磁路和铁心变压器实用教案

1、一、磁感应强度一、磁感应强度 （磁通密度）（磁通密度） 若在磁场若在磁场(cchng)中的一点垂直于磁场中的一点垂直于磁场(cchng)方向放置一段方向放置一段长为长为l 、通有电流、通有电流I的导体，其受到的磁力的导体，其受到的磁力为为F ，则该点磁感应强度的大小为：，则该点磁感应强度的大小为：lIFB1 Tesla = 104 高斯高斯B 的单位：特斯拉（的单位：特斯拉（Tesla）13.1 13.1 磁场的基本磁场的基本(jbn)(jbn)物理量及基本物理量及基本(jbn)(jbn)性质性质第1页/共30页第一页，共31页。二、磁通及磁通的连续性原理二、磁通及磁通的连续性原理(yunl)

2、某一面积某一面积S的磁感应强度的磁感应强度(qingd)B的通量的通量称为磁通称为磁通SSdsBdBS如果磁场如果磁场(cchng)均匀且磁场均匀且磁场(cchng)方方向垂直于向垂直于S面，则面，则磁通的连续性原理：磁通的连续性原理： 磁场中任何封闭曲面的磁通恒等于零。磁场中任何封闭曲面的磁通恒等于零。SdSB0第2页/共30页第二页，共31页。三、磁导率三、磁导率：表征各种：表征各种( zhn)材料导磁能力的物理量材料导磁能力的物理量（亨（亨/米）米）70104 真空中的磁导率真空中的磁导率( )为常数为常数0一般材料的磁导率一般材料的磁导率 和真空中的磁导率之比，和真空中的磁导率之比，称

3、为这种材料的相对磁导率称为这种材料的相对磁导率r0r1r，则称为磁性材料，则称为磁性材料1r，则称为非磁性材料，则称为非磁性材料第3页/共30页第三页，共31页。四、磁场强度四、磁场强度(cchng qingd) H 及（全电流定律）及（全电流定律） 1、 磁场强度是计算磁场所用磁场强度是计算磁场所用(su yn)的物理量，其大小的物理量，其大小为磁感应强度和导磁率之比。为磁感应强度和导磁率之比。单位：单位：B ：特斯拉：特斯拉：亨：亨/米米H：安：安/米米BH 第4页/共30页第四页，共31页。2、全电流定律（安培、全电流定律（安培(npi)环路定律）环路定律） 磁场磁场(cchng)中任何

4、闭合回路磁场中任何闭合回路磁场(cchng)强度的线强度的线积分，等于通过这个闭合路径内电流的代数和。积分，等于通过这个闭合路径内电流的代数和。HI1I2I3IlHd电流方向电流方向(fngxing)和磁场强度的方向和磁场强度的方向(fngxing)符合右手定则，电流取正；符合右手定则，电流取正；否则取负。否则取负。第5页/共30页第五页，共31页。 一、起始磁化一、起始磁化(chu)曲线曲线 1. 非线性非线性大大小小BH)(I)BH 2. 磁滞性磁滞性13.2 13.2 铁磁物质铁磁物质(wzh)(wzh)的磁化的磁化 二、磁滞回线二、磁滞回线第6页/共30页第六页，共31页。 根据磁性能

5、，磁性材料又可分为三种：软磁材根据磁性能，磁性材料又可分为三种：软磁材料（磁滞回线窄长。常用做磁头、磁心等）、永磁材料（磁滞回线窄长。常用做磁头、磁心等）、永磁材料（磁滞回线宽。常用做永久磁铁）、矩磁材料（滞料（磁滞回线宽。常用做永久磁铁）、矩磁材料（滞回线接近矩形回线接近矩形(jxng)。可用做记忆元件）。可用做记忆元件）。 三、基本三、基本(jbn)磁化曲线磁化曲线第7页/共30页第七页，共31页。磁路磁路(c l)：主磁通所经过的闭合路径。：主磁通所经过的闭合路径。1u2uis13.3 13.3 磁路磁路(c l)(c l)及磁路及磁路(c l)(c l)定律定律1 1、 磁路磁路(c

6、(c l)l) 线圈通入电流后，产生线圈通入电流后，产生磁通，分主磁通和漏磁通。磁通，分主磁通和漏磁通。s：主磁通主磁通：漏磁通漏磁通铁心铁心（导磁性能好（导磁性能好 的磁性材料）的磁性材料）线圈线圈第8页/共30页第八页，共31页。2 2、 磁路的基尔霍夫第一磁路的基尔霍夫第一(dy)(dy)定律定律 对于有分支对于有分支(fnzh)磁路，其分支磁路，其分支(fnzh)汇集处称为磁路的节点，磁路的任意节点所连接汇集处称为磁路的节点，磁路的任意节点所连接的各分支的各分支(fnzh)磁路的代数和等于零。磁路的代数和等于零。01I I1 1N N1 132N N2 2I I2 20321即：即：第

7、9页/共30页第九页，共31页。HLNI 在无分支在无分支(fnzh)的均匀磁路（磁路的材料和截面积相的均匀磁路（磁路的材料和截面积相同，各处的磁场强度相等）中，安培环路定律可写成：同，各处的磁场强度相等）中，安培环路定律可写成：磁路磁路(c l)长度长度L线圈线圈(xinqun)匝数匝数NIHL：称为磁压降。称为磁压降。NI：称为磁动势。一般称为磁动势。一般 用用 F 表示。表示。F=NI3 3、 磁路的基尔霍夫第二定律磁路的基尔霍夫第二定律第10页/共30页第十页，共31页。HLNI总磁动势总磁动势 在非均匀磁路（磁路的材料在非均匀磁路（磁路的材料(cilio)或截面积不同，或磁或截面积不

8、同，或磁场强度不等）中，总磁动势等于各段磁压降之和。场强度不等）中，总磁动势等于各段磁压降之和。00lHIHNI例：例：INl0l第11页/共30页第十一页，共31页。对于对于(duy)均匀均匀磁路磁路 LSLBHLNI磁路中的磁路中的欧姆定律欧姆定律四、磁路四、磁路(c l)的欧姆定律：的欧姆定律：则：则： mRLSNIFINSL注：由于磁性材料注：由于磁性材料 是非线性的，磁路欧姆定律多用作定性是非线性的，磁路欧姆定律多用作定性 分析，不做定量计算。分析，不做定量计算。SLRm令：令：Rm 称为磁阻称为磁阻第12页/共30页第十二页，共31页。磁路磁路(c l)和电路的比较（一）和电路的比

9、较（一）磁磁路路电电路路磁通磁通INI磁压降磁压降HL磁动势磁动势INF 电动势电动势电流电流电压降电压降UEIR+_EU第13页/共30页第十三页，共31页。基本定律基本定律mRF 磁阻磁阻SlRm磁感应磁感应强度强度(qingd)SB 安培安培(npi)环路环路定律定律HLNI0磁磁 路路IN欧姆定律欧姆定律电阻电阻(dinz)电流电流强度强度克氏克氏电压定律电压定律克氏克氏电流定律电流定律0IUEREI SlRSIJ磁路与电路的比较磁路与电路的比较 (二二)电电 路路R+_EI第14页/共30页第十四页，共31页。励磁电流：在磁路励磁电流：在磁路(c l)中用来产生磁通的电流中用来产生磁

10、通的电流励磁电流励磁电流直流直流 - 直流磁路直流磁路 交流交流 - 交流磁路交流磁路磁路分析磁路分析直流直流磁路磁路交流交流磁路磁路13.4 13.4 恒定磁通磁路恒定磁通磁路(c l)(c l)的计算的计算第15页/共30页第十五页，共31页。 线圈中的励磁电流为直流时，磁路线圈中的励磁电流为直流时，磁路(c l)中的磁中的磁通不随时间而变化，这样的磁路通不随时间而变化，这样的磁路(c l)就叫恒定磁通就叫恒定磁通磁路磁路(c l)。磁路的计算磁路的计算(j sun)的目的：的目的： 找出磁通与磁动势之间的关系。找出磁通与磁动势之间的关系。一、已知磁通求磁动势一、已知磁通求磁动势计算计算(

11、j sun)程序为：程序为：)(HlINHlHB第16页/共30页第十六页，共31页。二、已知磁动势求磁通二、已知磁动势求磁通无分支的均匀磁路，计算无分支的均匀磁路，计算(j sun)不复不复杂。杂。不均匀不均匀(jnyn)磁路，采用试探法。磁路，采用试探法。第17页/共30页第十七页，共31页。13.5 13.5 交变磁通下的铁心交变磁通下的铁心(ti xn)(ti xn)损耗损耗一、磁滞一、磁滞(c zh)损耗损耗由于磁滞现象引起由于磁滞现象引起(ynq)的能量损耗称为磁滞损耗。的能量损耗称为磁滞损耗。为了减少磁滞损耗，应尽量选用磁滞回线狭窄的为了减少磁滞损耗，应尽量选用磁滞回线狭窄的铁磁

12、材料制作铁心。铁磁材料制作铁心。二、涡流损耗二、涡流损耗处在交变磁场中的铁心，电磁感应会在铁心内产处在交变磁场中的铁心，电磁感应会在铁心内产生感应电流，称之为涡流生感应电流，称之为涡流。第18页/共30页第十八页，共31页。减小涡流损耗采用的两种措施：减小涡流损耗采用的两种措施： 一是增大铁心材料的电阻率一是增大铁心材料的电阻率 二采用互相二采用互相(h xing)绝缘的薄钢片沿着顺磁场方向叠成绝缘的薄钢片沿着顺磁场方向叠成铁心。铁心。三、铁损三、铁损铁损铁损磁滞磁滞(c zh)损耗损耗涡流损耗涡流损耗第19页/共30页第十九页，共31页。 交变铁心线圈中的电压交变铁心线圈中的电压(diny)

13、(diny)、电流及磁通、电流及磁通一、电压一、电压(diny)与磁通的关系与磁通的关系交流激励交流激励 线圈中产生感应电势线圈中产生感应电势tNeuddNiue假设假设tmsin则则tfNtNummcos2cos第20页/共30页第二十页，共31页。最大值最大值mmfNU2有效值有效值mmfNUU44.42第21页/共30页第二十一页，共31页。mNfU44.4uLeeimRIN m一定时磁动势一定时磁动势IN随磁阻随磁阻 的变化而变化。的变化而变化。mR当外加电压当外加电压U、频率、频率 f 与与线圈匝数线圈匝数N一定时，一定时， 便便确定下来。根据磁路欧姆确定下来。根据磁路欧姆定律定律

14、，当，当 m 交流磁路交流磁路(c l)的特点的特点:交流磁路和电路中的恒流源类似交流磁路和电路中的恒流源类似直流磁路中：直流磁路中：mRF 固定固定mRF随随 变化变化直流电路中：直流电路中：RIUS IS固定固定U 随随 R 变化变化第22页/共30页第二十二页，共31页。交流磁路中磁阻交流磁路中磁阻 对电流的影响对电流的影响mR电磁铁吸合过程电磁铁吸合过程(guchng)的分析：的分析： 在吸合过程中若外加电压在吸合过程中若外加电压不变不变, 则则 基本不变。基本不变。iumRmRIN 电磁铁吸合前电磁铁吸合前(气隙大）气隙大） 大大 起动电流大起动电流大 电磁铁吸合后电磁铁吸合后(气隙

15、小）气隙小） 小小 电流小电流小mR 如果气隙中有异物卡住，电磁铁长时间吸不上，线如果气隙中有异物卡住，电磁铁长时间吸不上，线圈中的电流一直很大，将会导致过热，把线圈烧坏。圈中的电流一直很大，将会导致过热，把线圈烧坏。 注意：注意：第23页/共30页第二十三页，共31页。RUI (U不变，不变，I不变）不变）mRIN mRIN ( I 随随 Rm 变化变化(binhu)）fNUm44. 4m（ U不变时，不变时， 基本基本(jbn)不变）不变）直流磁路直流磁路(c l)交流磁路交流磁路磁路磁路小结小结（随随Rm变化）变化）第24页/共30页第二十四页，共31页。13.7 13.7 交流交流(j

16、ioli)(jioli)铁心线圈的等效电路铁心线圈的等效电路一、不考虑一、不考虑(kol)线圈内阻和漏磁通时的等效电路模型线圈内阻和漏磁通时的等效电路模型对应对应(duyng)的等效电路模型为：的等效电路模型为：0XU0R202020)(RIUXIPRFe其中其中第25页/共30页第二十五页，共31页。二、考虑二、考虑(kol)线圈内阻和漏磁通时的等效电路模型线圈内阻和漏磁通时的等效电路模型U0R0XrXS2022202020)()()(RIUXIPrRrIUXIPRSFe第26页/共30页第二十六页，共31页。13.8 13.8 电磁铁电磁铁电磁铁：是利用通电铁心线圈对铁磁物质电磁铁：是利用

17、通电铁心线圈对铁磁物质(wzh)产产 生电磁吸力而工作的一种电气设备。生电磁吸力而工作的一种电气设备。SNFNS电磁铁电磁铁线圈线圈铁心铁心衔铁衔铁第27页/共30页第二十七页，共31页。电磁电磁(dinc)吸力是电磁吸力是电磁(dinc)铁的技术指标铁的技术指标之一。计算吸力的基本公式是：之一。计算吸力的基本公式是：SBF02021）直流电磁铁中，由于线圈）直流电磁铁中，由于线圈(xinqun)励磁电流的大小仅取励磁电流的大小仅取决于电源电压和线圈决于电源电压和线圈(xinqun)内阻，而与磁路的磁阻无关空内阻，而与磁路的磁阻无关空气隙越大，则磁阻越大，磁通和磁感应强度越小，吸力越小。气隙越大，则磁阻越大，磁通和磁感应强度越小，吸力越小。2）在交流）在交流(jioli)电磁铁中，磁通和磁感应强度都随时间电磁铁中，磁通和磁感应强度都随时间而变化，所以吸力也随时间变化。而变化，所以吸力也随时间变化。注意：注意：第28页/共30页第二十八页，共31页。 第十三章 结束(jish)第29页/共30页第二十九页，共31页。感谢您的观看(gunkn)！第30页/共30页第