第四章磁路与铁心线圈电路1

1、4.1 4.1 磁路及其分析方法磁路及其分析方法4.2 4.2 交流铁心线圈电路交流铁心线圈电路4.3 4.3 变压器变压器2. 了解变压器的基本结构、工作原理、理解变压器了解变压器的基本结构、工作原理、理解变压器额定值的意义；额定值的意义；3. 掌握变压器电压、电流和阻抗变换作用；掌握变压器电压、电流和阻抗变换作用；本章要求：本章要求：1. 理解磁场的基本物理量的意义，了解磁性材料的理解磁场的基本物理量的意义，了解磁性材料的基本知识及磁路的基本定律；基本知识及磁路的基本定律；磁路的概念：磁路的概念： 在电机、变压器及各种铁磁元件中常用磁性材料在电机、变压器及各种铁磁元件中常用磁性材料做成一定

2、形状的铁心。铁心的磁导率比周围空气或做成一定形状的铁心。铁心的磁导率比周围空气或其它物质的磁导率高的多，磁通的绝大部分经过铁其它物质的磁导率高的多，磁通的绝大部分经过铁心形成闭合通路。心形成闭合通路。+NIfNSS4.1 4.1 磁路及其分析方法磁路及其分析方法磁通的闭合路径称为磁路。磁通的闭合路径称为磁路。4.1.1 4.1.1 磁场的基本物理量磁场的基本物理量B 是计算磁场所用的物理量。是计算磁场所用的物理量。H电流本身产生的磁场强弱与介质无关电流本身产生的磁场强弱与介质无关B电流及介质被磁化后所产生的磁场强弱电流及介质被磁化后所产生的磁场强弱H/m10470 0r HB 如变压器、电机和

3、许多电器中，为了把磁场聚集在一定如变压器、电机和许多电器中，为了把磁场聚集在一定的空间范围内，常把线圈绕在高导磁率的铁磁材料上的空间范围内，常把线圈绕在高导磁率的铁磁材料上,铁磁材铁磁材料做成一定的形状（称为铁芯），使之形成一个磁通的路径料做成一定的形状（称为铁芯），使之形成一个磁通的路径（磁路）。同时（磁路）。同时用较小的电流产生足够强的磁场，用较小的电流产生足够强的磁场，且可以减且可以减小体积、小体积、 减轻重量。减轻重量。主磁通主磁通漏磁通漏磁通铁心铁心由铁心形状决定由铁心形状决定从从B - HB - H曲线图上可以看到，在开始时磁感应强度曲线图上可以看到，在开始时磁感应强度B B 值随

4、值随磁场强度的增加而急速地增加，当达到一定的强度，磁场强度的增加而急速地增加，当达到一定的强度，B B的值不再随的值不再随H H的增强而增加，这时磁化己达到饱和。这的增强而增加，这时磁化己达到饱和。这种现象称为种现象称为磁饱和现象磁饱和现象。 B B和不是简单的正比关系，和不是简单的正比关系，而是比较复杂的函数关系。即而是比较复杂的函数关系。即铁磁物质的磁导率铁磁物质的磁导率不是不是恒量，而是随磁场强度变化而变化。恒量，而是随磁场强度变化而变化。HB 饱和饱和 磁性材料在交变磁场中反复磁化。其磁性材料在交变磁场中反复磁化。其B-H关系曲线关系曲线是一条回形闭合曲线，称为是一条回形闭合曲线，称为

5、磁滞回线磁滞回线。磁滞性：磁滞性：磁性材料中磁性材料中B的变化总是滞后于的变化总是滞后于H的变化。的变化。剩磁感应强度剩磁感应强度Br (剩磁剩磁) ： H=0时，时，B=Br。矫顽磁力矫顽磁力Hc： 使使 B = 0 所需的所需的 H 值。值。 磁性物质不同，其磁滞回线磁性物质不同，其磁滞回线和磁化曲线也不同。和磁化曲线也不同。磁滞性表征了物质的磁化特征磁滞性表征了物质的磁化特征,按磁滞回线的不同按磁滞回线的不同磁物质分为磁物质分为 矫顽力矫顽力HcHc大，剩磁大，剩磁BrBr较大。它的较大。它的磁滞回线肥大，磁滞特性显著，因此，磁滞回线肥大，磁滞特性显著，因此，硬磁材料充磁后，仍能保留很强

6、的剩硬磁材料充磁后，仍能保留很强的剩磁，并且这种剩磁不易消除，这种硬磁，并且这种剩磁不易消除，这种硬磁材料（碳钢、铝镍钴、稀土钴和硬磁材料（碳钢、铝镍钴、稀土钴和硬磁铁氧体等）适合于磁铁氧体等）适合于制成永久磁铁制成永久磁铁。例如，磁电式电表、永磁扬声器、耳例如，磁电式电表、永磁扬声器、耳机、小型直流电机以及雷达中的磁控机、小型直流电机以及雷达中的磁控管等用的永久磁铁，都是由硬磁材料管等用的永久磁铁，都是由硬磁材料做成的。做成的。 （1）永磁物质）永磁物质中中Br（2）软磁物质）软磁物质 矫顽力矫顽力HcHc小，剩磁小，剩磁BrBr小。磁滞损小。磁滞损耗低，它的磁滞回线成细长条形状。耗低，它的

7、磁滞回线成细长条形状。这种材料（铸铁、硅钢、坡莫合金和这种材料（铸铁、硅钢、坡莫合金和软磁铁氧体等）容易磁化，也容易退软磁铁氧体等）容易磁化，也容易退磁，适用于交变磁场磁，适用于交变磁场, ,可用来制造变压可用来制造变压器、继电器、电磁铁、电机以及各种器、继电器、电磁铁、电机以及各种高频电磁元件铁芯。高频电磁元件铁芯。 低低Br（3）矩磁物质）矩磁物质高高Br 矫顽力矫顽力HcHc小，剩磁小，剩磁BrBr大，稳定性大，稳定性良好（磁性陶瓷等）。常用在电子技良好（磁性陶瓷等）。常用在电子技术和计算技术中。术和计算技术中。 喇叭是一个利用磁性材料将喇叭是一个利用磁性材料将电能转换成机械能的典型例子

8、。电能转换成机械能的典型例子。喇叭的构造如图所示。一块永磁喇叭的构造如图所示。一块永磁铁和软铁组成了一个带缺口的磁铁和软铁组成了一个带缺口的磁路，磁路的缺口处有磁场。一组路，磁路的缺口处有磁场。一组线圈处在这个磁路中。线圈和纸线圈处在这个磁路中。线圈和纸纸盆连在一起。如果在线圈中通纸盆连在一起。如果在线圈中通过一个直流电，那么线圈就产生过一个直流电，那么线圈就产生磁场，象一块磁铁，磁场，象一块磁铁，它和缺口中的磁场就会产生相互影响，使得线圈移动。如果线它和缺口中的磁场就会产生相互影响，使得线圈移动。如果线圈中通过的是交流电，那么，线圈产生的磁场就是来回变化的，圈中通过的是交流电，那么，线圈产生

9、的磁场就是来回变化的，它和缺口处的磁场就会不断地、交替地吸引和排斥。其结果就它和缺口处的磁场就会不断地、交替地吸引和排斥。其结果就是线圈带动纸盆来回振动，这就产生了声音。是线圈带动纸盆来回振动，这就产生了声音。 例：例：1、安培环路定律：、安培环路定律： 在稳恒磁场中任何闭合回路磁场强度的线积分在稳恒磁场中任何闭合回路磁场强度的线积分,等于通过这个闭合路径内电流的代数和。等于通过这个闭合路径内电流的代数和。IldHNIlHNI：称为磁通势。称为磁通势。一般用一般用 F 表示。表示。F=NI（A）磁路磁路长度长度l线圈线圈匝数匝数NI 在均匀磁路在均匀磁路中，安培环路定律可中，安培环路定律可写成

10、：写成：4.1.3 4.1.3 磁路的分析方法磁路的分析方法对于均匀磁路对于均匀磁路lS 磁路中的磁路中的欧姆定律欧姆定律2 2、磁路的欧姆定律：、磁路的欧姆定律：则：则： RlSNIFm INSl注：注：由于磁性材料由于磁性材料 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：称为磁阻称为磁阻lHNI lB SlR mSlNIRF mSlR SlEREI u(Ni)i ddtNe tNedd （磁通势）（磁通势）tiLdd 常常数数 iNLeeRi u )(ddetiLRi 交流激励交流激励 线圈中产生感应电势线圈

11、中产生感应电势一般情况下一般情况下 很小，忽略漏磁感应，很小，忽略漏磁感应，则：则：RudtdNeu假设假设tm sin则则tfNtNumm cos2cos最大值最大值mmfNU 2有效值有效值SBfNfN Umm44.444.4dtdNu Fe2cosPRIUIP 例：例： 一铁心线圈，加上一铁心线圈，加上12v12v直流电时，电流为直流电时，电流为1A1A；加上；加上110V110V交流电压时，电流为交流电压时，电流为2A2A，消耗的功率为，消耗的功率为88W88W。求后一情况下线。求后一情况下线圈的铜损耗、铁损耗和功率因数。圈的铜损耗、铁损耗和功率因数。解：解：12112IURWRIPuc4812222WPPPuecF4048884 . 0211088cosUIP 直流电作用时直流电作用时交流电作用时交流电作用时本课小结：本课小结：交流磁化条件下存在磁滞损耗和涡流