第十三章磁路和鐵心線圈電路

第十三章磁路和鐵心線圈電路本章重點(diǎn)：磁路的基本物理量及性質(zhì)磁路及磁路定律恒定磁通磁路的計(jì)算交流鐵心線圈的等效電路第十三章磁路和鐵心線圈電路主要內(nèi)容：第一節(jié)磁路的基本物理量及基本性質(zhì)第二節(jié)鐵磁物質(zhì)的磁化第三節(jié)磁路及磁路定律第四節(jié)恒定磁通磁路的計(jì)算第五節(jié)交變磁通下的鐵心損耗第六節(jié)交流鐵心線圈中的電壓、電流及磁通第七節(jié)交流鐵心線圈的等效電路第八節(jié)電磁鐵本章小結(jié)第一節(jié)磁路的基本物理量及基本性質(zhì)

實(shí)際工程中遇到的許多電氣設(shè)計(jì)，都是電和磁相互聯(lián)系、相互作用的統(tǒng)一體。要對它們進(jìn)行分析，必須從電路和磁路兩個(gè)方面去考慮。磁路是局限在一定路徑中的磁場，是磁場的一種特殊情況。第一節(jié)磁路的基本物理量及基本性質(zhì)一、磁感應(yīng)強(qiáng)度是用來表示磁場中某點(diǎn)磁場的強(qiáng)弱和方向的物理量，它是一個(gè)矢量，用B表示，其大小為單位是特斯拉，簡稱為特（T）如果磁場內(nèi)各點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小相等，方向相同，就稱為均勻磁場。可以用磁力線的疏密來表示磁場的強(qiáng)弱。第一節(jié)磁路的基本物理量及基本性質(zhì)二、磁通及磁通的連續(xù)性原理

1.磁通磁感應(yīng)強(qiáng)度矢量的通量稱為磁通［量］，用符號Ф表示有如果是均勻磁場，磁感應(yīng)強(qiáng)度B與垂直于磁場方向的面積S的

乘積就叫作通過這塊面積的磁通，此時(shí)

磁通的單位是韋［伯］（Wb）。

第一節(jié)磁路的基本物理量及基本性質(zhì)2.磁通連續(xù)性原理磁通連續(xù)性原理是磁場的一個(gè)基本性質(zhì)。其內(nèi)容是：磁場中磁感應(yīng)強(qiáng)度對任意閉合面的面積分恒等于零。第一節(jié)磁路的基本物理量及基本性質(zhì)三、磁導(dǎo)率

1.磁導(dǎo)率是反映物質(zhì)導(dǎo)磁性能的物理量。用表示。國際單位制中，的單位是亨/米（H/m）。真空的磁導(dǎo)率是一個(gè)常數(shù)，用0表示。物質(zhì)按導(dǎo)磁性能可分為非磁性材料和磁性材料兩大類。第一節(jié)磁路的基本物理量及基本性質(zhì)

2.相對磁導(dǎo)率：物質(zhì)的磁導(dǎo)率與真空磁導(dǎo)率的比值稱為相對磁導(dǎo)率。用r表示。記作：

r沒有單位。非磁性材料r約為1，磁性材料的r遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于1，而且不是常數(shù)。第一節(jié)磁路的基本物理量及基本性質(zhì)四、磁場強(qiáng)度及全電流定律

1.磁場強(qiáng)度

磁場中某點(diǎn)磁場強(qiáng)度的大小是該點(diǎn)磁感應(yīng)強(qiáng)度與該處媒質(zhì)的磁導(dǎo)率的比值它是一個(gè)矢量，方向?yàn)樵擖c(diǎn)磁感應(yīng)強(qiáng)度的方向。磁場強(qiáng)度的單位是安/米，符號為A/m。第一節(jié)磁路的基本物理量及基本性質(zhì)

2.全電流定律磁場強(qiáng)度沿任意閉合路徑的線積分等于該路徑所包圍的全部電流的代數(shù)和。式中，當(dāng)電流的方向與閉合回線方向符合右手螺旋定則時(shí)取正，反之則取負(fù)。

全電流定律也稱安培環(huán)路定律一、起始磁化曲線

第二節(jié)鐵磁物質(zhì)的磁化二、磁滯回線

第二節(jié)鐵磁物質(zhì)的磁化第二節(jié)鐵磁物質(zhì)的磁化三.不同材料的磁滯回線四、基本磁化曲線

第二節(jié)鐵磁物質(zhì)的磁化第三節(jié)磁路及磁路定律一、磁路

1.幾種常見磁路

2.主磁通Φ和漏磁通ΦS

在對磁路的初略計(jì)算時(shí)，常將漏磁通略去不計(jì)，認(rèn)為全部磁通都集中在磁路里，同時(shí)選定鐵芯的幾何中心線作為主磁通的路徑。并認(rèn)為磁路中任意截面上的磁通的分布是均勻的。第三節(jié)磁路及磁路定律二、磁路的基爾霍夫第一定律第三節(jié)磁路及磁路定律根據(jù)磁通連續(xù)性原理，磁路的任一節(jié)點(diǎn)的磁通代數(shù)和為零。即右圖中有第三節(jié)磁路及磁路定律三、磁路的基爾霍夫第二定律

如上圖磁路中的右邊回路，根據(jù)全電流定律有寫成一般形式可得:

磁路的基爾霍夫第二定律

磁路的基爾霍夫第二定律表明：磁路的任一回路中，各段磁壓的代數(shù)和等于各磁動(dòng)勢的代數(shù)和。第三節(jié)磁路及磁路定律四、磁路的歐姆定律

設(shè)一段磁路的長度為l，橫截面為S，由磁導(dǎo)率為的材料制成，則該段磁路的磁壓為式中稱磁阻得到表達(dá)式

稱為磁路的歐姆定律

線圈中的勵(lì)磁電流為直流時(shí)，磁路中的磁通不隨時(shí)間變化，這樣的磁路叫做恒定磁通磁路。恒定磁通磁路的線圈中不會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢。從電路的角度看，當(dāng)線圈兩端加直流電壓時(shí)，其電流只取決于線圈的電阻，與磁路的性質(zhì)無關(guān)。由磁路歐姆定律可知，磁路的磁通勢也是恒定的，但磁通的大小卻與磁路的情況有關(guān)，它隨磁阻的增加而減小。第四節(jié)恒定磁通磁路的計(jì)算一.已知磁通求磁動(dòng)勢(正面問題)

一般可按下列步驟計(jì)算。（1）將磁路分段，材料相同截面積也相同的作為一段。（2）按磁路的尺寸分別計(jì)算各段的截面積S和平均長度l。（3）計(jì)算各磁路段的磁感應(yīng)強(qiáng)度B（B=Φ/S）。（4）查表或計(jì)算相應(yīng)各段磁路的磁場強(qiáng)度。（5）計(jì)算磁壓降Um(∑Hl)。（6）磁動(dòng)勢Fm＝Um

。第四節(jié)恒定磁通磁路的計(jì)算二.已知磁動(dòng)勢求磁通(反面問題)

由于磁路的非線性，各段磁路的磁阻一般不是常數(shù)，它與磁通的量值有關(guān)，在沒有求出磁路的磁通前，無法直接把各磁路段的磁壓求出來。一般采用試探法。它的思路是：首先假設(shè)一個(gè)磁通值，按此磁通值用正面問題的方法求出磁動(dòng)勢；然后將計(jì)算值與已知磁動(dòng)勢比較。不符合時(shí)，再修正第一次假設(shè)的磁通值，反復(fù)修正，直到計(jì)算的磁動(dòng)勢與已知的磁動(dòng)勢的誤差小于允許值為止。第四節(jié)恒定磁通磁路的計(jì)算三、恒定磁通對稱分支磁路計(jì)算圖示磁路，對稱軸AB兩側(cè)磁路幾何形狀完全對稱，相應(yīng)部分的材料也完全相同，勵(lì)磁線圈在中間柱，這時(shí)，只需取對稱軸的一側(cè)磁路計(jì)算即可得整個(gè)磁路的磁動(dòng)勢。第四節(jié)恒定磁通磁路的計(jì)算第五節(jié)交變磁通下的鐵心損耗

交流勵(lì)磁的鐵心線圈簡稱交流鐵心線圈。交流鐵心線圈除了線圈內(nèi)阻的損耗外，還有鐵心中的磁滯損耗和渦流損耗。而直流鐵心線圈的功率損耗主要是線圈內(nèi)阻的損耗。第五節(jié)交變磁通下的鐵心損耗一、磁滯損耗由于磁滯而造成的能量損耗稱為磁滯損耗。經(jīng)驗(yàn)公式：

第五節(jié)交變磁通下的鐵心損耗二、渦流損耗經(jīng)驗(yàn)公式：第五節(jié)交變磁通下的鐵心損耗

三、鐵損磁滯損耗和渦流損耗都是鐵心中的功率損耗，合稱為鐵心損耗，簡稱鐵損。用PFe表示。

鐵心材料單位質(zhì)量的鐵損PFe0稱為比損耗。

相對于鐵損，線圈內(nèi)阻的損耗稱為銅損。第六節(jié)交流鐵心線圈中的電壓、電流及磁通一、電壓與磁通的關(guān)系

設(shè)則鐵心線圈的端電壓與鐵心中的磁通是同頻率的正弦量；在相位上，端電壓比磁通超前/2；電壓和電動(dòng)勢的有效值與磁通最大值的關(guān)系為二、磁通與電流的關(guān)系

第六節(jié)交流鐵心線圈中的電壓、電流及磁通第六節(jié)交流鐵心線圈中的電壓、電流及磁通

對磁化曲線分析后看到:磁化電流i是和磁通Φ同頻率的交流量；它們同時(shí)到達(dá)零值或最大值；磁化曲線的非線性使磁化電流發(fā)生了畸變，成為非正弦的尖頂波。用等效正弦波代替了非正弦的磁化電流i后，可得鐵心線圈在不考慮內(nèi)阻及漏磁通時(shí)的相量圖。

第七節(jié)交流鐵心線圈的等效電路一、不考慮線圈內(nèi)阻和漏磁通時(shí)的等效電路模型第七節(jié)交流鐵心線圈的等效電路二、考慮線圈內(nèi)阻和漏磁通時(shí)的等效電路模型第八節(jié)電磁鐵

電磁鐵由線圈、鐵心、銜鐵三部分組成。工作原理：當(dāng)線圈中通以電流時(shí)，鐵心和銜鐵都被磁化，并在氣隙間產(chǎn)生電磁吸力將銜鐵吸動(dòng)。線圈斷電后，銜鐵借助于重力或外力而復(fù)位。第八節(jié)電磁鐵

電磁吸力是電磁鐵的技術(shù)指標(biāo)之一。其基本公式為交流電磁鐵中，吸力的瞬時(shí)值表達(dá)式為：吸力的平均值表達(dá)式為第八節(jié)電磁鐵

交流電磁鐵在外施電壓一定時(shí)，磁通就隨之而定，與空氣隙大小基本無關(guān)。所以在銜鐵吸合的過程中，平均吸力基本保持不變。線圈中的電流是逐漸減小的。如果交流電磁鐵在通電后長時(shí)間不能吸合，線圈會(huì)因長時(shí)間流過較大電流而損壞，使用時(shí)應(yīng)特別注意。本章小結(jié)

本章首先介紹了磁路的基本物理量和基本性質(zhì)，討論了鐵磁物質(zhì)的磁化過程。介紹了磁路及磁路定理及恒定磁通磁路的分析；