磁路设计课件.ppt

1、第一章 磁路,本章重点： (1) 磁路的概念 (2) 基本定律 (3) 铁磁材料的性能 (4) 磁路计算 本章难点： (1) 铁磁物质的磁化曲线及应用 (2) 磁动势、磁场强度概念,1、安培环路定律（全电流定律）,在磁场中沿任一闭和回路磁场强度的线积分等于穿过该回路所有电流的代数和，其中电流的正方向与闭合回路的正方向满足右手定则。,LH dl=I,磁路：磁通所通过的路径.,励磁线圈：用以激励磁路中磁通的载流线圈。 励磁电流：励磁线圈中的电流。,图2 无分支铁心磁路,2. 磁路欧姆定律,H dl = I,3. 串联磁路欧姆定律,全电流定律:,H dl = I,铁心中：,气隙中：,= (RmcRm

2、0) = Rm,右边 = I = NI,= F,则有 Rm = F,磁路欧姆定律,磁通势,左边= H dl,= Hc lcH 0 l0,3. 磁路基尔霍夫第一定律,任一闭合面： = 0,2. 磁路基尔霍夫第二定律 H dl = H l = H1l1+H2 l2,312 = 0,4、电磁感应定律,1).变压器电势,注意：只有线圈的磁通与电势符号右手螺旋关系，上式才能取负号,若线圈和磁场相对静止，感应电势纯粹是由于和线圈交链的磁通随时间的变化而产生,仅有变压器电势，即,2). 运动电势,运动电势的方向习惯用右手定则确定，如图所示。,若导线切割磁力线的速度为 ，导线处的磁感应强度为 ，且 不随时间变

3、化时，假设磁力线、导线与导线运动方向三者垂直，则导线中感应电势为运动电势，其大小为,3). 电磁力定律,载流导体在磁场中要受到电磁力，在导体与磁场垂直的情况下，若导体中电流为i，导体长度为l，导体所在处的磁通密度为b，则电磁力为：,注：电磁力方向由左手定则决定,1.2 常用铁磁材料及其特性,按磁导率分类：非磁性物质、磁性物质。 非磁性物质 0 1. 高导磁性, 铸钢： 1 000 0 硅钢片： ( 6 000 7 000) 0 玻莫合金： 比 0 大几万倍。,磁性物质内部存在着很多很小的“磁畴”。,磁畴（磁化前）,磁畴（磁化后）,磁性物质的高导磁性被广泛应用于变压器 和电机中。,二、磁化曲线和

4、磁滞回线 1起始磁化曲线 定义:将一块尚未磁化的铁磁材料进行磁化，当磁场强度H由零逐渐增大时，磁通密度B将随之增大，曲线B=f(H)就称为起始磁化曲线,起始磁化曲线基本上可分为四段 ,设计电机和变压器时，为使主磁路内得到较大的磁通量而又不过分增大励磁磁动势，通常把铁心内的工作磁通密度选择在膝点附近,B,H,铁磁材料的起始磁化曲线,a,b,c,d,3. 磁滞性,剩磁,矫顽磁力,磁滞回线,基本磁化曲线,H,B,(1) 硬磁物质 BH 曲线宽，Br 大、Hc 大。 用于制造永磁铁。 (2) 软磁物质 BH 曲线窄， Br 小、Hc 小。 用于制造变压器、电机等电器的铁心。 (3) 矩磁物质 BH 曲

5、线形状接近矩形， Br 大、Hc 小。 用于计算机中，作记忆单元。,按磁滞回线的不同，磁性物质可分为,3、铁磁材料分类 铁磁材料磁性能不同，它的磁滞回线的形状就不同。,软磁性物质,硬磁性物质,瘦窄、剩磁小，矫顽力小，回线包围面积小 如电工硅钢片、铁镍合金,胖宽、剩磁大、矫顽力大 回线包围面积大 如钨钢,4、铁心损耗 1)磁滞损耗 定义: 铁磁材料置于交变磁场中时，磁畴相互间不停地摩擦、消耗能量、造成损耗，这种损耗称为磁滞损耗。 公式: 应用:由于硅钢片磁滞回线的面积较小，故电机和变压器的铁心常用硅钢片叠成。,2)涡流损耗 涡流:当通过铁心的磁通随时间变化时,根据电磁感应定律,铁心中将产生感应电

6、动势,并引起环流,环流在铁心内部围绕磁通作旋涡状流动 称为涡流。 定义:涡流在铁心中引起的损耗。 公式: 应用:为减小涡流损耗，电机和变压器的铁心都用含硅量较高的薄硅钢片叠成。,涡流损耗,(a),(b),0.35mm 0.30mm 0.27mm 0.22mm,3)铁心损耗 定义: 铁心中磁滞损耗和涡流损耗之和。 表达式:,铁心损耗与频率的1.3次方,磁通密度的平方和铁心重量成正比。,1、电路中有电流就有功率损耗。磁路中恒定磁通下没有功率损耗； 2、电流全部在导体中流动，而在磁路中没有绝对的磁绝缘体； 3、对于线性电路可应用叠加原理，而当磁路饱和时为非线性，不能应用叠加原理。 可见，磁路与电路仅

7、是形式上的类似，而本质是不同的。,磁路和电路的区别,例11 有一闭合铁心磁路，铁心的截面积 ，磁路的平均长度L=0.3m，铁心的磁导率，套装在铁心上的励磁绕组为500匝。试求在铁心中产生1T的磁通密度时，所需的励磁磁动势和励磁电流。,1.3 磁路计算,例12 若在例ll的磁路中，开一个长度 的气隙，问铁心中激励1T的磁通密度时，所需的励磁磁动势为多少? 已知铁心的截面积为 。考虑到气隙磁场的边缘效应，在计算气隙的有效面积时，通常在长、宽方向务增加值。,解 用磁路的基尔霍夫第二定律来求解。 铁心内的磁场强度: 气隙磁场强度: 铁心磁位降: 气隙磁位降: 励磁磁动势:,【例 3题】 图示磁路是由两

8、块铸钢铁心及它们之间的一段空气隙构成。各部分尺寸为：l0/2 = 0.5 cm ， l1 = 30 cm ，l2 = 12 cm ，A0 = A1 = 10 cm2 ， A2 = 8 cm2 。线圈中的电流为直流电流。今要求在空气隙处的磁感应强度达到 B0 = 1 T，问需要多大的磁通势？,解：(1) 磁路中的磁通 = B0A0 = 10.001 Wb = 0.001 Wb (2) 各段磁路磁感应强度 B0 = 1 T,A1,A2,l1,l2,A1,A2,l1,l2,(3) 各段磁路的磁场强度,由磁化曲线查得： H1 = 9.2 A/cm H2 = 14 A/cm,= 796 000 A/m

9、= 7 960 A/cm,(4) 各段磁路的磁位差,Um0 = H0 l0 = 7 9601 A = 7 960 A Um1 = H1 l1 = 9.230 A = 276 A Um2 = H2 l2 = 1412 A = 168 A (5) 磁通势 F = Um0Um2Um2 = ( 7 960276168 ) A = 8 404 A,A1,A2,l1,l2,【例4题】 图示磁路由硅钢制成。磁通势 F1 = N1 I1 = F2 = N2 I2 ，线圈的绕向及各量的方向如图所示。 磁路左右对称，具体尺寸为： A1 = A2 = 8 cm2 ，l1 = l2 = 30 cm，A3 = 20 cm2，l3 = 10 cm。若已知 3 = 0.002 Wb，问两个线圈的磁通势各是多少？,I2,3,N2,I1,N1,1,2,解：由磁路基尔霍夫 定律可得 321 = 0 Um1Um3 = F1 Um2Um3 = F2 已知： F1 = F2 ，l1 = l2 可得： Um1 = Um2,即 H1 l1 = H2 l2 H1 = H2 因此 B1 = B2 1 = 2 由