磁路与铁芯线圈电路

第4章磁路与铁芯线圈电路4.1磁路及基本物理量4.2交流铁芯线圈与电磁铁4.3磁路定律与计算4.4变压器第1页，共14页。4.1磁路及基本物理量一、磁路由于铁磁材料是良导磁物质，所以它的磁导率比其他物质的磁导率大得多，能把分散的磁场集中起来，使磁力线绝大部分经过铁芯而形成闭合的磁路.第2页，共14页。二、磁场的基本物理量1.磁感应强度磁感应强度B是表示空间某点磁场强弱和方向的物理量，其大小可用通过垂直于磁场方向的单位面积内磁力线的数目来表示。由电流产生的磁场方向可用右手螺旋法则确定，国际单位为特斯拉，简称特，符号为T。2.磁通磁感应强度B与垂直于磁力线方向的面积S的乘积称为穿过该面的磁通Φ，即Φ=BS

磁通Φ又表示穿过某一截面S的磁力线根数，磁感应强度B在数值上可以看成与磁场方向相垂直的单位面积所通过的磁通，故又称磁通密度。磁通的国际单位为韦伯（Wb）.第3页，共14页。3.磁场强度磁场强度沿任一闭合路径l的线积分等于此闭合路径所包围的电流的代数和。磁场强度H的国际单位是安培/米（A/m）。它的方向与磁感应强度B的方向相同。4.磁导率磁导率μ是用来表示物质导磁性能的物理量，某介质的磁导率是指该介质中磁感应强度和磁场强度的比值，即μ=B/H。磁导率的单位为亨/米（H/m）。三、磁性材料与磁滞回线1.磁性材料物质按其导磁性能大体上分为磁性材料和非磁性材料两大类。第4页，共14页。2.磁滞回线当铁芯线圈中通有大小和方向变化的电流时，铁芯就产生交变磁化，磁感应强度B随磁场强度H变化的关系如图所示。

Oc段B随H增加而增加，当磁化曲线达到

c时，减小电流使H由Hm逐渐减小，B将沿另一条位置较高的曲线b下降。当H=0时，仍有B=Br，Br为剩余磁感应强度，简称剩磁。欲使B=0，需通有反向电流加反向磁场-Hc，Hc称为矫顽力。当达到-Hm时，磁性材料达到反向磁饱和。然后令H反向减小，曲线回升;到H=0时相应有-Br，为反向剩磁。再使H从零正向增加到Hm，即又正向磁化到饱和，便得到一条闭合的对称于坐标原点的回线，这就是磁滞回线。第5页，共14页。4.2交流铁芯线圈与电磁铁一、交流铁芯线圈铁芯线圈可以通入直流电来励磁（如电磁铁），产生的磁通是恒定的，在线圈和铁芯中不会感应出电动势来，在一定的电压下，线圈中的电流和线圈的电阻有关。

u+e+eS-Ri=0或 u=Ri+（-e）+（-eS）式中:e为Φ产生的感应电动势eS为ΦS产生的感应电动势。第6页，共14页。大多数情况下，线圈的电阻R很小，漏磁通Φσ较小，即

u=-e

根据法拉第电磁感应定律有由于电源电压与产生的磁通同频变化，设Φ=Φmsinωt，则u=ωNΦmsin（ωt+90°）=2πfNΦmsin（ωt+90°）电压的有效值为U=ωNΦm=fNΦm=4.44fNΦm

即当铁芯线圈上加以正弦交流电压时，铁芯线圈中的磁通也是按正弦规律变化。在相位上，电压超前于磁通90°;在数值上，端电压有效值为U=4.44fNΦm。得即电源电压等于主磁感应电压。第7页，共14页。磁力线是闭合的，因此磁通是连续的，对于磁路中任一闭合面、任一时刻穿入的磁通，必定等于穿出的磁通，在一个有分支的磁路中的节点处取一闭合面，磁通的代数和为零，这就是磁路基尔霍夫第一定律。磁导率的单位为亨/米（H/m）。考虑到在磁路的任一闭合路在节点A处作一闭合面，若设穿入闭合面的磁通为正，穿出闭合面的磁通为负，则有欲使B=0，需通有反向电流加反向磁场-Hc，Hc称为矫顽力。第4章磁路与铁芯线圈电路在磁路中也有磁阻Rm对磁通Φ（可看做磁流）起阻碍作当达到-Hm时，磁性材料达到反向磁饱和。U=ωNΦm=fNΦm=4.式中:e为Φ产生的感应电动势沿另一条位置较高的曲线b下降。【例4-1】有一台电压为220/36V的降压变压器，副边接一盏36V、40W的灯泡，试求:（1）若变压器的原边绕组N1=1100匝，副边绕组匝数应是多少?（2）灯泡点亮后，原、副边的电流各为多少?F=NI=ΣI铁芯线圈可以通入直流电来励磁（如电磁铁），产生的磁通是恒定的，在线圈和铁芯中不会感应出电动势来，在一定的电压下，线圈中的电流和线圈的电阻有关。铁损主要由两部分组成

（1）涡流损耗

（2）磁滞损耗二、电磁铁电磁铁是利用载流铁芯线圈产生的电磁吸力来操纵机械装置，以完成预期动作的一种电器。它是将电能转换为机械能的一种电磁元件。电磁铁主要由线圈、铁芯及衔铁三部分组成，铁芯和衔铁一般用软磁材料制成。铁芯一般是静止的，线圈总是装在铁芯上。开关电器中电磁铁的衔铁上还装有弹簧第8页，共14页。4.3磁路定律与计算一、磁路欧姆定律如图所示为一个线圈匝数为N、通有电流为I、闭合磁路的平均长度为L、截面积为S的均匀磁路铁芯，材料的磁导率为μ，在铁芯中的磁场强度为H，磁感应强度为B。Φ=BS=μHS根据安培环路定律=ΣI得第9页，共14页。铁损主要由两部分组成

（1）涡流损耗

（2）磁滞损耗c时，减小电流使H由Hm逐渐减小，B将磁感应强度B与垂直于磁力线方向的面积S的乘积称为穿过该面的磁通Φ，即NI仍保持不变，那么，由于非磁性材料的磁导率很小，磁路中解:（1）由变压比的公式，可以求出副边的匝数为式中:e为Φ产生的感应电动势当铁芯线圈中通有大小和方向变化的即电源电压等于主磁感应电压。即当铁芯线圈上加以正弦交流电压时，铁芯线圈中的磁通也是按正弦规律变化。第4章磁路与铁芯线圈电路U=ωNΦm=fNΦm=4.上式中线圈匝数与电流乘积称为磁通势，用字母F表示，即即当铁芯线圈上加以正弦交流电压时，铁芯线圈中的磁通也是按正弦规律变化。上式中线圈匝数与电流乘积称为磁通势，用字母F表示，即F=NI磁通势的单位是安培（A）。联立上面几个式子，则有如果线圈中的铁芯换上导磁性能差的非磁性材料，而磁通势NI仍保持不变，那么，由于非磁性材料的磁导率很小，磁路中的磁通将变得很小在磁路中也有磁阻Rm对磁通Φ（可看做磁流）起阻碍作用。根据推导，磁阻可用下式来决定第10页，共14页。二、磁路基尔霍夫定律磁力线是闭合的，因此磁通是连续的，对于磁路中任一闭合面、任一时刻穿入的磁通，必定等于穿出的磁通，在一个有分支的磁路中的节点处取一闭合面，磁通的代数和为零，这就是磁路基尔霍夫第一定律。在节点A处作一闭合面，若设穿入闭合面的磁通为正，穿出闭合面的磁通为负，则有-Φ1-Φ2+Φ3=0

即ΣΦ=0考虑到在磁路的任一闭合路径中，磁场强度与磁通势的关系应符合安培环路定律，故有ΣNI=ΣHL

第11页，共14页。4.4变压器如图所示为单相变压器的原理图，与电源相连的称为一次绕组（又称原边绕组），与负载相连的称为二次绕组（又称副边绕组）。一次绕组、二次绕组的匝数分别为N1和N2。当变压器的一次绕组接上交流电压u1时，一次绕组中便有电流i1通过。电流i1在铁芯中产生闭合磁通Φ，磁通Φ随i1的变