第4章磁路與鐵芯線圈電路

會(huì)計(jì)學(xué)1第4章磁路與鐵芯線圈電路二、磁場(chǎng)的基本物理量1.磁感應(yīng)強(qiáng)度磁感應(yīng)強(qiáng)度B是表示空間某點(diǎn)磁場(chǎng)強(qiáng)弱和方向的物理量，其大小可用通過(guò)垂直于磁場(chǎng)方向的單位面積內(nèi)磁力線的數(shù)目來(lái)表示。由電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)方向可用右手螺旋法則確定，國(guó)際單位為特斯拉，簡(jiǎn)稱特，符號(hào)為T。2.磁通磁感應(yīng)強(qiáng)度B與垂直于磁力線方向的面積S的乘積稱為穿過(guò)該面的磁通Φ，即Φ=BS

磁通Φ又表示穿過(guò)某一截面S的磁力線根數(shù)，磁感應(yīng)強(qiáng)度B在數(shù)值上可以看成與磁場(chǎng)方向相垂直的單位面積所通過(guò)的磁通，故又稱磁通密度。磁通的國(guó)際單位為韋伯（Wb）.第1頁(yè)/共13頁(yè)3.磁場(chǎng)強(qiáng)度

磁場(chǎng)強(qiáng)度沿任一閉合路徑l的線積分等于此閉合路徑所包圍的電流的代數(shù)和。磁場(chǎng)強(qiáng)度H的國(guó)際單位是安培/米（A/m）。它的方向與磁感應(yīng)強(qiáng)度B的方向相同。

4.磁導(dǎo)率磁導(dǎo)率μ是用來(lái)表示物質(zhì)導(dǎo)磁性能的物理量，某介質(zhì)的磁導(dǎo)率是指該介質(zhì)中磁感應(yīng)強(qiáng)度和磁場(chǎng)強(qiáng)度的比值，即μ=B/H。磁導(dǎo)率的單位為亨/米（H/m）。三、磁性材料與磁滯回線

1.磁性材料物質(zhì)按其導(dǎo)磁性能大體上分為磁性材料和非磁性材料兩大類。第2頁(yè)/共13頁(yè)2.磁滯回線

當(dāng)鐵芯線圈中通有大小和方向變化的電流時(shí)，鐵芯就產(chǎn)生交變磁化，磁感應(yīng)強(qiáng)度B隨磁場(chǎng)強(qiáng)度H變化的關(guān)系如圖所示。

Oc段B隨H增加而增加，當(dāng)磁化曲線達(dá)到

c時(shí)，減小電流使H由Hm逐漸減小，B將沿另一條位置較高的曲線b下降。當(dāng)H=0時(shí)，仍有B=Br，Br為剩余磁感應(yīng)強(qiáng)度，簡(jiǎn)稱剩磁。欲使B=0，需通有反向電流加反向磁場(chǎng)-Hc，Hc稱為矯頑力。當(dāng)達(dá)到-Hm時(shí)，磁性材料達(dá)到反向磁飽和。然后令H反向減小，曲線回升;到H=0時(shí)相應(yīng)有-Br，為反向剩磁。再使H從零正向增加到Hm，即又正向磁化到飽和，便得到一條閉合的對(duì)稱于坐標(biāo)原點(diǎn)的回線，這就是磁滯回線。第3頁(yè)/共13頁(yè)4.2交流鐵芯線圈與電磁鐵一、交流鐵芯線圈鐵芯線圈可以通入直流電來(lái)勵(lì)磁（如電磁鐵），產(chǎn)生的磁通是恒定的，在線圈和鐵芯中不會(huì)感應(yīng)出電動(dòng)勢(shì)來(lái)，在一定的電壓下，線圈中的電流和線圈的電阻有關(guān)。

u+e+eS-Ri=0

或

u=Ri+（-e）+（-eS）式中:e為Φ產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)eS為ΦS產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。第4頁(yè)/共13頁(yè)

大多數(shù)情況下，線圈的電阻R很小，漏磁通Φσ較小，即

u=-e

根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律有

由于電源電壓與產(chǎn)生的磁通同頻變化，設(shè)Φ=Φmsinωt，則u=ωNΦmsin（ωt+90°）=2πfNΦmsin（ωt+90°）電壓的有效值為

U=ωNΦm=fNΦm=4.44fNΦm

即當(dāng)鐵芯線圈上加以正弦交流電壓時(shí)，鐵芯線圈中的磁通也是按正弦規(guī)律變化。在相位上，電壓超前于磁通90°;在數(shù)值上，端電壓有效值為U=4.44fNΦm。得即電源電壓等于主磁感應(yīng)電壓。第5頁(yè)/共13頁(yè)鐵損主要由兩部分組成

（1）渦流損耗

（2）磁滯損耗二、電磁鐵電磁鐵是利用載流鐵芯線圈產(chǎn)生的電磁吸力來(lái)操縱機(jī)械裝置，以完成預(yù)期動(dòng)作的一種電器。它是將電能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能的一種電磁元件。電磁鐵主要由線圈、鐵芯及銜鐵三部分組成，鐵芯和銜鐵一般用軟磁材料制成。鐵芯一般是靜止的，線圈總是裝在鐵芯上。開(kāi)關(guān)電器中電磁鐵的銜鐵上還裝有彈簧第6頁(yè)/共13頁(yè)4.3磁路定律與計(jì)算一、磁路歐姆定律如圖所示為一個(gè)線圈匝數(shù)為N、通有電流為I、閉合磁路的平均長(zhǎng)度為L(zhǎng)、截面積為S的均勻磁路鐵芯，材料的磁導(dǎo)率為μ，在鐵芯中的磁場(chǎng)強(qiáng)度為H，磁感應(yīng)強(qiáng)度為B。

Φ=BS=μHS根據(jù)安培環(huán)路定律

=ΣI得第7頁(yè)/共13頁(yè)上式中線圈匝數(shù)與電流乘積稱為磁通勢(shì)，用字母F表示，即

F=NI磁通勢(shì)的單位是安培（A）。聯(lián)立上面幾個(gè)式子，則有如果線圈中的鐵芯換上導(dǎo)磁性能差的非磁性材料，而磁通勢(shì)NI仍保持不變，那么，由于非磁性材料的磁導(dǎo)率很小，磁路中的磁通將變得很小在磁路中也有磁阻Rm對(duì)磁通Φ（可看做磁流）起阻礙作用。根據(jù)推導(dǎo)，磁阻可用下式來(lái)決定第8頁(yè)/共13頁(yè)二、磁路基爾霍夫定律

磁力線是閉合的，因此磁通是連續(xù)的，對(duì)于磁路中任一閉合面、任一時(shí)刻穿入的磁通，必定等于穿出的磁通，在一個(gè)有分支的磁路中的節(jié)點(diǎn)處取一閉合面，磁通的代數(shù)和為零，這就是磁路基爾霍夫第一定律。在節(jié)點(diǎn)A處作一閉合面，若設(shè)穿入閉合面的磁通為正，穿出閉合面的磁通為負(fù)，則有

-Φ1-Φ2+Φ3=0

即ΣΦ=0

考慮到在磁路的任一閉合路徑中，磁場(chǎng)強(qiáng)度與磁通勢(shì)的關(guān)系應(yīng)符合安培環(huán)路定律，故有

ΣNI=ΣHL

第9頁(yè)/共13頁(yè)4.4變壓器

如圖所示為單相變壓器的原理圖，與電源相連的稱為一次繞組（又稱原邊繞組），與負(fù)載相連的稱為二次繞組（又稱副邊繞組）。一次繞組、二次繞組的匝數(shù)分別為N1和N2。當(dāng)變壓器的一次繞組接上交流電壓u1時(shí)，一次繞組中便有電流i1通過(guò)。電流i1在鐵芯中產(chǎn)生閉合磁通Φ，磁通Φ隨i1的變化而變化，從而在二次繞組中產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。如果二次繞組接有負(fù)載，則在二次繞組和負(fù)載組成的回路中有負(fù)載電流產(chǎn)生。第10頁(yè)/共13頁(yè)變壓器中一、二次繞組的電壓之比為變壓器的電壓比，即變壓器中一、二次繞組的電流之比為

|Z′|=k2|ZL|

第11頁(yè)/共13頁(yè)【例4-1】有一臺(tái)電壓為220/36V的降壓變壓器，副邊接一盞36V、40W的燈泡，試求:（1）若變壓器的原邊繞組N1=11