模塊6 磁路簡介《電工技術(shù)基礎(chǔ)》教學(xué)課件

《電工技術(shù)基礎(chǔ)》?精品課件合集第X章XXXX模塊6

磁路簡介第二篇

電機(jī)與控制第六章

磁路簡介第七章變壓器第八章電動機(jī)第九章繼電-接觸器控制電路設(shè)計與分析第六章磁路簡介第一節(jié)磁場的基礎(chǔ)知識第二節(jié)磁性材料第三節(jié)磁路基礎(chǔ)和磁路的基本定律第四節(jié)直流磁路第五節(jié)交流磁路與交流鐵芯線圈第六節(jié)電磁鐵第一節(jié)磁場的基礎(chǔ)知識一、磁感應(yīng)強(qiáng)度B二、磁通Ф三、磁場強(qiáng)度H四、磁導(dǎo)率

五、磁場能量六、安培環(huán)路定律很多電氣設(shè)備的工作原理既涉及到電路問題又涉及到磁路問題，如電動機(jī)、變壓器、繼電器、電磁閥以及電工測量儀表等。磁感應(yīng)強(qiáng)度是描述磁場強(qiáng)弱和方向的基本物理量。B也被稱為磁通量密度或磁通密度。定義：單價正電荷在磁場中以單位速度沿與磁場垂直方向運動時所受的最大磁場力。它的方向與產(chǎn)生磁場的勵磁電流的方向遵循右手螺旋定則，即一、磁感應(yīng)強(qiáng)度B

B的單位為特斯拉（Tesla），簡稱特（T）。磁通又稱磁通量，是通過某一截面積的磁力線總數(shù)。定義：二、磁通Ф

如果磁場中的B大小處處相等，方向相同，這樣的磁場為均勻磁場。如果磁場方向與所取截面S垂直，則

B越大，S越大，穿過這個面的磁感線條數(shù)就越多，磁通量就越大。

的單位為韋伯（Wb）。磁場強(qiáng)度是線圈安匝數(shù)的一個表征量，反映磁場的強(qiáng)弱。磁場強(qiáng)度H與磁感應(yīng)強(qiáng)度B關(guān)系式：三、磁場強(qiáng)度H

H的單位為安/米（A/m）。磁導(dǎo)率是表征磁介質(zhì)磁性的物理量。物質(zhì)按導(dǎo)磁性能分為鐵磁物質(zhì)和非鐵磁物質(zhì)兩類。四、磁導(dǎo)率

的單位為亨利/米（H/m）。

任意一種物質(zhì)的磁導(dǎo)率

和真空的磁導(dǎo)率

0的比值，稱為該物質(zhì)的相對磁導(dǎo)率

γ

，即真空磁導(dǎo)率:

當(dāng)線圈中通有電流時，線圈中就要儲存磁場能量。五、磁場能量磁場能量和電場能量有許多相同的特點：（1）磁場能量和電場能量在電路中的轉(zhuǎn)化都是可逆的。

（2）磁場能量的計算公式，在形式上與電場能量的計算公式相同。安培環(huán)路定律也稱全電流定律，在磁場中，任取一閉合路徑，沿此路徑對磁場強(qiáng)度H的矢量的線積分恒等于積分線所環(huán)鏈的傳導(dǎo)電流的代數(shù)和，即六、安培環(huán)路定律電流的正負(fù)確定：任意選定一個閉合回線的繞行方向，凡與繞行方向成右手旋螺旋關(guān)系時為正，反之為負(fù)。第二節(jié)磁性材料一、磁性材料的主要特性二、磁性材料的分類一、磁性材料的主要特性磁性材料主要是指鐵、鎳、鈷及合金。無論磁性材料還是非磁性材料在無外界磁場的環(huán)境中都不顯磁性，一旦有外界磁場，磁性材料就會顯示很強(qiáng)的磁性，即磁性材料被磁化了。磁性材料的磁化示意圖(a)無外磁場磁疇排列雜散(b)在外磁場作用下，磁疇排列趨于一致B非磁性材料沒有磁疇結(jié)構(gòu)，不具有磁化特性。1.磁導(dǎo)率高磁性材料在磁化過程中，磁感應(yīng)強(qiáng)度B隨外加磁場強(qiáng)度H變化的曲線稱為磁化曲線。1

是合成的總磁場的磁化曲線；2

是磁性材料的磁化曲線；3

是真空的磁化曲線磁性材料因磁化產(chǎn)生的磁場是不會無限制增加，當(dāng)外磁場增大到一定程度時，全部磁疇都會轉(zhuǎn)向與外場方向一致。這時的磁感應(yīng)強(qiáng)度將達(dá)到飽和值（即磁性材料的磁飽和性）。2.磁飽和性一、磁性材料的主要特性3.磁滯現(xiàn)象

(1)磁滯回線。磁滯性則主要表現(xiàn)在當(dāng)將一塊尚未磁化的鐵磁材料放在磁場內(nèi)反復(fù)交變磁化，便可獲得一個對稱于原點的閉合曲線，稱為磁滯回線。一、磁性材料的主要特性（2）矯頑磁力。Bm為飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度，當(dāng)磁化電流減小使H為0時，B的變化滯后于H，有剩磁Br。為消除剩磁，須加反向磁場Hc，稱為矯頑磁力。（3）磁滯損耗。產(chǎn)生磁滯現(xiàn)象的原因是鐵磁材料中磁分子在磁化過程中彼此具有摩擦力而互相牽制。由此引起的損耗叫磁滯損耗。三、磁性材料的分類

根據(jù)磁性材料特性各用途通常分為三大類：H0B永磁材料

0HB矩磁材料H0B軟磁材料其剩磁較大而矯頑力較高，磁滯回線面積較大。其矯頑磁力較小，磁滯回線較窄。

其剩磁大而矯頑磁力小，磁滯回線為矩形。三、磁性材料的分類幾種常用磁性材料的磁化曲線第三節(jié)磁路基礎(chǔ)和磁路的基本定律一、磁路基礎(chǔ)二、磁路的基本定律三、磁路的分析與計算一、磁路基礎(chǔ)

磁路是由鐵芯與線圈構(gòu)成，使磁通絕大部分通過的閉合回路。磁路通常由鐵磁材料及空氣隙兩部分組成。

典型磁路示意圖

構(gòu)成磁路的重要材料是鐵磁性材料，鐵磁性材料主要有鑄鋼、硅鋼片、鐵及與鈷鎳的合金、鐵氧體等，它們在外磁場的作用下將被強(qiáng)烈地磁化，使磁場顯著增強(qiáng)，可以把絕大部分磁力線集中在其內(nèi)部和一定的方向上。二、磁路的基本定律1.磁路歐姆定律

設(shè)由某種鐵磁材料構(gòu)成的均勻磁路，其長度為l，截面積為S，由于磁路上各點的μ值、B值相等，磁場強(qiáng)度H也相等，故通過S截面的磁通Φ可表示為根據(jù)安培環(huán)路定律，對于均勻磁路有N為繞組的匝數(shù)，由于積分與路徑無關(guān)，只與路徑內(nèi)包含的導(dǎo)體電流的大小和方向有關(guān)，可見電流是產(chǎn)生磁場的源泉，即Fm稱為磁通勢二、磁路的基本定律1.磁路歐姆定律令磁阻磁路歐姆定律二、磁路的基本定律2.磁路的基爾霍夫第一定律穿過任一閉合面的磁通等于穿出該閉合面的磁通。二、磁路的基本定律3.磁路的基爾霍夫第二定律在任一閉合磁路中，磁動勢NI之和等于各段上磁壓降Hl之和。三、磁路的分析與計算例：一閉合均勻鐵心磁路，線圈匝數(shù)N＝300匝，磁路平均長度l＝0.45m，要求在鐵心中產(chǎn)生0.9T的磁感應(yīng)強(qiáng)度B。試求：①當(dāng)磁路用鑄鐵材料時，線圈中勵磁電流I；

②當(dāng)用硅鋼片時，線圈中勵磁電流I。

解：從B─H磁化曲線上查出磁場強(qiáng)度

解：從B─H磁化曲線上查出磁場強(qiáng)度

鑄鐵鑄鋼硅鋼片鑄鐵鑄鋼硅鋼片B=0.9TH鑄＝9000A/mH硅＝260A/m三、磁路的分析與計算H鑄＝9000A/m

H硅＝260A/m

勵磁電流I

在不同材料的磁路中要得到同樣大小的磁感應(yīng)強(qiáng)度，所需的激勵電流大小不同，而且相差很大。采用高導(dǎo)磁材料做鐵心，材料用量下降，設(shè)備體積相應(yīng)減少。三、磁路的分析與計算第四節(jié)直流磁路

鐵芯線圈的電磁關(guān)系有兩種：一種是用直流勵磁，另一種是用交流勵磁。

直流勵磁的鐵芯線圈，磁通恒定，電流I的大小只與線圈電阻R有關(guān)，功率損耗也只有I

2R，即所謂銅損。

交流鐵芯線圈的電磁關(guān)系與功率損耗等是比較復(fù)雜的，它也是變壓器與交流電機(jī)的基礎(chǔ)。直流磁路的計算例1：有一線圈，其匝數(shù)N＝800匝，繞在由鑄鋼制成的閉合鐵芯上，鐵芯的截面積SFe=20cm

2，鐵芯的平均長度lFe＝40cm。如果要在鐵芯中產(chǎn)生磁通Ф=0.002Wb，試求線圈中應(yīng)該通入多大的直流電？

解：從B─H磁化曲線上查出磁場強(qiáng)度

查鑄鋼的磁化曲線圖得（T）直流磁路的計算例2：如果上題的鐵芯中含有δ=0.3cm的空氣隙（與鐵芯柱垂直），由于空氣隙較短，磁通的邊緣擴(kuò)散可以忽略不計，試問線圈中的電流必須多大才可以使鐵芯中的磁感應(yīng)強(qiáng)度保持上題中的數(shù)值？解：由上題可知查從B─H磁化曲圖得直流磁路的計算例3：一個環(huán)形線圈如圖所示，其外徑D1=86mm，內(nèi)徑D2＝74mm，線圈匝數(shù)N＝100匝，勵磁電流I＝1.25A。若環(huán)形線圈的心子分別采用鑄鋼、電工鋼片和非磁性材料塑料制成，試分別計算磁路中的磁通和它們的磁導(dǎo)率。解：磁路的平均長度l（m）（A/m）環(huán)形鐵芯的截面積S直流磁路的計算例3：一個環(huán)形線圈如圖所示，其外徑D1=86mm，內(nèi)徑D2＝74mm，線圈匝數(shù)N＝100匝，勵磁電流I＝1.25A。若環(huán)形線圈的心子分別采用鑄鋼、電工鋼片和非磁性材料塑料制成，試分別計算磁路中的磁通和它們的磁導(dǎo)率。查B─H磁化曲圖得，H＝500A/m時鑄鋼的磁感應(yīng)強(qiáng)度B＝0.64T電工硅鋼片的磁感應(yīng)強(qiáng)度B＝1.25T。解：l=0.25mH=500A/mS=2.8310-5m2直流磁路的計算解：l=0.25mH=500A/mS=2.8310-5m2鑄鋼B＝0.64T硅鋼片B＝1.25T。塑料（Wb）（Wb）（Wb）（H/m）（H/m）（H/m）（T）第五節(jié)交流磁路與交流鐵芯線圈一、磁通與電壓的關(guān)系

二、鐵芯線圈的功率損耗

三、交流鐵芯線圈的等效電路交流鐵心線圈電路鐵心線圈分為兩種直流鐵心線圈電路

直流鐵心線圈外加直流產(chǎn)生的磁通是恒定的，在線圈和鐵心中不會產(chǎn)生感應(yīng)電動勢。如：直流電機(jī)的勵磁線圈、電磁吸盤及各種直流電器的線圈。交流鐵心線圈外加正弦交流電壓產(chǎn)生的磁通是正弦交變磁通，其建立的磁場是正弦交變磁場。如：交流電機(jī)、變壓器及各種交流電器的線圈。一、磁通與電壓的關(guān)系

磁通的絕大部分在鐵芯內(nèi)流通，這部分磁通稱為主磁通Ф。

Ф產(chǎn)生的主磁電動勢為e。極少部分通過周圍的空氣閉合，稱為漏磁通Фσ。

Фσ產(chǎn)生的漏磁電動勢為eσ交流鐵心線圈電路一、磁通與電壓的關(guān)系KVL：一、磁通與電壓的關(guān)系

因漏磁通Фσ和線圈電阻R均較小，則1.銅損耗銅損功率損耗鐵損磁滯損耗渦流損耗二、鐵芯線圈的功率損耗銅損是指電流在線圈導(dǎo)線電阻上產(chǎn)生的損耗，即2.鐵損耗(1)磁滯損耗

磁滯損耗是指鐵磁物質(zhì)在交變磁化過程中，由于磁滯現(xiàn)象而引發(fā)的能量損耗。二、鐵芯線圈的功率損耗2.鐵損耗(1)磁滯損耗(2)渦流損耗導(dǎo)體在非均勻磁場中移動或處在隨時間變化的磁場中時，導(dǎo)體內(nèi)感生電流導(dǎo)致的能量損耗，叫渦流損耗。三、交流鐵芯線圈的等效電路例：將一個匝數(shù)N＝100匝的鐵芯線圈接到電壓US＝220V的工頻正弦電源上，測得線圈的電流I＝4A，功率P＝100W。不計線圈電阻及漏磁通，試求鐵芯線圈的主磁通Φm，串聯(lián)電路模型的Z0，并聯(lián)電路模型的Y0。解：由US＝4.44fNΦm得

三、交流鐵芯線圈的等效電路第六節(jié)電磁鐵一、直流電磁鐵

二、交流電磁鐵

三、電磁鐵的應(yīng)用電磁鐵是自動控制系統(tǒng)中廣泛應(yīng)用的一種執(zhí)行元件。它是利用通電線圈在鐵芯中產(chǎn)生磁場、電磁場對磁性材料產(chǎn)生吸力的原理制造的機(jī)構(gòu)，統(tǒng)稱為電磁鐵。電磁鐵的種類很多，但基本結(jié)構(gòu)是相同的。一般由勵磁線圈、鐵芯及銜鐵三部分構(gòu)成電磁鐵電磁鐵按勵磁電流分為直流電磁鐵和交流電磁鐵兩種。

直流電磁鐵銜鐵所受到的吸力F的大小和兩極間的磁感應(yīng)強(qiáng)度B成正比。此外，在B為一定值的情況下，若氣隙磁路的面積S越大，則吸力也越大。電磁力為一、直流電磁鐵F單位為N（牛頓）

直流電磁鐵中沒有渦流損耗，所以鐵芯由整塊的硅鋼制成。另外，在直流電磁鐵中，勵磁電流的大小僅與線圈的導(dǎo)線電阻有關(guān)，不因氣隙的大小而變化，當(dāng)電壓一定時電流也為定值。