《电工基础》课件-4.1磁路

磁路基础知识磁路基础知识1．磁场磁场的几个基本物理量天然磁石人造磁体电磁体磁场的几个基本物理量1．磁场自然界中的磁体总存在两个磁极，磁体上两个磁极为N极与S极，磁极间的相互作用为：同名磁极相互排斥，异名磁极相互吸引。通电导体对磁体有力的作用，磁体对通电导线也有力的作用，同样任意两根通电导线之间也有力的作用，这些相互作用是通过磁场发生的。磁场是存在于磁体、运动电荷周围的一种物质。磁场的基本特性是：对处于其中的磁体、电流、运动电荷有力的作用。2．磁感应强度与电磁力磁场的几个基本物理量磁体磁性的强弱用磁感应强度来表示，磁感应强度又叫磁通密度，它是表示磁场内某点磁场强弱的物理量，其大小用通过垂直于磁场方向单位面积的磁力线数目表示，符号为B。2．磁感应强度与电磁力磁场的几个基本物理量磁感应强度B在国际单位制（SI）中是特斯拉，简称特，符号为T，工程上常沿用高斯（Gs）为单位，其换算关系为：1T=104Gs。2．磁感应强度与电磁力磁场的几个基本物理量磁场的最基本的性质是对放入其中的电流或磁极有力的作用，电流垂直于磁场时受电磁力最大，电流与磁场方向平行时，电磁力为零。3．磁感线磁场的几个基本物理量为了描述磁场的强弱与方向，人们想象在磁场中画出的一组有方向的曲线，叫磁感线，也叫磁力线。磁场的几个基本物理量3．磁感线右手握住导线，让伸直的拇指所指的方向跟电流的方向一致，弯曲的四指所指的方向就是磁感线的环绕方向。右手握住螺线管，让弯曲的四指所指的方向跟电流的方向一致，伸直的拇指所指的方向就是螺线管内部磁感线的方向。直线电流的安培定则通电螺线管的安培定则5．磁通量磁场的几个基本物理量在磁场中，穿过任意面积的磁感线总量称为该截面的磁通量，简称磁通，符号

。匀强磁场中，磁通等于磁感应强度B与垂直于磁场方向的面积S的乘积：

=BS。5．磁通量磁场的几个基本物理量磁通是一个标量，它的单位在SI制中为韦伯，简称韦，符号为Wb，有时沿用麦克斯韦（Mx）为单位，其换算关系为：1Wb=108Mx。磁场的几个基本物理量6．磁场强度与磁导率磁场的强弱还与磁场中的磁介质有关，例如铁心线圈就比空心线圈的磁场强，这是由于磁介质具有一定的磁性，产生了附加磁感应强度B

。定义仅与导线中电流和导线的结构有关而与磁介质无关的物理量，称为磁场强度：H=B/

。磁场的几个基本物理量6．磁场强度与磁导率H为磁场强度，单位为安/米（A/m），为磁介质的磁导率，单位是亨/米（H/m）。磁导率表示一种磁介质导磁性能强弱的物理量，在电流大小及导体的几何形状一定的情况下，磁导率越大，对磁感应强度的影响就越大。常用铁磁材料及其特性1．铁磁材料的磁化磁场的强弱还与磁场中的磁介质有关，例如铁心线圈就比空心线圈的磁场强，这是由于磁介质具有一定的磁性，产生了附加磁感应强度B。正是由于铁磁材料具有磁化特性，才使其磁导率较非铁磁物质大得多。所以，磁化是铁磁材料的重要特性之一。磁化前：磁化后：常用铁磁材料及其特性2．磁化曲线和磁滞回线材料的磁化特性可用磁化曲线来表示。所谓磁化曲线，它是表示磁场强度H与磁通密度B之间关系的特性曲线，如右图所示。对于空气等非铁磁物质，磁通密度B与磁场强度H之间呈线性关系，即磁化曲线为一直线，如右图中直线①所示。铁磁性材料的磁通密度B与磁场强度H之间呈非线性关系，磁化曲线是一条曲线，如右图中曲线②所示。HB常用铁磁材料及其特性2．磁化曲线和磁滞回线若铁磁材料处于交变的磁场中，将进行周期性磁化，此时B和H之间的关系变为如右图所示的磁滞回线。当对称交变的磁场强度在+Hm和-Hm之间变化，对铁磁材料反复磁化时，得到如右图所示的近似对称于原点的B-H闭合曲线a－b－c－d－e－f－a，称为磁滞回线。常用铁磁材料及其特性3．铁磁材料的分类按照磁滞回线形状的不同，铁磁材料可分为三大类：软磁材料、硬磁（永磁）材料和矩磁材料。软磁材料：硬磁材料：矩磁材料：软磁：没有外磁场时磁性基本消失，磁导率高，常用于电机和变压器铁心制造。硬磁：剩磁较大且不容易消失，适合于制作永磁体，因此又称为永磁材料。4．铁磁材料的铁损耗常用铁磁材料及其特性带铁心的交流线圈中，除了线圈电阻上的功率损耗（铜损耗）外，由于其铁心处于反复磁化下，铁心中也将产生功率损耗，以发热的方式表现出来，称为铁磁损耗，简称铁耗。铁损耗磁滞损耗涡流损耗4．铁磁材料的铁损耗常用铁磁材料及其特性磁滞损耗

铁磁材料在交变磁场作用下，正反方向反复磁化，材料内部磁畴在不断运动过程中相互摩擦，消耗能量，引起材料发热，消耗功率，这种损耗称为磁滞损耗。4．铁磁材料的铁损耗常用铁磁材料及其特性磁滞损耗

磁滞损耗的大小取决于材料性质、材料体积、最大磁感应强度和磁化场的变化频率。常用铁磁材料及其特性4．铁磁材料的铁损耗涡流

由于铁磁材料也是导电体，在交变的磁场作用下，变化的磁通在铁心中感应电势并产生电流，这些电流在铁心内部环绕磁通呈旋涡状流动，称为涡流。因涡流产生损耗，称为涡流损耗。（a）圆柱形铁心（b）涡流涡流损耗与材料性质、材料体积、铁片厚度、磁通的波形、最大磁感应强度和磁化场的变化频率等因素有关。常用铁磁材料及其特性4．铁磁材料的铁损耗通常采用掺杂的方法来提高材料的电阻率能量的浪费，降低设备的效率释放出大量热量，引起铁心发热，减少设备使用寿命，甚至烧毁设备减小铁片厚度：提高铁心材料的电阻率：通常采用表面通过绝缘处理的薄钢片叠装铁心涡流损耗的危害减少涡流损耗的途径磁路基本定律1．磁路的概念磁通集中通过的路径称为磁路。励磁电流为交流，磁路中的磁通是交变的，磁路中的磁通是随时间变化而变化的，这种磁路称为交流磁路。励磁电流为直流，磁路中的磁通是恒定的，不随时间变化而变化，这种磁路称为直流磁路。电磁铁磁路：变压器磁路：2．安培环路定律磁路基本定律安培环路定律又称为全电流定律，即：在磁路中，沿任一闭合路径，磁场强度矢量的线积分，等于该闭合回路所包围电流的代数和。3．磁路欧姆定律磁路基本定律作用在磁路上的总磁动势F等于磁路内磁通量与磁路磁阻Rm的乘积，它与电路中的欧姆定律在形式上十分相似，称为磁路的欧姆定律。4．磁路基尔霍夫第一定律磁路基本定律当忽略漏磁通时，在磁路中任何一个节点处，磁通的代数和恒等于0，即：=0，这就是磁路基尔霍夫第一定律，也叫基尔霍夫磁通定律。5．磁路基尔霍夫第二定律磁路基本定律在磁场中的任何一个闭合回路中，磁压降的代数和等于磁动势的代数和，这就是磁路的基尔霍夫第二定律，也叫基尔霍夫磁压定律，用公式表示