《汽车电工电子技术》课件-3.1磁路的认识与分析-3.1.2磁路的分析

汽车电工电子技术

3.1磁路的认识与分析—3.1.2磁路的分析目

录01项目情境02学习目标03知识构建04任务实施05学习小结CAR-REPORTPART0101项目情境找找身边的“吸铁石朋友”请大家观察桌上的物品：手机支架、冰箱贴、螺丝刀、钥匙扣、银行卡。用一块小磁铁依次靠近它们，会发现有的能被牢牢吸住（如螺丝刀、冰箱贴的磁性面），有的完全没反应（如银行卡、塑料手机支架）。​那些能被磁铁吸引的物品，大多含有铁、钴、镍等成分——它们就是我们今天要认识的“铁磁材料”。比如冰箱贴能粘在冰箱上，是因为背面的永磁体（硬磁材料）；螺丝刀能吸起小螺丝，是因为刀头的钢铁（软磁材料）被磁化了。​思考：为什么新能源汽车的电机和充电器里，也离不开这些“吸铁石朋友”？它们在汽车里又扮演着什么角色呢？CAR-REPORTPART0202学习目标学习目标素质目标

建立磁路理论与汽车应用的联系​培养严谨的工程设计职业态度​激发探究新能源汽车技术的兴趣知识目标能力目标

用安培环路定律计算磁动势或磁场强度​分析磁路参数对磁通的影响​判断铁磁材料类型及应用场景

区分软、硬磁材料及新能源汽车应用​表述安培环路定律及磁路欧姆定律​解释磁饱和现象对器件的影响CAR-REPORTPART0303知识构建铁磁性材料按导磁性能的不同，自然界的物质大体上可分为磁性材料（常称为铁磁性材料）和非磁性材料。其中，铁磁性材料主要包括铁、钴、镍及其合金，它们的导磁能力很强，相对磁导率μr可达几千、几万，甚至几十万；非磁性材料包括自然界的大部分物质，如铜、铝、空气等，它们的导磁能力很差，相对磁导率μr接近于1，其磁导率可看作常数。铁磁性材料的分类铁磁物质又分为三类：软磁物质，如电动机、变压器、继电器等铁芯常用的硅钢片等；硬磁物质，如各种永磁铁、扬声器的磁钢等；矩磁物质，如各种电子设备存储器的记忆元件等。铁磁性材料磁化是指使原来不具有磁性的物质获得磁性的过程，不是所有的材料都可以被磁化，只有铁磁物质才可以被磁化。消磁就是磁化的反过程，当磁化后的材料受到了外来能量的影响，如加热、冲击等，磁性就会减弱或消失，此过程称为消磁。铁磁性材料的性能-高磁导率由于铁磁性材料具有很高的磁导率，因此，它们在外磁场作用下会被强烈磁化，从而呈现出很高的磁性。铁磁性材料的内部存在许多自发磁化的小区域，这些小区域称为磁畴。在没有外磁场作用时，磁畴的方向各不相同，排列混乱，磁场相互抵消，对外不显示磁性，如左图所示。在有外磁场作用时，磁畴的方向将逐渐改变到与外磁场方向接近或一致的方向上，使铁磁性材料内部的磁感应强度大大增强，对外呈现出很强的磁性，如右图所示，此时，铁磁性材料即被强烈磁化了。铁磁性材料的性能-磁饱和性在铁磁性材料的磁化过程中，磁感应强度B随磁场强度H变化的曲线称为磁化曲线，如下图所示。可以看出，铁磁性材料因磁化而产生的磁感应强度不会随外磁场的增强而无限地增强。当外磁场增强到一定值时，铁磁性材料内部所有磁畴的方向都已与外磁场方向一致，此时，磁化的磁感应强度达到饱和。这种特性称为铁磁性材料的磁饱和性。由于B与H不成正比，所以，铁磁性材料的磁导率μ＝B/H不是常数，它随H而变。铁磁性材料的性能-磁滞上述磁化曲线只反映了铁磁性材料在外磁场由零逐渐增强时的磁化过程，而在实际电气设备中，当铁芯线圈上通有交流电时，铁芯会受到交变磁化，其在一个周期内的B-H曲线如图所示。铁磁性材料的分类磁滞回线的形状软磁材料硬磁（永磁）材料矩磁材料磁滞特性不明显，剩磁和矫顽力较小，磁滞回线较窄磁滞特性明显，剩磁和矫顽力均较大，磁滞回线较宽具有较大的剩磁和较小的矫顽力，磁滞回线接近矩形，稳定性良好交变磁化时的铁芯损耗知识链接交变磁化时的铁芯损耗简称铁损，包括磁滞损耗和涡流损耗。铁损会使铁芯发热，造成交流电机和变压器等电气设备的功率损耗增加，效率降低。交变磁化时的铁芯损耗铁磁性材料不仅能够导磁，同时还能够导电。当线圈中通有交流电时，它所产生的磁通也是交变的，因此，在铁芯内将产生感应电动势和感应电流。这种感应电流在垂直于磁通方向的平面内呈旋涡状，故称为涡流，如右图所示。交变磁化时的铁芯损耗涡流使铁芯发热所造成的功率损耗称为涡流损耗。由于整块金属的电阻很小，因此，涡流很大，涡流损耗较严重。为减小涡流损耗，在顺磁场方向铁芯可由彼此绝缘的薄钢片叠成，如右图所示，这样可将涡流限制在较小的截面内流通，并使回路电阻增大，涡流减小，从而减小涡流损耗。交变磁化时的铁芯损耗一个没有铁芯的载流线圈所产生的磁通是分布在整个空间的，而当此线圈绕在闭合铁芯上时，由于铁芯的磁导率远比周围空气或其他非磁性材料的磁导率大，因此，绝大多数磁通将集中于铁芯内部，并构成回路。这部分磁通称为主磁通。另外一小部分磁通经过铁芯外的非磁性材料而形成回路，这部分磁通称为漏磁通。我们把这种人为造成的主磁通的闭合路径称为磁路。如下图所示为几种铁芯构成的磁路。磁路欧姆定律上式与电路的欧姆定律在形式上相似，故称为磁路欧姆定律。因铁磁性材料的磁导率u不是常数，因此，磁路的欧姆定律通常不能用于定量计算，只能用于定性分析。磁路和电路的比较如下表所示。式中，S—磁路的截面积，单位为m²;Rm—磁路的磁阻，Rm=l/μS，单位为1/H。将H=B/u和B=Φ/S代入式Hl=NI，可得磁路欧姆定律磁

路电

路磁通势F电动势E磁通Φ电流I磁感应强度B电流密度J磁阻

电阻

欧姆定律

欧姆定律

安培环路定律式中：H——磁路铁芯的磁场强度，单位为A/m；l（L）——磁路（闭合回线）的平均长度，单位为m；I（i）——通过线圈的电流，单位为A；N——线圈的匝数。CAR-REPORTPART0404任务实施习题巩固一、基础概念辨析（单选）1.新能源汽车驱动电机的铁芯通常采用哪种铁磁材料？（

）​A.硬磁材料B.软磁材料C.矩磁材料D.非磁材料​2.根据磁路欧姆定律，当磁动势不变时，磁阻增大将导致（

）​A.磁通增大B.磁通减小C.磁场强度增大D.磁导率增大习题巩固新能源汽车永磁电机的永磁体属于硬磁材料，而铁芯属于软磁材料，两者性能有何核心区别？请结合应用场景简要说明。核心区别：硬磁材料磁化后能长期保持磁性（剩磁强），如永磁体提供恒定磁场；软磁材料易磁化易退磁（磁滞损耗小），如铁芯减少能量损耗，适应交变磁场。）CAR-REPORTPART0505学习小结重点知识回顾1．像吸铁石这样具有磁性的物质称为磁体。磁体分为天然磁体与人造磁体。2．任何一个磁体都有两个磁极：北极和南极。磁极之间存在相互作用力，同名磁极相互排斥，异名磁极相互吸引。3．磁极之间存在磁场，其相互吸引或排斥的力称为磁力。4．电流能产生磁场，这种现象被称为电流的磁效应。电流产生的磁场方向可以用安培定则判断。5．磁路的物理量有：磁通、磁感应强度、磁导率和磁场强度