第8章磁路與鐵芯線圈

第8章磁路與鐵心線圈學習目標與要求：（1）了解磁路的概念；（2）了解磁路歐姆定律、磁路KCL、KVL；（3）了解起始磁化曲線、磁滯回線、基本磁化曲線；（4）了解正弦電壓作用下電壓與頻率、磁通的關系，正弦電壓作用下磁通和電流的波形，正弦電流作用下磁通與電壓的波形，磁滯損耗、渦流損耗、鐵心損耗的概念。（5）了解變壓器的變壓比、變流比，及變壓器阻抗變換的意義。第8章磁路與鐵心線圈8．1磁路及磁路基本定律（1）主磁通在圖8．1中，當線圈中通以電流后，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。磁路也像電路一樣，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。1．磁路的概念第8章磁路與鐵心線圈2．磁路中的基本定律8．1磁路及磁路基本定律（1）磁路歐姆定律

式中，Φ：為磁通（對應于電流），單位韋伯（Wb）；F=NI：為磁通勢（對應于電動勢），單位安（A）；Rm：磁阻（對應于電阻），單位（亨）-1（1/H）。式中：l、μ、A分別為磁路長度、磁路截面積及鐵磁材料的磁導率。lφIN第8章磁路與鐵心線圈磁路與電路的對應關系電路磁路電流I磁通電阻磁阻電阻率磁導率電動勢E磁通率電路歐姆定律磁路歐姆定律8．1磁路及磁路基本定律第8章磁路與鐵心線圈（2）全電流定律根據磁路歐姆定律：,,代入上式得：即

又因為，所以：

或

表明，磁路中磁場強度H與磁路的平均長度l的乘積，在數值上等于磁場的磁通勢，稱為全電流定律。磁場強度

H與磁路平均長l的乘積，又稱磁位差，用符號Um表示：8．1磁路及磁路基本定律第8章磁路與鐵心線圈（3）基爾霍夫磁通定律8．1磁路及磁路基本定律任取一閉合面，根據磁通連續(xù)性原理，進入閉合面的磁通，必等于流出閉合面的磁通，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

Iφ1φ3φ2有分支磁路第8章磁路與鐵心線圈（4）基爾霍夫磁位差定律8．1磁路及磁路基本定律分段計算：圖8．4所示磁路可分為三段：上面為I形、下段為空氣隙。設其截面及長度分別為A1、

A2、

l1、

l2，氣隙長度為

l3。根據全電流定律

推廣到任意磁路中有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。第8章磁路與鐵心線圈變壓器8．2鐵磁性物質的磁化案例8．1變壓器中有硅鋼片疊成的鐵心，電機的繞組是嵌放在由硅鋼片疊成的鐵心槽內。在第3章中我們已經介紹，硅鋼片是高導磁率（磁阻低）的鐵磁性材料，能使磁通絕大部分通過由硅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？電機第8章磁路與鐵心線圈1．鐵磁性物質的磁化8．2鐵磁性物質的磁化磁疇：磁性小區(qū)域所，每一個磁疇相當于一個小磁鐵。鐵磁性物質被磁化的性能，廣泛地應用于電子和電氣設備中。例如，變壓器、繼電器、電機等，采用相對磁導率高的鐵磁性物質作為繞組的鐵心，可使同樣容量的變壓器、繼電器和電機的體積大大縮小，重量大大減輕；半導體收音機的天線線圈繞在鐵氧體磁棒上，可以提高收音機的靈敏度。

鐵心鐵氧體磁棒動畫第8章磁路與鐵心線圈磁化過程第8章磁路與鐵心線圈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。

OBH123aB—H曲線分為三段：

1）起始磁化段(曲線的0～1段)

2）直線段（曲線的1～2段

3）飽和段（曲線的2～3段）

第8章磁路與鐵心線圈8．2鐵磁性物質的磁化3．磁滯回線（1）剩磁Br

（2）矯頑磁力Hc

（3）磁滯現象

（4）磁滯損耗

第8章磁路與鐵心線圈8．3交流鐵心線圈1．交流鐵心線圈中電壓與磁通的關系電壓u與磁通Φ之間的關系為：設

則有：

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(guī)律變化，在相位上，電壓超前于磁通90°，在數值上，端電壓有效值

式中

所以

lφINu圖8.10鐵心線圈第8章磁路與鐵心線圈2．交流鐵心線圈中磁通與電流的關系8．3交流鐵心線圈當鐵心線圈加正弦電壓，鐵心中的磁通也按正弦規(guī)律變化，線圈中的電流i怎樣變化呢?由于Φ與B成正比，i與H成正比，故得Φ—i

曲線也為非線性關系。

BHOOφi第8章磁路與鐵心線圈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，由于鐵心也是導體，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。

第8章磁路與鐵心線圈減少渦流損耗的途徑有兩種：

一是減小鐵片厚度，通常采用表面有絕緣層的薄鋼片疊裝成鐵心；

二是提高鐵心材料的電阻率，通常采用摻雜的方法來提高材料的電阻率，如在鐵中加入少量的硅能使其電阻率大大提高。

8．3交流鐵心線圈疊放直流電機第8章磁路與鐵心線圈8．3交流鐵心線圈電磁灶高頻感應爐渦流能否被利用？第8章磁路與鐵心線圈（2）磁滯損耗

8．3交流鐵心線圈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(fā)熱。

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。

第8章磁路與鐵心線圈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制成。

請點擊上圖第8章磁路與鐵心線圈電磁鐵第8章磁路與鐵心線圈電磁鐵的結構形式很多，如圖8．13所示。按磁路系統(tǒng)形式可分為拍合式、盤式、E形和螺管式。

8．4電磁鐵與變壓器第8章磁路與鐵心線圈8．4電磁鐵與變壓器2．電磁鐵的分類按用途分類，電磁鐵可分為牽引電磁鐵、制動電磁鐵、起重電磁鐵及其他類型的專用電磁鐵。

螺管式牽引電磁鐵

制動電磁鐵起重電磁鐵第8章磁路與鐵心線圈8．4．2變壓器8．4電磁鐵與變壓器1．變壓器的用途與組成第8章磁路與鐵心線圈2．變壓器的工作原理與電源相聯的稱為一次繞組（又稱原邊繞組）,與負載相聯的稱為二次繞組（又稱副邊繞組）。一次繞組、二次繞組的匝數分別為和。（1）變壓器的變壓比變壓器中一、二次繞組的電壓之比為lφI1N1N2U1E1U2E2I2ZL第8章磁路與鐵心線圈（2）變壓器的變流比變壓器中一、二次繞組的電流之比為：

即變壓器一、二次繞組的電流與繞組的匝數成反比。

（3）變壓器的阻抗變換上述兩式相比，可得

即第8章磁路與鐵心線圈本章小結1．磁路是指磁通經過的路徑，通過閉合的鐵心的大部分磁通稱為主磁通，經空氣自成回路的磁通稱為漏磁通。

2．磁路中基本定律有：磁路歐姆定律：

全電流定律：

基爾霍夫磁通定律：

基爾霍夫磁位差定律：

3．鐵磁性物質受磁場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。鐵磁性物質被磁化的過程可用磁化曲線來表示，不同的鐵磁性物質，具有不同的磁化曲線。

第8章磁路與鐵心線圈4．當鐵磁性物質工作在交變的磁