磁路与铁心线圈课件

磁路與鐵心線圈8．1磁路及磁路基本定律1．磁路的概念

（1）主磁通在圖8．1中，當線圈中通以電流後，沿鐵心、銜鐵和工作氣隙構成回路的這部分磁通稱為主磁通，占總磁通的絕大部分。

（2）漏磁通指沒有經過工作氣隙和銜鐵，而經空氣自成回路的這部分磁通稱為漏磁通。（3）磁路

磁通經過的閉合路徑稱為磁路。

磁路也分為有分支磁路（如圖8．2所示）和無分支磁路（如圖8．1示）。在無分支磁路中，通過每一個橫截面的磁通都相等。變壓器、直流電機及電器鐵心構成的磁路如圖8．3所示。8．1磁路及磁路基本定律2．磁路中的基本定律（1）磁路歐姆定律式中，為磁通（對應於電流），單位韋伯（Wb）；為磁通勢（對應於電動勢），單位安（A）,Rm為磁阻（對應於電阻），單位（亨）（1/H）。磁阻計算的關係式為8．1磁路及磁路基本定律（3）基爾霍夫磁通定律

有分支磁路如圖8．2所示，任取一閉合面，根據磁通連續性原理，進入閉合面的磁通，必等於流出閉合面的磁通，即穿過閉合面的磁通的代數和為零，此稱基爾霍夫磁通定律。即

（4）基爾霍夫磁位差定律

如圖8．4所示磁路。磁路可能由多種尺寸、多種材料構成，有的還含有氣隙。

8．1磁路及磁路基本定律

磁通勢（磁動勢）F

，實驗表明通電線圈產生的磁場強弱與線圈內通入電流I的大小及線圈的匝數N成正比，把I與

N的乘積稱為磁通勢，即

F=NI（2）全電流定律

或

上式表明，磁路中磁場強度與磁路的平均長度的乘積，在數值上等於磁場的磁通勢，稱為全電流定律。

磁場強度與磁路平均長度的乘積，又稱磁位差，用符號表示，即

（8．4）

若研究的磁路具有不同的截面，並且是由不同的材料（如鐵心和氣隙）構成的，則可以把一個磁路分成許多段來考慮，即把同一截面、同一材料劃為一段，可得或

（8．5）8．1磁路及磁路基本定律

圖8．4所示磁路可分為三段，根據全電流定律有推廣到任意磁路中有

由於勵磁電流是線圈產生磁通的來源，故稱NI為磁路的磁通勢F，單位為安(A)。式(8．7)表示磁路中沿任意閉合曲線磁位差的代數和等於沿該曲線磁通勢的代數和，此稱基爾霍夫磁位差定律。若將磁通勢表示為磁位降（磁位差）方向，也可寫成

當勵磁電流為直流時，磁路中產生恒定磁通，此磁路稱為恒定磁通磁路，當勵磁電流為交流時，產生交變磁通，此稱為交變磁通磁路。8．2鐵磁性物質的磁化

案例8．1

變壓器中有矽鋼片疊成的鐵心，電機的繞組是嵌放在由矽鋼片疊成的鐵心槽內。在第3章中我們已經介紹，矽鋼片是高導磁率（磁阻低）的鐵磁性材料，能使磁通絕大部分通過由矽鋼片疊成的鐵心而形成閉合回路。鐵磁性物質是如何被磁化？還具有哪些特性？1．鐵磁性物質的磁化

本來不具磁性的物質，由於受磁場的作用而具有磁性的現象稱為該物質被磁化。只有鐵磁性物質才能被磁化，而非鐵磁性物質是不能被磁化的。

鐵磁性物質，被磁化前後的磁疇取向如圖8．5所示。

有些鐵磁性物質在去掉外磁場以後，磁疇的大部分仍然保持取向一致，對外仍顯示磁性，這就成了永久磁鐵。

8．2鐵磁性物質的磁化2．磁化曲線鐵磁物質的B隨H而變化的曲線稱為磁化曲線，又稱B—H曲線。

圖8．6(a)所示給出了測定磁化曲線的實驗電路。實驗測得的B—H曲線，就是磁化曲線，如圖8．6(b)所示。

由圖可見，B與H的關係是非線性的，即

不是常數。8．2鐵磁性物質的磁化B—H曲線分為三段：

1）起始磁化段(曲線的0～1段)

當H從零值開始增大時，B增加較慢。

2）直線段（曲線的1～2段）隨著H的增大，B幾乎是直線上升。

3）飽和段（曲線的2～3段）

隨著H的增加，B的上升又比較緩慢了。

對於電機和變壓器，通常都是工作在曲線的2～3段(即接近飽和的地方)。

磁化曲線表示了媒質中磁感應強度B和磁場強度H的函數關係，不同的鐵磁性物質，其磁化曲線的形狀不同。圖8．7所表示的是幾種不同鐵磁性物質的磁化曲線。8．2鐵磁性物質的磁化3．磁滯回線

（1）剩磁

當B隨H沿起始磁化曲線達到飽和值以後，逐漸減小H的數值，實驗表明，這時B並是沿起始磁化曲線減小，而是沿另一條在它上面的曲線ab下降，如圖8．8所示。當H減至零時，B值不等於零，而是保留一定的值稱為剩磁，用Br表示。

（2）矯頑磁力為了消除剩磁，必須外加反方向的磁場，當反向磁場增大到一定的值時，B值變為零，剩磁完全消失。這時的H值是為克服剩磁所加的磁場強度，稱為矯頑磁力，用Hc表示。8．3交流鐵心線圈1．交流鐵心線圈中電壓與磁通的關係

如圖8．10所示的鐵心線圈電路，在帶鐵心的線圈上加正弦交流電壓u，線圈中的電流便在鐵心中產生磁通Φ。電壓u與磁通Φ之間的關係為：

設則有：（8．10）8．2鐵磁性物質的磁化

（3）磁滯現象

B的變化總是落後於H的變化，這種現象稱為磁滯現象。經過多次迴圈，可以得到一個封閉的對稱於原點的閉合曲線(abcdefa)，叫做磁滯回線。

如果線上圈中改變交變電流幅值的大小，那麼交變磁場強度H的幅值也將隨之改變。在反復交變磁化中，可相應得到一系列大小不一的磁滯回線，連接各條對稱的磁滯回線的頂點，得到的一條曲線叫基本磁化曲線，如圖8．9所示。

（4）磁滯損耗

鐵磁性物質的反復交變磁化過程中，產生了能量損耗，這種損耗稱為磁滯損耗。

磁滯回線包圍的面積越大，磁滯損耗就越大。所以，剩磁和矯頑磁力越大的鐵磁性物質，磁滯損耗就越大。

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課題：8.3交流鐵心線圈

8.4電磁鐵與變壓器教學目的：瞭解交流鐵心線圈的特點；瞭解變壓器的變壓比、變流比及變壓器阻抗變換的意義重點：變壓器的變壓比、變流比及變壓器阻抗變換難點：與重點相同 教具： 多媒體作業：P176：8.5自用

參考書：《電路》丘關源著

教學過程：一、復習提問

1.對比磁路基本定律與電路基本定律

2.什麼是磁滯損耗、渦流損耗、鐵心損耗？二：新授：8.3交流鐵心線圈

1.交流鐵心線圈中電壓與磁通的關係

2.交流鐵心線圈中磁通與電流的關係

8.4電磁鐵與變壓器

8.4.1電磁鐵

1.電磁鐵的工作原理與典型結構2.電磁鐵的分類

8.4.2變壓器

1.變壓器用途與組成2.變壓器的工作原理3.例題分析課後小計：8．3交流鐵心線圈

由此可知：當鐵心線圈上加以正弦交流電壓時，鐵心線圈中的磁通也是按正弦規律變化，在相位上，電壓超前於磁通90°，在數值上，端電壓有效值。

2．交流鐵心線圈中磁通與電流的關係

由於Φ與B成正比，i與H成正比，故得Φ—i曲線也為非線性關係。由鐵磁物質的基本磁化曲線圖8．11(a)可得到圖8．11(b)所示Φ—i曲線。8．3交流鐵心線圈3．交流鐵心線圈中的鐵心損耗

在交變磁通作用下，鐵心中有能量損耗，稱為鐵損。鐵損主要由兩部分組成：

（1）渦流損耗

鐵心中的交變磁通Φ(t)，在鐵心中感應出電壓，由於鐵心也是導體，便產生一圈圈的電流，稱之為渦流。渦流在鐵心內流動時，在所經回路的導體電阻上產生的能量損耗,稱為渦流損耗。

（2）磁滯損耗

鐵磁性物質在反復磁化時，磁疇反復變化，磁滯損耗是在克服各種阻滯作用而消耗的那部分能量。磁滯損耗的能量轉換為熱能而使鐵磁材料發熱。

減少渦流損耗的途徑有兩種：一是減小鐵片厚度；二是提高鐵心材料的電阻率。

減少磁滯損耗有兩條途徑：一是提高材料的起始磁導率；二是減小剩磁Bb。

通常把磁滯損耗和渦流損耗的總和稱為鐵損。

8．4電磁鐵與變壓器8．4．1電磁鐵

1．電磁鐵的工作原理與典型結構

電磁鐵是利用載流鐵心線圈產生的電磁吸力來操縱機械裝置，以完成預期動作的一種電器。它是將電能轉換為機械能的一種電磁元件。

電磁鐵主要由線圈、鐵心及銜鐵三部分組成，鐵心和銜鐵一般用軟磁材料製成。鐵心一般是靜止的，線圈總是裝在鐵心上。開關電器的電磁鐵的銜鐵上還裝有彈簧，如圖8．12所示。8．4．1電磁鐵

電磁鐵的結構形式很多，如圖8．13所示。按磁路系統形式可分為拍合式、盤式、E形和螺管式。按銜鐵運動方式可分為轉動式如圖8．13（a）所示和直動式如圖8．13（b）、（c）、(d)所示。

電磁鐵的基本工作原理：

當線圈通電後，鐵心和銜鐵被磁化，成為極性相反的兩塊磁鐵，它們之間產生電磁吸力。當吸力大於彈簧的反作用力時，銜鐵開始向著鐵心方向運動。當線圈中的電流小於某一定值或中斷供電時，電磁吸力小於彈簧的反作用力，銜鐵將在反作用力的作用下返回原來的釋放位置。

8．4．1電磁鐵2．電磁鐵的分類按其線圈電流的性質可分為直流電磁鐵和交流電磁鐵；

按用途不同可分為牽引電磁鐵、制動電磁鐵、起重電磁鐵及其他類型的專用電磁鐵。

牽引電磁鐵主要用於自動控制設備中，用來牽引或推斥機械裝置，以達到自控或遙控的目的；

制動電磁鐵是用來操縱制動器，以完成制動任務的電磁鐵；起重電磁鐵是用於起重、搬運鐵磁性重物的電磁鐵。8．4．2變壓器1．變壓器的用途與組成

用於輸配電系統的電力變壓器；用於工業動力系統中直流拖動的專用電源變壓器；用於電力系統或實驗室等場合的調壓變壓器；用於測量電壓、電流的電壓互感器、電流互感器；用於潮濕環境或人體常常接觸場合的隔離變壓器。8．4．2變壓器變壓器主要由鐵心和繞組兩個基本部分組成。

2．變壓器的工作原理

圖8.14為單相變壓器的原理圖,與電源相連的稱為一次繞組（又稱原邊繞組）,與負載相連的稱為二次繞組（又稱副邊繞組）。一次繞組、二次繞組的匝數分別為和。

當變壓器的一交繞組接上交流電壓時，一次繞組中便有電流通過。電流在鐵心中產生閉合磁通，磁通隨的變化而變化，從而在二次繞組中產生感應電動勢。

8．4．2變壓器

如果二次繞組接有負載，在二次繞組和負載組成回路中有負載電流產生。（1）變壓器的變壓比

變壓器中一、二次繞組的電壓之比為（2）變壓器的變流比

變壓器中一、二次繞組的電流之比為（3）變壓器的阻抗變換

在如圖8．15（a）所示電路中，負載阻抗與變壓器二次