第06章 磁路MEW

1、 第六章磁路与铁心线圈电路4. 4. 交流铁心线圈交流铁心线圈5. 5. 变压器变压器6. 6. 电磁铁电磁铁1.1.磁场的基本物理量磁场的基本物理量2. .磁性材料的磁性能磁性材料的磁性能磁路与铁心线圈电路3.磁路及其基本定律磁路及其基本定律1.1.磁感应强度磁感应强度 B B是表示磁场内某点的磁场强弱和方向的是表示磁场内某点的磁场强弱和方向的物理量物理量2.2.磁通磁通是磁感应强度与垂直于磁场方向的面积的乘积是磁感应强度与垂直于磁场方向的面积的乘积=BS=BS磁路与铁心线圈电路3.3.磁场强度磁场强度H H是计算磁场时所引用的一个物理量是计算磁场时所引用的一个物理量, ,通过它来确定磁场与

2、电流之间的关系通过它来确定磁场与电流之间的关系IHdl安培环路定律安培环路定律4.4.磁导率磁导率是用来衡量物质导磁能力的物理量是用来衡量物质导磁能力的物理量B=B=H H6.1.2 6.1.2 磁性材料的磁性能磁性材料的磁性能1.高导磁性高导磁性磁性材料具有磁畴结构磁性材料具有磁畴结构2.磁饱和性 当全部磁畴的磁场方当全部磁畴的磁场方向都转向与外磁场一致向都转向与外磁场一致后磁化磁场不再增大后磁化磁场不再增大外磁场方向外磁场方向非磁性材料没有磁畴结构非磁性材料没有磁畴结构磁路与铁心线圈电路磁化磁场磁化磁场使使B増大増大3.磁滞性磁滞性HB, 磁化曲线（用实验的方法测）磁化曲线（用实验的方法测

3、）B和和与与H的关系的关系B磁饱和性和非线性性磁饱和性和非线性性0BH磁滞回线磁滞回线有剩磁有剩磁123456磁路与铁心线圈电路6.1.3 6.1.3 磁路及其基本定律磁路及其基本定律磁路磁路: : 用磁性材料做成一定形状的铁心用磁性材料做成一定形状的铁心, ,其磁导率比周围物质其磁导率比周围物质高的多高的多, ,磁通的绝大部分经过铁心形成的一个闭合通路磁通的绝大部分经过铁心形成的一个闭合通路IHdlmRFSlNIlSlBHlNI磁路的欧姆定律磁路的欧姆定律全电流定律在磁路中，沿任一闭合路径，磁场强度矢量的线积分，等于与该闭合路径交链的电流的代数和。当电流的方向与闭合路径的积分方向符合右手螺旋

4、定则时，当电流的方向与闭合路径的积分方向符合右手螺旋定则时，电流前取正号，反之取负号。电流前取正号，反之取负号。如图示环形磁路如图示环形磁路（均匀磁路）（均匀磁路）Hl=INHl=IN磁路与铁心线圈电路I磁通势磁通势F F磁通磁通磁感应强度磁感应强度B B磁阻磁阻电动势电动势E E电流电流I I电流密度电流密度J J电阻电阻R=R=SlSlRmSlNIRFmERISlEREI磁路与电路的对照磁路与电路的对照磁路磁路电路电路磁路与铁心线圈电路电路与磁路在分析时的差异电路与磁路在分析时的差异:1. 电路一般不涉及电场电路一般不涉及电场,磁路通常要分析磁感应强度的分布磁路通常要分析磁感应强度的分布2

5、.电路一般不考虑漏电流电路一般不考虑漏电流(导体的电导率比绝缘体导体的电导率比绝缘体大地多大地多 ),磁路要考虑漏磁通磁路要考虑漏磁通(磁路材料的磁导磁路材料的磁导率比周围介质大的不太多率比周围介质大的不太多 )2010421010 3.由于由于不是常数不是常数,磁路都是非线性的磁路都是非线性的,磁路的欧姆定律磁路的欧姆定律只能用来定性分析只能用来定性分析4.磁路中没有断路情况磁路中没有断路情况磁路与铁心线圈电路铁磁物质的磁化曲线铁磁物质的磁化曲线(B-H(B-H曲线曲线) )用实验方法获得的用实验方法获得的磁路与铁心线圈电路关于磁路的计算关于磁路的计算一般先给定磁路中的磁通一般先给定磁路中的

6、磁通,燃后根据磁路各段的尺寸和材料燃后根据磁路各段的尺寸和材料求磁通势求磁通势)(2211HllHlHNI磁压降磁压降111Sl222Sl00S继电器的磁路三段串联继电器的磁路三段串联1。各段截面积。各段截面积S不同又通过同一磁通不同又通过同一磁通故磁感应强度故磁感应强度B不同不同2。根据各段磁路材料的磁化曲线及。根据各段磁路材料的磁化曲线及磁感应强度磁感应强度B查出相对应的磁场强度查出相对应的磁场强度H3。计算各段磁路的磁压降。计算各段磁路的磁压降HL4。用上式求出磁通势。用上式求出磁通势IN磁路与铁心线圈电路例例一闭合的均匀铁心线圈，匝数一闭合的均匀铁心线圈，匝数300，磁感应强度，磁感应

7、强度0.9T，磁路的平均长度为磁路的平均长度为45厘米，求：铁心材料为（厘米，求：铁心材料为（1）铸）铸铁时（铁时（2）硅钢片时线圈中的电流）硅钢片时线圈中的电流解解: 先从磁化曲线中由先从磁化曲线中由B查出查出H，然后根据公式算出，然后根据公式算出IANlHImAHANlHImAH39. 030045. 0260/260)2(5 .1330045. 09000/9000) 1 (222111可见：可见：(1)(1)铁心材料的不同要得到相同的铁心材料的不同要得到相同的B,B,励磁电流会有很大励磁电流会有很大的差别的差别 ,(2),(2)如果线圈中通同样大小的电流如果线圈中通同样大小的电流,H,

8、H相同，相同，B B不同不同, ,如如要使要使相等则铁心的截面积相差会很大相等则铁心的截面积相差会很大降低体积就要使用降低体积就要使用高导磁的铁心材料高导磁的铁心材料磁路与铁心线圈电路=BS例例一环形铁心线圈，内径一环形铁心线圈，内径10厘米，外经厘米，外经15厘米，厘米，铁心材料为铸钢，磁路中含有一铁心材料为铸钢，磁路中含有一0.2厘米的厘米的空气隙，线圈通空气隙，线圈通1A的电流，如要得到的电流，如要得到0.9T的磁感应强度，求线圈匝数的磁感应强度，求线圈匝数解：解：磁路的平均长度为磁路的平均长度为cml2 .39)21510(从铸钢的磁化曲线查出，当从铸钢的磁化曲线查出，当B=0.9T时

9、，时，AlHmAH19510)2 . 02 .39(500/5002111磁路与铁心线圈电路空气隙中的磁场强度为空气隙中的磁场强度为AHmABH1440102 . 0102 . 7/102 . 71049 . 025057000空气隙中的磁压降空气隙中的磁压降总的磁通势为总的磁通势为AHlHHlNI16351440195)(011线圈匝数为线圈匝数为163511635ININu(Ni)i ddtNe tNedd （磁通势）（磁通势）tiLdd 常常数数 iNLeeRi u )(ddetiLRi )()(EEIRU )(jEIXIR )(jEIXIR)sin(ddddmttNtNe tN cos

10、m )90t(sin2m fN)90(sinm tE mmm444222 fN.fNEE tsinmEU)(EIjXIR)(jEIXIRU E(V) 444444mmSfNB.fN.EU 11404220100cos.UIP 554220 IUZ0R.IPRRR 25641002200X.RXXX 6 5425655Z22220TBm2 . 125 .2791. 02 .30cmS300105 .272 . 15044. 422044. 44SfBUNmTBm2 . 1mAHm/700ANlHIm13002106070022 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

11、，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380 / 220V降压降压变电站变电站 10kV降压降压降压降压变压器的磁路变压器的磁路1u2uLZ1i2

12、i单相变压器单相变压器+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1u2uLZ1i2i单相变压器单相变压器+一次一次绕组绕组N1二次二次绕组绕组N2铁心铁心(1) 空载运行情况空载运行情况一次侧接交流电源，一次侧接交流电源，二次侧开路。二次侧开路。0i02i1u+20u+2e+1e+1e+ 11N2N 1u dd11tNe i0 ( i0N1) 1 dd011tiLe tNedd 22 空载时，空载时，铁心中主铁心中主磁通磁通 是是由一次绕由一次绕组磁通势组磁通势产生的。产生的。(2)

13、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 +1u+1e+1e+1N2N+11111111111111144.4)()()()(UfNEEUEEIRUeeiRum根据根据KVL：KNNEEUU 2121201根据根据KVL：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 2+1u+1e+1e+1N2N+mfNE2244. 42022, 0UEI联接0/YY联接/Y磁路与铁心线圈电路31U31UKUU12KU31012211iNiNiNmfNEU11144.4012211INININ2211ININKNNII11221KNNII11221KNNUUEEUU2121212011u1i2i2uZ1u1iZ2222121222111IUNNINNUNNIUZIU22ZIU11ZNNZ2211i0RELR8000R8LR10880021L