磁路与铁心线圈电路(41)课件

1、磁场的特性可用磁场的特性可用磁感应强度、磁通、磁场强度、磁磁感应强度、磁通、磁场强度、磁磁导率磁导率等几个物理量表示等几个物理量表示。一、磁感应强度一、磁感应强度 与与磁场方向相垂直磁场方向相垂直的单位面积上通过的的单位面积上通过的磁通磁通（磁（磁力线），可表示磁场内某点的力线），可表示磁场内某点的磁场强弱和方向磁场强弱和方向。SI lFBB的的单位单位：特：特斯拉斯拉（T） 1T104Gs 的单位：韦伯的单位：韦伯矢量矢量6.1 6.1 磁路及其分析方法磁路及其分析方法6.1.1 磁场的基本物理量磁场的基本物理量二、磁通二、磁通 磁感应强度磁感应强度B与垂直于磁场方向的面积与垂直于磁场方向的

2、面积S的的乘积乘积，称为称为通过该面积通过该面积的的磁通磁通 。如如 磁场内各点的磁感应强度的磁场内各点的磁感应强度的大小相等大小相等，方向相同方向相同，这样的磁场则称为这样的磁场则称为均匀磁场均匀磁场。 BS 的单位：的单位：伏伏秒，通称为韦秒，通称为韦 伯伯 Wb 或麦克斯韦或麦克斯韦Mx 1Wb108Mx 三、磁场强度三、磁场强度 磁场强度磁场强度是计算磁场所用的物理量，其大小为是计算磁场所用的物理量，其大小为磁磁感应强度感应强度和和导磁率导磁率之之比比。BHH的单位：安米的单位：安米 的单位：亨米的单位：亨米安培环路定律（全电流定律）：安培环路定律（全电流定律）： 磁场中磁场中任何闭合

3、回路任何闭合回路磁场强度的磁场强度的线积分线积分, ,等于等于通通过这个闭合路径内过这个闭合路径内电流的代数和电流的代数和. .即即矢量矢量HI1I2I3电流方向和磁场强度的方向电流方向和磁场强度的方向符合符合右手定则右手定则，电流取，电流取正正；否则否则取取负负。IHdl 在无分支的均匀磁路在无分支的均匀磁路（磁（磁路的材料和截面积相同，各路的材料和截面积相同，各处的磁场强度相等）中，如处的磁场强度相等）中，如环形线圈，安培环路定律可环形线圈，安培环路定律可写成：写成：IxHxNIIxHlHHdlxxx2xxlNIH其中其中l x2 x是是半径为半径为x的圆周长的圆周长Hx是半径是半径 x

4、处的处的磁场强度磁场强度FNI即线圈匝数与电流的乘积，称即线圈匝数与电流的乘积，称磁通势磁通势 单位为安单位为安 培培 （A）四、磁导率四、磁导率 磁导率磁导率 是一个用来表示是一个用来表示磁场媒质磁性磁场媒质磁性和衡量和衡量物物质导磁能力质导磁能力的物理量的物理量。讨论讨论磁场内某一点的磁场强度磁场内某一点的磁场强度H与与 有关吗有关吗？xxxlNIHB 由上两式可知，磁场内某一点的由上两式可知，磁场内某一点的H只与电流大小、只与电流大小、线圈匝数线圈匝数及及该点的几何位置该点的几何位置有关，有关，而与而与 无关无关xxlNIH 真空中的磁导率为常数真空中的磁导率为常数mH /10470一般

5、材料的磁导率一般材料的磁导率 和真空磁导率和真空磁导率 0 0 的比值，称为的比值，称为该物质的相对磁导率该物质的相对磁导率 r r 0r 或或00BBHHr磁性材料非磁性材料11rr返回返回磁性材料的磁性能磁性材料的磁性能 一、高导磁性一、高导磁性 指磁性材料的磁导率很高，指磁性材料的磁导率很高， r r11，使其具有，使其具有被强烈磁化被强烈磁化的特性。的特性。二、磁饱和性二、磁饱和性 当外磁场（或励磁电流）增大到一定值时，磁性当外磁场（或励磁电流）增大到一定值时，磁性材料的全部磁畴的磁场方向都转向与磁场的方向一致，材料的全部磁畴的磁场方向都转向与磁场的方向一致，磁化磁场的磁化磁场的磁感应

6、强度磁感应强度B BJ J达到饱和值达到饱和值。 6.1.2 6.1.2 磁性材料的磁性能磁性材料的磁性能高导磁性、磁饱和性、磁滞性、非线性高导磁性、磁饱和性、磁滞性、非线性BBB00BJba磁化曲线磁化曲线B和和 与与H的关系的关系B， BHO 注注当有磁性物质存在当有磁性物质存在时时B与与H不成比例，不成比例， 与与I也不成比例也不成比例。三、磁滞性三、磁滞性 当铁心线圈中通有当铁心线圈中通有交变电流交变电流（大小和方向都变化）（大小和方向都变化）时，铁心就受到交变磁化，时，铁心就受到交变磁化，电流变化电流变化时，时，B随随H而变化而变化，当当H已减到零值时已减到零值时，但，但B未回到零未

7、回到零，这种磁感应强度滞，这种磁感应强度滞后于磁场强度变化的性质称磁性物质的磁滞性。后于磁场强度变化的性质称磁性物质的磁滞性。BH123456O磁滞回线磁滞回线剩磁：剩磁：当线圈中当线圈中电流减到电流减到零零（H0），铁心在磁化时所），铁心在磁化时所获的磁性还获的磁性还未未完全消失，这完全消失，这时铁心中所时铁心中所保留保留的磁感应强的磁感应强度称为剩磁感应强度度称为剩磁感应强度Br根据根据磁性能磁性能，磁性材料又可分为，磁性材料又可分为三种三种：软磁材料软磁材料（磁滞回线窄长。常用做磁头、磁心等）、（磁滞回线窄长。常用做磁头、磁心等）、永磁材料永磁材料（磁滞回线宽。常用做永久磁铁）、（磁滞回

8、线宽。常用做永久磁铁）、矩磁材料矩磁材料（磁滞回线接近矩形。可用做记忆元件）。（磁滞回线接近矩形。可用做记忆元件）。返回返回1u2uis一、磁路一、磁路 线圈线圈通入电流通入电流后，产生磁通，分后，产生磁通，分主磁通主磁通 和和漏磁通漏磁通 S。线圈线圈铁心铁心6.1.3 6.1.3 磁路及其基本定律磁路及其基本定律二、磁路的欧姆定律二、磁路的欧姆定律对于环形线圈对于环形线圈lSlBHlNIRmFSlNI磁路的磁路的欧姆定律欧姆定律说明说明F=NI为磁通势为磁通势 Rm为磁阻为磁阻l为磁路的平均长度为磁路的平均长度 S为磁路的截面积为磁路的截面积INR+_EIU磁路与电路对照磁路与电路对照磁路

9、磁路电路电路磁通势磁通势F电动势电动势E磁通磁通 电流电流I磁感应强度磁感应强度B电流密度电流密度J磁阻磁阻Rm电阻电阻RSlRmSlR磁路的计算磁路的计算 在计算电机、电器等的磁路时，要在计算电机、电器等的磁路时，要预先给定铁心预先给定铁心中中的的磁通磁通（或磁感应强度），而后按照所给的（或磁感应强度），而后按照所给的磁通及磁路各段的尺寸和材料去求产生预定磁通所磁通及磁路各段的尺寸和材料去求产生预定磁通所需的磁通势需的磁通势FNI。 计算均匀磁路要用磁场强度计算均匀磁路要用磁场强度H，即即NIHl， 如磁路由不同的材料、长度和截面积的几段组如磁路由不同的材料、长度和截面积的几段组成，则磁路由

10、磁阻不同的几段串联而成。成，则磁路由磁阻不同的几段串联而成。 NIH1 l1H2 l2 （H l）如如：由三段串联而成的由三段串联而成的 继电器磁路继电器磁路 B1B0B2H1S1S2S0H2H0Bf（H）Bf（H）Bf（H）l1l2H11H22H0 （H ）NI llIl1S2S1l1 1 2 0 l2解解磁路的平均长度为磁路的平均长度为 l（1015）2） 39.2cm查铸钢的磁化曲线查铸钢的磁化曲线，当当B0.9T 时时， H1500Am于是于是 H1 l1195A空气隙中的磁场强度为空气隙中的磁场强度为 H0B0 00.9（4 107）7.2105A/m有一环形铁心线圈，其内径为有一环

11、形铁心线圈，其内径为10cm，外径为外径为15cm，铁铁心材料为铸钢。磁路中含有一空气气隙，其长度等于心材料为铸钢。磁路中含有一空气气隙，其长度等于0.2cm0.2cm。设线圈中通有。设线圈中通有1A1A电流，如要得到电流，如要得到0.9T0.9T的磁感应的磁感应强度，试求强度，试求线圈匝数线圈匝数。例题例题6.16.1H0 7.2 105 0.2 10-21440A总磁通势为总磁通势为 NI （H l）H1 l1H0 19514401635线圈匝数为线圈匝数为 NNII1635 若要得到相等的磁感应强度，采用磁导率高的铁若要得到相等的磁感应强度，采用磁导率高的铁心材料，可使线圈的心材料，可使

12、线圈的用铜量用铜量大为大为降低。降低。 若线圈中通有同样大小的励磁电流，要若线圈中通有同样大小的励磁电流，要得到相等得到相等的磁通的磁通，采用磁导率高的铁心材料，可使铁心的，采用磁导率高的铁心材料，可使铁心的用用铁量铁量大为大为降低降低 当磁路中含有空气隙时，由于其当磁路中含有空气隙时，由于其磁阻较大磁阻较大，要得要得到相等的磁感应强度到相等的磁感应强度，必须增大励磁电流（必须增大励磁电流（线圈匝线圈匝数一定）数一定）结论结论返回返回一、电磁关系一、电磁关系铁心线圈分为：铁心线圈分为：直流铁心线圈直流铁心线圈和和交流铁心线圈交流铁心线圈uee i铁心线圈的交流电路铁心线圈的交流电路ui（Ni）

13、 ee dtdNedtdiLdtdNe6.2 6.2 交流铁心线圈电路交流铁心线圈电路OL，Li 和和 L 与与 i 的关系的关系注注励磁电流励磁电流 i与与 之间线性关系之间线性关系i 与与 之间不存在线性关系之间不存在线性关系二、电压电流关系二、电压电流关系44. 444. 4VSfNBfNEUmm铁心中磁感应铁心中磁感应强度的最大值强度的最大值铁心截面积铁心截面积三、功率损耗三、功率损耗铜损铜损 Pcu：线圈电阻：线圈电阻R上的功率损耗。上的功率损耗。铁损铁损 Pfe：在交变磁通的作用下，由磁滞和涡流在交变磁通的作用下，由磁滞和涡流 产生的功率损耗。包括磁滞损耗产生的功率损耗。包括磁滞损

14、耗 Ph 和涡流损耗和涡流损耗 Pe。 变压器是一种常见的电气设备，在电力系统和电变压器是一种常见的电气设备，在电力系统和电子线路中应用广泛。子线路中应用广泛。变电压：变电压：电力系统电力系统 变阻抗：变阻抗：电子线路中的阻抗匹配电子线路中的阻抗匹配变电流：变电流：电流互感器电流互感器 ： 在能量传输过程中，当输送功率在能量传输过程中，当输送功率P =UI cos 及及负载功率因数负载功率因数cos 一定时：一定时：电能损耗小电能损耗小节省金属材料（经济）节省金属材料（经济）U I P = I RlI S 发电厂发电厂10.5kV输电线输电线220kV升压升压仪器仪器36V降压降压实验室实验室

15、380 / 220V降压降压变电站变电站 10kV降压降压降压降压单相变压器单相变压器1u2u1i2i+变压器的磁路变压器的磁路由高导磁硅钢片叠成由高导磁硅钢片叠成厚厚0.35mm 或或 0.5mm铁心铁心一次一次绕组绕组N1二次二次绕组绕组N2铁心铁心变压器的结构变压器的结构单相变压器单相变压器1u2u1i2i+一次一次绕组绕组N1二次二次绕组绕组N2铁心铁心(2) 带负载运行情况带负载运行情况一次侧接交流电源，一次侧接交流电源，二次侧二次侧。1u+1e+1e+ 11N2N 1u dd11tNe 1 dd111tiLe tNedd 22 i1 ( i1N1) i1i2 ( i2N2) 2有载

16、时，铁心有载时，铁心中主磁通中主磁通 是是由一次、二次由一次、二次绕组磁通势共绕组磁通势共同产生的合成同产生的合成磁通。磁通。 2i2+e2+e 2+u2 dd2tiLe22 t)sin(tNtNm111 dddde tN cosm1 )90t(sinm1 E1m144.4NfE 222111mmfNEE )90t(sinm22 Ee2m244. 4NfE t, sinm 1u+1e+1e+ 11N2N i1 2i2+e2+e 2+u2根据根据KVL：1111111111jEIXIREEIRU 变压器一次侧等效电路如图变压器一次侧等效电路如图1E1R1I1U1E+1u+1e+1e+ 11N2N

17、 i1 2i2+e2+e 2+u2 由于电阻由于电阻 R1 和感抗和感抗 (或漏磁通或漏磁通)较小较小,其两端其两端的电压也较小的电压也较小,与主磁电动势与主磁电动势 E 比较可忽略不计，比较可忽略不计，则则1m1111444Nf.EUEU 一次侧一次侧一次侧一次侧KNNEEUU 2121201根据根据KVL：2m220224440Nf.EUU,I 结论：改变匝数比，就能改变输出电压。结论：改变匝数比，就能改变输出电压。222222222jUIXIRUEIRE 22U+1u+1e+1e+1N2N+1 11 1m m1 1( (U U E E = =4 4. .4 44 4f fN N ) )高

18、压绕组：高压绕组：U2、 V2 、W2 : 尾端尾端U1、 V1 、W1 : 首端首端低压绕组：低压绕组：u1、v1 、w1: 首端首端u2、v2 、w2: 尾端尾端/000YYYYYYYY、：高压绕组接法高压绕组接法低压绕组接法低压绕组接法:YY0/三相配电变压器三相配电变压器: Y/动力供电系统（井下照明）动力供电系统（井下照明）: Y0/U1U2u1u2V1V2v1v2W1W2w1w212UUU131U1U+V2W323KUKUU12 w1+v1u1123 U3 UPP12UUPPK12UUU1311PUU 1UKUUU312P2 +V1W1u1v1w1P1P23UUP1P233UKU2

19、222ZUIZ 1m11 44 4 Nf.EU m10 Nim2211 NiNi+|Z|2i1u2e1i1e1N2N+2u一般情况下：一般情况下：I0 (23)%I1N 很小可忽略。很小可忽略。2211 NiNi 所所以以或或2211NINI 2211NINI 所所以以KNNII11221 结论：一次、二次侧电流与匝数成反比。结论：一次、二次侧电流与匝数成反比。或：或：221011NiNiNi 22Ni102211NiNiNi 空载磁势空载磁势有载磁势有载磁势Z =Z =11UZ =IZKZ2 结论：结论： 变压器一次侧的等效阻抗模，为二次变压器一次侧的等效阻抗模，为二次侧所带负载的阻抗模的侧

20、所带负载的阻抗模的K 2 倍。倍。 1U2U1I2IZ+1U1IZ +12N(K)N假假设设11UI22UI22KU=IK222UK=I2KZ：108800L21 LRRNNK如图，交流信号源的电动如图，交流信号源的电动势势 E= 120V，内阻，内阻 R 0=800 ，负载为扬声器，其等效电阻为负载为扬声器，其等效电阻为RL=8 。要求。要求: (1)当当RL折算到折算到原边的等效电阻原边的等效电阻 时，时，求变压器的匝数比和信号源输求变压器的匝数比和信号源输出的功率；（出的功率；（2）当将负载直）当将负载直接与信号源联接时接与信号源联接时,信号源输信号源输出多大功率？出多大功率？0LRR

21、I1N2U2IR0+2NRLE信号源信号源+R0EILR W548008008001202L2L0.RRREP 0LRR W1760888001202L2L0.RRREP （2，为：为：信号源信号源+R0EIRL2cm 18901422.S 1920101811504443804444m11 .SfB.UN19038036051192005112112012 .UU.NUUNNA 39136502N2.USI A 130380501N1.USI JIddJI 4 , 42 mm250mm 2560521430.134411.JId取取 mm90mm 840521433914422.JId取取 变压器额定容量变压器额定容量(KVA)S:三相三相D:单相单相 1U2U+N1N1N2N2NIUIUS N1N1N2N2N33IUIUS 21PP 一次侧输入功率：一次侧输入功率： cos222IUP 输出功率：输出功率： 变压器运行变压器运行时的功率取时的功率取决于负载的决于负载的性质性质1U2U