第6章 磁路與鐵心線圈電路

一、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是表示磁場(chǎng)空間某點(diǎn)的磁場(chǎng)強(qiáng)弱和方向的物理量。它是矢量。磁場(chǎng)對(duì)電流(或運(yùn)動(dòng)電荷)有作用，而電流(或運(yùn)動(dòng)電荷)也將產(chǎn)生磁場(chǎng)。電流(或運(yùn)動(dòng)電荷)電流(或運(yùn)動(dòng)電荷)磁場(chǎng)單位：特斯拉、高斯1特斯拉=104高斯第6章磁路與鐵心線圈電路§6.1磁路及其分析方法磁感應(yīng)強(qiáng)度B

在面積S

上的通量積分稱為磁通如果是均勻磁場(chǎng)，即磁場(chǎng)內(nèi)各點(diǎn)磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小和方向均相同，且與面積S

垂直，則該面積上的磁通為或故又可稱磁感應(yīng)強(qiáng)度的數(shù)值為磁通密度。2.磁通如果用磁力線描述磁場(chǎng)，磁力線的密度就反映了磁場(chǎng)的大小。通過(guò)某一面積的磁力線總數(shù)應(yīng)表示通過(guò)該面積的磁通的大小。由于磁通的連續(xù)性，磁力線是閉合的空間曲線。根據(jù)電磁感應(yīng)公式磁通的單位為伏·秒(V·s)，由此，磁感應(yīng)強(qiáng)度的單位也可表示為韋伯每平方米

(Wb/m2)。3.磁場(chǎng)強(qiáng)度磁場(chǎng)強(qiáng)度

H

是計(jì)算磁場(chǎng)時(shí)常用的物理量，也是矢量。通過(guò)它來(lái)確定磁場(chǎng)與電流之間的關(guān)系。

工程上常根據(jù)安培環(huán)路定律來(lái)確定磁場(chǎng)與電流的關(guān)系上式左側(cè)為磁場(chǎng)強(qiáng)度矢量沿閉合回線的線積分；右側(cè)是穿過(guò)由閉合回線所圍面積的電流的代數(shù)和。磁場(chǎng)強(qiáng)度的單位是安每米（A/m）。磁導(dǎo)率μ是表示磁場(chǎng)空間媒質(zhì)磁性質(zhì)的物理量，是物質(zhì)導(dǎo)磁能力的標(biāo)志量。它與磁場(chǎng)強(qiáng)度的乘積就等于磁感應(yīng)強(qiáng)度，即磁導(dǎo)率的單位真空磁導(dǎo)率μ0：實(shí)驗(yàn)測(cè)得，真空的磁導(dǎo)率4.磁導(dǎo)率相對(duì)磁導(dǎo)率：某種物質(zhì)的磁導(dǎo)率μ與真空磁導(dǎo)率μ0的比值稱為相對(duì)磁導(dǎo)率，用μr表示。上式說(shuō)明，在同樣電流的情況下，磁場(chǎng)空間某點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度與該點(diǎn)媒質(zhì)的磁導(dǎo)率有關(guān)，若媒質(zhì)的磁導(dǎo)率為μ，則磁感應(yīng)強(qiáng)度B

將是真空中磁感應(yīng)強(qiáng)度的μr倍。非磁性材料的相對(duì)磁導(dǎo)率為常數(shù)且接近于1；磁性材料的相對(duì)磁導(dǎo)率則很大。磁性材料主要是指鐵、鈷、鎳及其合金。它們主要的磁性能如下。1.

高導(dǎo)磁性磁性材料的磁導(dǎo)率很大，μr>>1，可達(dá)102~105量級(jí)。由于高導(dǎo)磁性，在具有鐵心的線圈中通入不大的勵(lì)磁電流，便可以產(chǎn)生足夠大的磁通和磁感應(yīng)強(qiáng)度。二、磁性材料的磁性能磁性物質(zhì)因磁化產(chǎn)生的磁場(chǎng)是不會(huì)無(wú)限制增加的，當(dāng)外磁場(chǎng)(或激勵(lì)磁場(chǎng)的電流)增大到一定程度時(shí)，這時(shí)的磁感應(yīng)強(qiáng)度將達(dá)到飽和值（紅色曲線）。HB，μO(píng)μBμ與H的關(guān)系磁性物質(zhì)的磁導(dǎo)率，由于B與H不成正比，所以不是常數(shù)，隨H而變。2.磁飽和性

在鐵心線圈通有交變電流時(shí)，鐵心將受到交變磁化。但當(dāng)H減少為零時(shí)，B并未回到零值，出現(xiàn)剩磁Br。BHO磁感應(yīng)強(qiáng)度滯后于磁場(chǎng)強(qiáng)度變化的性質(zhì)稱為磁滯性。如圖為磁性物質(zhì)的磁滯回線。要使剩磁消失，通常需進(jìn)行反向磁化。將B=0時(shí)的H

值稱為矯頑磁力

Hc，（見(jiàn)圖中3和6所對(duì)應(yīng)的點(diǎn)。）12356143.磁滯性

根據(jù)滯回曲線和磁化曲線的不同，大致分成三類：(1)軟磁材料其矯頑磁力較小，磁滯回線較窄。(鐵心)(2)永磁材料其矯頑磁力較大，磁滯回線較寬。(磁鐵)(3)矩磁材料其剩磁大而矯頑磁力小，磁滯回線為矩形。(記憶元件)HBHBHB磁性物質(zhì)的分類鑄鐵、鑄鋼及硅鋼片的磁化曲線鑄鐵鑄鋼硅鋼片鑄鐵鑄鋼硅鋼片材料名稱常用磁性材料的最大相對(duì)磁導(dǎo)率、剩磁及矯頑磁力NI為了使勵(lì)磁電流產(chǎn)生盡可能大的磁通，在電磁設(shè)備或電磁元件中要放置一定形狀的鐵心。絕大部分磁通將通過(guò)鐵心形成閉合路徑——磁路。如圖所示的磁路，根據(jù)安培環(huán)路定律得出N——線圈匝數(shù)l——磁路（閉合曲線）的平均長(zhǎng)度H——磁路鐵心的磁場(chǎng)強(qiáng)度三、磁路的分析方法線圈匝數(shù)與電流的乘積NI稱為磁通勢(shì)，用字母F表示，即磁通就是由它產(chǎn)生的，其單位為安[培]（A）。將和代入，可得Rm

為磁阻，是磁路對(duì)磁通具有阻礙作用的物理量；S為磁路的截面積。此式與電路中的歐姆定律在形式上相似，稱為磁路的歐姆定律。兩者對(duì)照如下：磁路電路磁通Φ磁感應(yīng)強(qiáng)度B磁阻R=l/S電動(dòng)勢(shì)

E電流

I電流密度J電阻

R=l/γSNI+–EIR磁通勢(shì)

F變壓器是基于電磁感應(yīng)原理而制成的電器設(shè)備用途變電壓，變電流，變阻抗構(gòu)造心式和殼式兩種心式變壓器殼式變壓器§6-3變壓器一、變壓器的用途、構(gòu)造初級(jí)繞組N1名詞介紹次級(jí)繞組N2一次繞組N1二次繞組N2原繞組副繞組電源側(cè)負(fù)載側(cè)什么是變壓器空載運(yùn)行？u~Z2s

一次繞組接電源二次繞組負(fù)載開(kāi)路二、變壓器的工作原理I0U1U20u~Z2s空載電流空載運(yùn)行的結(jié)論一、二次繞組的電壓之比等于其匝數(shù)之比，等于常數(shù)k，這就是變壓器的變電壓作用變壓器空載運(yùn)行時(shí)Z2

一次繞組接電源二次繞組接負(fù)載u~U1I1I2直接接在電源上的阻抗模|Z1|接在二次側(cè)的負(fù)載阻抗模|Z2|任載運(yùn)行結(jié)論變電流作用變電壓作用變阻抗作用或變壓器任載運(yùn)行電壓保持不變，變壓器任載后，由于一、二次側(cè)均有電流通過(guò)，必然在一次側(cè)、二次側(cè)內(nèi)阻抗上產(chǎn)生電壓降，從而使二次電壓隨負(fù)載電流增加變小。稱為變壓器的外特性。變壓器外特性三、變壓器的外特性和額定值1.外特性

通常希望電壓U2的變動(dòng)愈小愈好。從空載到額定負(fù)載，二次繞組電壓的變化程度用電壓變化率U表示，即一般變壓器中，由于其電阻和漏磁感抗均很小，電壓變化率約為5％左右。一般變壓器的額定值在其銘牌上給出。額定電壓一次額定電壓U1N正常時(shí)一次繞組所加電壓的有效值。二次額定電壓U2N一次電壓為U1N時(shí)，變壓器空載時(shí)對(duì)應(yīng)二次側(cè)的空載電壓有效值，即U20=U2N額定頻率額定頻率50Hz2.額定值額定容量指二次側(cè)的輸出額定視在功率即：額定電流一次額定電流I1N一次繞組加額定電壓，正常工作時(shí)一次繞組允許長(zhǎng)期通過(guò)的最大電流有效值。二次額定電流I2N一次繞組加額定電壓，正常工作時(shí)二次繞組允許長(zhǎng)期通過(guò)的最大電流有效值。變壓器損耗△p包括鐵心中的鐵損△pFe

和繞組上的銅損△pCu

。鐵損與鐵心內(nèi)磁感應(yīng)強(qiáng)度的最大值Bm有關(guān)，銅損與負(fù)載大小有關(guān)。一次側(cè)輸入功率p1

，二次側(cè)輸出功率p2，效率為η△p=△pFe

+△pCu變壓器的功率損耗很小，效率通?？蛇_(dá)95%以上。四、變壓器的損耗和效率1.自耦變壓器結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是二次繞組是一次繞組的一部分。2.電流互感器~利用電流互感器將大電流變換為小電流。五、特殊變壓器按電壓分升壓變壓器降壓變壓器按繞組分雙繞組變壓器多繞組變壓器自耦變壓器按相數(shù)分單相變壓器三相變壓器按絕緣介質(zhì)分干式變壓器油浸變壓器氣體絕緣變壓器變壓器的分類電磁鐵是利用通電的鐵心線圈吸引銜鐵或保持某種機(jī)械零件、工件于固定位置的一種電器。銜鐵的動(dòng)作可使其他機(jī)械裝置發(fā)生聯(lián)動(dòng)。當(dāng)電源斷開(kāi)時(shí)，電磁鐵的磁性隨著消失，銜鐵或其他零件即被釋放。鐵心線圈銜鐵一、結(jié)構(gòu)二、工作原理通電的鐵心線圈對(duì)銜鐵會(huì)產(chǎn)生吸力§6-4電磁鐵鐵心線圈銜鐵銜鐵的吸合在瞬間完成鐵心線圈銜鐵通電演示電磁鐵的吸力是其主要參數(shù)之一。計(jì)算吸力的基本公式為：鐵心中的磁通是交變的，設(shè)吸力平均值由f=1/2Fm(1-cos2wt)可知，吸力在零與最大值之間脈動(dòng)。因而銜鐵以兩倍頻率在顫動(dòng)，引起噪聲，同時(shí)觸點(diǎn)容易損壞。為了消除這種現(xiàn)象，可在磁極的部分端面上套一個(gè)分磁環(huán)。在分磁環(huán)中產(chǎn)生感應(yīng)電流，以阻礙磁通變化，使磁極兩部分中的磁通之間產(chǎn)生一相位差，因而磁極各部分的吸力也就不會(huì)同時(shí)降為零，就消除了銜鐵的顫動(dòng)，也出去了噪音。交流電磁鐵的鐵心是由鋼片疊成，直流電磁鐵中，鐵心是用整個(gè)軟鋼制成的。電流恒定，無(wú)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)產(chǎn)生無(wú)磁滯和渦流損耗，可使用整塊鐵心3.吸合后，勵(lì)磁電流不變，F(xiàn)1.吸力是交變的，鐵心需加分磁環(huán)2.勵(lì)磁電流吸合前大，吸合后減小。前后吸力不變3.鐵心和銜鐵均由硅鋼片疊成，為減小鐵損。交、直流電磁鐵的特點(diǎn)直流電磁鐵特點(diǎn)交流電磁鐵特點(diǎn)磁懸浮列車(chē)德國(guó)：常規(guī)磁鐵吸引式懸浮系統(tǒng)EMS系統(tǒng)，利用常規(guī)的電磁鐵與一般鐵性物質(zhì)相吸引的基本原理，把列車(chē)吸引上來(lái)，懸空