电工学(第二版)4铁磁材料与磁路

第四章铁磁材料与磁路,4.1铁磁材料的磁特性,4.2磁路的基本知识,4.3同名端的概念,小结,习题四,返回总目录,磁介质:磁场中的物质称为磁介质。导磁性物质对磁场的影响能力非铁磁材料:空气、木材、瓷、胶木、铜、铝之类的磁介质，其导磁能力（即对磁场的增强程度）很弱且接近，这类磁介质统称为非铁磁材料（又称为非铁磁物质）铁磁材料:铁、钴、镍和它们的合金及氧化物之类的磁介质，其导磁能力很强，这类磁介质统称为铁磁材料（又称为铁磁物质）。,第一节铁磁材料的磁特性,一、铁磁物质的磁化,用金相显微镜观察到的磁畴：,铁磁材料的磁化：若将铁磁材料放入通电线圈中（线圈称为励磁线圈，电流称为励磁电流），在励磁电流产生的外磁场的作用下，各磁畴的磁场方向趋向于外磁场的方向，产生一个很强的附加磁场，使合成的总磁场大大增强，这种现象称为铁磁材料的磁化。,(磁畴的体积约为10-9cm3）,天然磁化区磁畴:磁畴内部的分子电流排列整齐，每个磁畴相当于一个小磁体，对外显示着很强的磁性。,起始磁化曲线,0A段:近似正比的增加。（线性段）,AB段：增加缓慢。(膝部),B点以后：几乎不增加。（饱和段）,由于大量磁畴转向,剩余少量磁畴转向,空心线圈,二、磁化曲线,铁心线圈,没有磁畴可转向,为了用较小的励磁电流获得尽可能大的非饱和磁通，磁路设计的最大工作磁通，一般都取在靠近膝部的A点附近。,三、磁滞回线,当铁磁材料的励磁电流交变时，如图：,(2)磁滞现象：的变化落后于的变化，,(1)i减小为零时，铁磁材料中仍保留一部分剩余磁通，称为剩磁；,使材料完全退磁需要反向i达到一定数值的现象称为磁滞现象。,(3)磁滞损失：磁畴反复转向引起的能量损失。磁滞损失：使铁芯发热。,i,铁磁材料的磁特性是：导磁能力强，磁通与励磁电流为非线性关系，具有磁滞性和磁饱和性。磁特性的根源在于铁磁材料内部存在着磁畴。,软磁物质：磁滞损失小（硅钢、纯铁、铸铁、铁镍合金）软磁材料的磁滞现象不明显，剩磁及磁滞损失小，磁滞回线“瘦”细狭长，适宜制作交流电气设备中的铁心。硬磁物质：磁滞损失大（铬钢、钴钢、钨钢及铝镍钴合金）硬磁材料的磁滞现象显著，剩磁及磁滞损失大，磁滞回线“肥胖”，适宜制作永久磁铁。,铁磁材料的分类,返回,第二节磁路的基本知识,一、磁路的概念,变压器、电机、电磁铁等电气设备的工作需要强磁场，且要求绝大部分磁通集中在主要由铁磁材料构成的路径上，这一路径称为磁路,（a）、（b）称为无分支磁路，（c）称为有分支磁路,主磁通：在磁路中穿过的磁通称为主磁通，又称为工作磁通。漏磁通：在线圈周围的空气及其他非铁磁材料中穿过的磁通称为漏磁通。漏磁通相对主磁通很小，计算不予考虑。,磁阻：截面S、长度l，材料相同的均匀磁路段引进的类似于电阻的量,称磁介质的磁导率，单位是H/m,Rm的单位是1/H,真空的磁导率0=410-7H/m，其他非铁磁材料的磁导率0，且为常数；铁磁材料的很大，但不是常数。,直流磁路：由直流电流励磁的磁路中，磁通的方向不变，这样的磁路称为直流磁路，又称为恒定磁通的磁路。,二、直流磁路,无分支磁路的欧姆定律式,F=NI称为磁动势，单位与电流单位相同；Rm为闭合磁路的总磁阻,铁磁材料的不是常数，不能用式进行计算，只能对磁路进行定性分析。,直流磁路中的磁通不变，励磁线圈中没有感应电动势，励磁电流I仅由励磁线圈的外加电压U和线圈电阻R决定（I=U/R）。励磁线圈的电阻是不变的，当外加电压一定时，若磁路状况（中心长度、截面、材料）不同，则总磁阻和磁通也不同,交流磁路：在由交流电流励磁的磁路中，磁通随时间不断交变，这样的磁路称为交流磁路。交流铁心线圈：交流磁路的励磁线圈称为交流铁心线圈两种损耗：磁滞、涡流,三、交流磁路,当磁路中的磁通交变时，会在铁心中感应出旋涡状的电流。,1、涡流,涡流损失：涡流使铁心发热并消耗能量，称为涡流损失。,铁损：铁心中的磁滞损失与涡流损失总称铁心损失,减小涡流损失：绝缘层的硅钢片叠成交流磁路铁心（交流电机、变压器、交流接触器等）,高频交流铁心则一般采用铁淦氧磁体等,涡流应用：电磁炉、高频感应电炉、电工仪表中利用涡流产生的阻尼力矩，使仪表指针尽快停摆。,2、交流铁心线圈的电磁关系,励磁线圈外加的正弦交流电压与磁通的关系,法拉第定律,若不计铁心损失、线圈电阻和漏磁通的影响,交流铁心线圈的特点：,电源的频率及线圈的匝数一定时，,如线圈电压有效值不变，m不变；,电压的有效值改变时，m与U成,正比改变，而与磁路情况无关。,返回,第三节同名端的概念,同名端：一般地说：在具有互感关系的两个线圈中的任意一个线圈的任意一端，通入任意变化（增大或减小）的电流，由于自感电动势和互感电动势的作用，在两上线圈中，总有一对端钮（它们分属两个线圈）相对于另一对端钮，同时为高电位或低电位。这样的一对端钮称为同名端，又称为同极性端。其标记符号是“”或“*”,同名端是由两个线圈的绕向决定,若在同名端的两个端钮分别各自通进电流，则它们产生的磁通方向一致，若在异名端分别各自通进电流，则它们产生的磁通方向相反。,判断已知绕向的两个线圈的同名端方法：,【例4-1】判断图4-9所示两线圈的同名端。,【例4-2】利用同名端的定义可以判断互感电动势的方向。图4-10是已知同名端但不知绕向的两个互感线圈。试判断当i1减小时，在第二个线圈中产生互感电动势e2的方向。（图中的M表示两线圈间具有互感关系）,返回,小结,（1）铁磁材料因内部存在磁畴而具有磁特性。（2）均匀磁路段的磁阻Rm=l/S。闭合直流磁路的磁通=NI/Rm=F/Rm，常利用该式定性分析直流磁路。直流磁路没有磁滞损失和涡流损失；交流磁路存在磁滞损失和涡流损失；交流铁心线圈外加的正弦交流电压与磁通最大值的关系是U=4.44fNm。（3）同名端又叫同极性端,返回,习题四,4-1铁磁材料的磁特性有哪些？它具有磁特性的根源是什么？4-2什么是铁磁材料的磁滞现象？4-3软磁材料和硬磁材料各自的特点是什么？4-4如图4-11所示，图所示磁滞回线所对应的铁磁材料适宜用作交流电气设备的磁路；图所示磁滞回线所对应的铁磁材料适宜制作永久磁铁。,4-5将一个空心线圈先后接到直流电源和交流电源上，然后在这个线圈中插入铁心，再接上述直流电源和交流电源，交流电源电压的有效值和直流电源电压相等，试比较上述四种情况下线圈电流的大小。4-6直流磁路仅作如下之一变化，磁通将如何变化：（1）励磁线圈外加电压增大；（2）线圈匝数增多；（3）磁路中心长度增加；（4）磁路截面增大；（5）在由铁磁材料构成的磁路段上切开一小段变成气隙。4