《汽车电学基础》-项目五 磁路与变压器1

学习单元1磁场和磁路学习目标

1.了解磁路的基本概念2.掌握磁路中常用的物理量学习项目二磁路和变压器及应用学习单元1磁场和磁路一、磁场和磁路的基本概念1、磁场电流周围存在着磁场，线圈通以电流以后，在线圈周围就存在着磁场。用以产生磁场的电流称为励磁电流（或激磁电流）。磁场的方向与励磁电流方向之间符合右螺旋定则。学习单元1磁场和磁路2、磁路为了增强磁场，常把线圈绕在铁心上，当线圈通以电流I

后便产生很强的磁场，并且磁场集中在主要由铁心形成的闭合回路中，这个闭合回路称作磁路。如图5-1中的虚线所组成的闭合回路就是磁路。学习单元1磁场和磁路3、主磁通和漏磁通①主磁通ф

铁磁材料具有高的导磁率，使绝大多数磁通是在磁路中形成闭合回路，这部分磁通称为主磁通，记为

ф。②漏磁通фS

另外的一小部分磁通则不经磁路而经空气形成闭合回路，这部分磁通称为漏磁通，记为фS

。学习单元1磁场和磁路4、磁动势要使图5-2中的磁路中建立一定的磁通Φ，就必须在具有一定匝数N

的线圈中，通入一定大小的电流I。把乘积IN

称作磁路的磁动势，简称磁势，用字母F代表，即学习单元1磁场和磁路5、涡流当线圈中通过变化的电流i时，在铁心中穿过的磁通也是变化的。由于构成磁路的铁心是导体，于是在铁心中将产生感应电流，如图5-2(a)中圆弧所示。由于这种感应电流是一种自成闭合回路的环流，故称为涡流。在电机和电器铁心中的涡流是有害的。因为它不仅消耗电能，使电气设备效率降低，而且涡流损耗转变为热量，使设备温度升高，严重时将影响设备正常运行。在这种情况下，要尽量减小涡流。学习单元1磁场和磁路为了减小涡流损耗，当线圈用于一般工频交流电时，可将硅钢片叠成铁心，如图5-2（b）所示，这样将涡流限制在较小的截面内流通。因铁心含硅，电阻率较大，也使涡流及其损耗大为减小。一般电机和变压器的铁心常采用厚度为0.35mm和0.5mm的硅钢成，对高频铁心线圈，常采用铁氧体铁心，其电阻率很高，可大大降低涡流损耗。学习单元1磁场和磁路二、磁场的基本物理量1、磁通Φ磁通描述磁场在空间某个面上分布情况的物理量，也是指垂直于磁场的某一面积A上所穿过的磁力线的数目。磁通用Φ表示，在国际单位制中，磁通单位是，通常称为韦伯（Wb）。工程上还用电磁制单位麦克斯韦(简称麦，Mx）作为磁通的单位。它们之间的关系是：1Wb=108Mx。学习单元1磁场和磁路、磁感应强度B磁感应强度B

是描述磁场中各点的磁场强弱和方向的物理量，它是一个矢量。在国际单位制（SI）中，磁感应强度的单位是特斯拉，简称特（T）。在高斯单位制中，磁感应强度的单位是高斯(Gs)，1T＝104Gs。在均匀磁场（即磁场内各点的磁感应强度的大小相等，方向相同）中，磁感应强度等于垂直穿过单位面积的磁力线数目，即学习单元1磁场和磁路3、磁导率μ①磁导率人们在实践中发现，不同的物质在磁场中的磁性表现不同。例如在通电线圈中放入铁、钴、镍等物质后，通电线圈周围的磁场将大为增强，磁感应强度B增大；如果放入铜、铝、木材等物质，通电线圈周围的磁场几乎没有什么变化。用磁导率μ来衡量物质导磁性能的物理量。μ的单位是H/m(亨/米）。

学习单元1磁场和磁路②相对磁导率实验测得真空中的磁导率为

。空气、木材、纸、铝等非磁性材料的磁导率与真空磁导率近似相等，即

。某物质的磁导率

与真空磁导率

的比值称作该物质的相对磁导率，用

表示，即

。相对磁导率的物理意义是：在相同条件下，介质中某点的磁感应强度与真空中该点的磁感应强度之比。自然界中的物质，按磁导率的大小可分成非磁性物质和磁性物质两大类。绝大多数物质对磁感应强度的影响很小，即

或

，而且是常数，这种物质称为非磁性物质。学习单元1磁场和磁路4、磁场强度H场中某点的磁感应强度不仅和电流导体的几何形状以及位置等有关，而且还和物质的导磁性能有关。为了便于计算，我们引入了一个计算磁场的物理量，称为磁场强度，用H表示。它与磁感应强度的关系是：磁场强度的大小只决定于励磁电流、导线的几何形状、匝数及位置，而与磁介质的性质无关。

磁场强度H是矢量，单位是A／m(安／米）。其方向就是该点磁感应强度B的方向。学习单元1磁场和磁路5、铁磁材料的磁性能磁性材料主要指铁、镍、钴及其合金等。①高导磁性磁性材料的磁导率通常都很高，即μr

》1可达

(如坡莫合金，其μr可达

)。磁性材料能被强烈的磁化，具有很高的导磁性能。磁性物质的高导磁性被广泛地应用于电工设备中，如电机、变压器及各种铁磁元件的线圈中都放有铁心。在这种具有铁心的线圈中通入不太大的励磁电流，便可以产生较大的磁通和磁感应强度。学习单元1磁场和磁路②磁饱和性磁性物质由于磁化所产生的磁化磁场不会随着外磁场的增强而无限的增强。当外磁场增大到一定程度时，磁性物质的全部磁畴的磁场方向都转向与外部磁场方向一致，磁化磁场的磁感应强度将趋向某一定值，磁化曲线如图5-5所示。学习单元1磁场和磁路通过磁化曲线可以看出

磁化曲线的特征：在Oa段，B与

几乎成正比地增加；在ab段，B的增加缓慢下来；b点以后：B增加很少，达到饱和有磁性物质存在时，B与H不成正比，磁性物质的磁导率

不是常数，随H而变。有磁性物质存在时，

与I不成正比。

学习单元1磁场和磁路③磁滞性磁滞性是指磁性材料中磁感应强度B的变化总是滞后于外磁场变化的性质。磁性材料在交变磁场中反复磁化，其B-H关系曲线是一条回形闭合曲线，称为磁滞回线当线圈中电流减小到零(H=0)时，铁心中的磁感应强度称为剩磁感应强度Br(剩磁)。当B=0时所需的H值称为矫顽磁力Hc，磁性物质不同，其磁滞回线和磁化曲线也不同。学习单元1磁场和磁路通过多次反复变化，就得到了对称于坐标原点的闭合曲线，即磁性材料的磁化曲线。铁磁性材料在反复磁化中产生的损耗称为磁滞损耗，它是导致铁磁性材料发热的原因之一，对电机、变压器等电气设备的运行不利，因此常采用磁滞损耗小的铁磁性材料作为它的铁心。学习单元1磁场和磁路按磁性物质的磁性能，磁性材料分为三种类型。软磁材料：具有较小的矫顽磁力，磁滞回线较窄。一般用来制造电机、电器及变压器等的铁心。