線H HB B返回返回 圖圖1-111-11a a）軟磁材料的磁滯曲線）軟磁材料的磁滯曲線B B返回返回A)A)軟磁材料軟磁材料H H