《电工电子技术》课件-铁心线圈（电磁铁）

磁路与变压器铁磁性材料的电性能磁性性能高磁导率磁饱和性磁滞性高导磁率铁磁性材料的磁导率很高，相对磁导率可达

数量级，在外磁场的作用下，其内部的磁感应强度大大增强，这种现象称为磁化。铁磁性材料的磁化现象与其内部的分子电流有关。铁磁性材料内部的分子之间有一种相互作用力，使得若干个原子的磁场具有相同的方向，组成许多小磁体，具有磁性，这些小磁体称为磁畴。

高导磁率在没有外磁场作用时，这些磁畴的排列是不规律的，磁场的平均值为零，或者非常微弱对外不显示磁性。（a）磁化前

高导磁率在一定强度的外磁场作用下，这些磁畴将顺着外磁场的方向转动，做有规律的排列，显示出很强的磁性。（b）磁化后磁饱和性铁磁性材料的磁饱和性表现在其磁感应强度B不会随外磁场增强而无限的增强，因为当外磁场增大到一定值时，其内部所有的磁畴已基本上均转向与外磁场方向一致的方向如图b，因而，再增大励磁电流其磁性不能继续增强。（b）磁化后

磁饱和性

材料的磁化特性可用磁化曲线磁感应强度B=f（H）来表示。磁化曲线磁滞特性磁滞性表现在磁铁型材料在交变磁场中反复磁化时，磁感应强度B的变化滞后于磁场强度H的变化的特性。当H减小时，B也随之减小，但当H=0时，B并未回归到零，而是B=Br，Br称为剩磁感应强度，简称剩磁。若要使B=0，则应使铁磁材料反向磁化，即使磁场强度为-Hc，Hc称为矫顽力。铁磁性材料的磁滞回线

根据磁滞回线的不同，分为软磁材料和硬磁材料两种。磁滞特性软磁材料的剩磁及矫顽力小，磁滞回线窄，它所包围的面积小。所以，比较容易磁化，但去掉磁场后，磁性大部分消失，如硅钢、坡莫合金、铁氧体等。（a）软磁材料磁滞特性硬磁材料包括碳钢、钴钢、铝镍钴合金等，其特点是剩磁及矫顽力大，磁滞回线较宽，曲线包围的面积大。它需有较强的外磁场才能磁化，但去掉磁场后，磁性不易消失。（b）硬磁材料

磁滞特性磁性材料应用软磁材料可应用于制造变压器、交流电动机、接触器、交流电磁铁等电器设备的磁路铁心。硬磁材料磁化后，能得到很强的剩磁，而又不易退磁，因此这类材料适用于制造永久磁铁及记忆器件。铁心线圈将线圈绕制在铁心上便构成了铁心线圈，简称电磁铁。（a）起重电磁铁（b）继电器（c）电磁阀

铁心线圈根据线圈所接电源的不同，铁心线圈分为两类，即直流铁心圈和交流铁心线圈。它的磁路对应为直流磁路和交流磁路。直流铁心线圈将直流铁心线圈接到直流电源U，线圈中通过直流电流I，在铁芯及空气中会产生主磁通Φ和漏磁通Φσ。

直流铁心线圈电路

U→I→N

I→

URI=(1)电压与电流的关系(2)线圈的功率

P=R

I2

Φ＋U－SNNSIf

交流电磁铁变压器、交流电动机以及其他各种交流电磁器件的线圈都是交流铁芯线圈。Φ＋u－ife

交流铁心线圈电磁关系Φ＋u－ife

u→i→Ni→

→ed

dt=－Nd

dt→e

=－Ndidt=－L

设线圈电阻为R。根据基尔霍夫电压定律，铁心线圈中的电压、电流与电动势之间的关系为:

u=Ri-e-e

u≈-eu≈-e=

交流铁心线圈电磁关系Φ＋u－ife

设

=

msin

t则

e

=－N

mcos

t=－

N

msin(

t－90o)Em=N

m

=

2

fN

m

u≈N

mcos

t

≈

N

msin(

t－90o)

交流铁心线圈电磁关系由式还可以求出感应电动势的有效值为:Φ＋u－i

－e＋

E=4.44fN

m同时外加电压的有效值为：U

≈

4.44fN

m=4.44fNBmSU4.44fN

m=忽略漏阻抗，有U

≈－E

则

功率损耗在交流铁心线圈中的功率损耗包括两部分：一方面是线圈电阻R通电流后所产生的发热损耗，称为铜损，用△Pcu。表示（△Pcu=I2R）另一方面是铁心在交变磁通作用下产生的磁滞损耗和涡流损耗，两者合称为铁损，用△PFe表示，铁损将使铁心发热，从而影响设备绝缘材料的使用寿命。

磁滞损耗磁滞损耗是因铁磁性物质在交变磁化时磁畴来回翻转，克服彼此间的阻力而产生的发热损耗，常用△Ph表示。铁心中的磁滞损耗与该铁心磁滞回线所包围的面积成正比，同时励磁电流频率

f

越高，磁滞损耗也越大。Φ(a)

涡流损耗线圈中通入交变电流时，铁心中的交变磁通，将在铁心中产生感应电动势和感应电流，这种电流就称为涡流。因铁心有一定的电阻，故涡流将在铁心中产生发热损耗，称为涡流损耗。涡流损耗为了减小涡流损耗，当线圈用于一般工频交流电时，可采用由彼此绝缘且顺着磁场方向的硅钢片叠成铁心