磁路與鐵心線圈

關(guān)于磁路與鐵心線圈第8章磁路與鐵心線圈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(dāng)線圈中通以電流后，沿鐵心、銜鐵和工作氣隙構(gòu)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(jīng)過工作氣隙和銜鐵，而經(jīng)空氣自成回路的這部分磁通稱為漏磁通。

（3）磁路

磁通經(jīng)過的閉合路徑稱為磁路。

第2頁(yè),共24頁(yè)，2024年2月25日，星期天

磁路也分為有分支磁路（如圖8．2所示）和無(wú)分支磁路（如圖8．1示）。在無(wú)分支磁路中，通過每一個(gè)橫截面的磁通都相等。變壓器、直流電機(jī)及電器鐵心構(gòu)成的磁路如圖8．3所示。（3）磁路

磁通經(jīng)過的閉合路徑稱為磁路。

第3頁(yè),共24頁(yè)，2024年2月25日，星期天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(duì)應(yīng)于電流），單位韋伯（Wb）；為磁通勢(shì)（對(duì)應(yīng)于電動(dòng)勢(shì)），單位安（A）,Rm為磁阻（對(duì)應(yīng)于電阻），單位（亨）（1/H）。磁阻計(jì)算的關(guān)系式為

磁通勢(shì)（磁動(dòng)勢(shì)）F

，實(shí)驗(yàn)表明通電線圈產(chǎn)生的磁場(chǎng)強(qiáng)弱與線圈內(nèi)通入電流I的大小及線圈的匝數(shù)N成正比，把I與

N的乘積稱為磁通勢(shì)，即:

F=NI第4頁(yè),共24頁(yè)，2024年2月25日，星期天8．1磁路及磁路基本定律（2）全電流定律

或

上式表明，磁路中磁場(chǎng)強(qiáng)度與磁路的平均長(zhǎng)度的乘積，在數(shù)值上等于磁場(chǎng)的磁通勢(shì)，稱為全電流定律。

磁場(chǎng)強(qiáng)度與磁路平均長(zhǎng)度的乘積，又稱磁位差，用符號(hào)表示，即:

（8．4）

若研究的磁路具有不同的截面，并且是由不同的材料（如鐵心和氣隙）構(gòu)成的，則可以把一個(gè)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）第5頁(yè),共24頁(yè)，2024年2月25日，星期天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(jù)磁通連續(xù)性原理，進(jìn)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(shù)和為零，此稱基爾霍夫磁通定律。即

第6頁(yè),共24頁(yè)，2024年2月25日，星期天（4）基爾霍夫磁位差定律

如圖,磁路可能由多種尺寸、多種材料構(gòu)成，有的還含有氣隙。圖8．4所示磁路可分為三段，根據(jù)全電流定律有

推廣到任意磁路中有

由于勵(lì)磁電流是線圈產(chǎn)生磁通的來源，故稱NI為磁路的磁通勢(shì)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(shù)和等于沿該曲線磁通勢(shì)的代數(shù)和，此稱基爾霍夫磁位差定律。若將磁通勢(shì)表示為磁位降（磁位差）方向，也可寫成

當(dāng)勵(lì)磁電流為直流時(shí)，磁路中產(chǎn)生恒定磁通，此磁路稱為恒定磁通磁路，當(dāng)勵(lì)磁電流為交流時(shí)，產(chǎn)生交變磁通，此稱為交變磁通磁路。第7頁(yè),共24頁(yè)，2024年2月25日，星期天8．2鐵磁性物質(zhì)的磁化

案例8．1

變壓器中有硅鋼片疊成的鐵心，電機(jī)的繞組是嵌放在由硅鋼片疊成的鐵心槽內(nèi)。在第3章中我們已經(jīng)介紹，硅鋼片是高導(dǎo)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(zhì)是如何被磁化？還具有哪些特性？1．鐵磁性物質(zhì)的磁化

本來不具磁性的物質(zhì)，由于受磁場(chǎng)的作用而具有磁性的現(xiàn)象稱為該物質(zhì)被磁化。只有鐵磁性物質(zhì)才能被磁化，而非鐵磁性物質(zhì)是不能被磁化的。

鐵磁性物質(zhì)，被磁化前后的磁疇取向如圖8．5所示。

有些鐵磁性物質(zhì)在去掉外磁場(chǎng)以后，磁疇的大部分仍然保持取向一致，對(duì)外仍顯示磁性，這就成了永久磁鐵。

第8頁(yè),共24頁(yè)，2024年2月25日，星期天8．2鐵磁性物質(zhì)的磁化2．磁化曲線鐵磁物質(zhì)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(cè)定磁化曲線的實(shí)驗(yàn)電路。實(shí)驗(yàn)測(cè)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(guān)系是非線性的，即

不是常數(shù)。第9頁(yè),共24頁(yè)，2024年2月25日，星期天8．2鐵磁性物質(zhì)的磁化B—H曲線分為三段：

1）起始磁化段(曲線的0～1段)

當(dāng)H從零值開始增大時(shí)，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(duì)于電機(jī)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(zhì)中磁感應(yīng)強(qiáng)度B和磁場(chǎng)強(qiáng)度H的函數(shù)關(guān)系，不同的鐵磁性物質(zhì)，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(zhì)的磁化曲線。第10頁(yè),共24頁(yè)，2024年2月25日，星期天8．2鐵磁性物質(zhì)的磁化3．磁滯回線

（1）剩磁

當(dāng)B隨H沿起始磁化曲線達(dá)到飽和值以后，逐漸減小H的數(shù)值，實(shí)驗(yàn)表明，這時(shí)B并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(dāng)H減至零時(shí)，B值不等于零，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(chǎng)，當(dāng)反向磁場(chǎng)增大到一定的值時(shí)，B值變?yōu)榱悖４磐耆?。這時(shí)的H值是為克服剩磁所加的磁場(chǎng)強(qiáng)度，稱為矯頑磁力，用Hc表示。第11頁(yè),共24頁(yè)，2024年2月25日，星期天8．2鐵磁性物質(zhì)的磁化

（3）磁滯現(xiàn)象

B的變化總是落后于H的變化，這種現(xiàn)象稱為磁滯現(xiàn)象。經(jīng)過多次循環(huán)，可以得到一個(gè)封閉的對(duì)稱于原點(diǎn)的閉合曲線(abcdefa)，叫做磁滯回線。

如果在線圈中改變交變電流幅值的大小，那么交變磁場(chǎng)強(qiáng)度H的幅值也將隨之改變。在反復(fù)交變磁化中，可相應(yīng)得到一系列大小不一的磁滯回線，連接各條對(duì)稱的磁滯回線的頂點(diǎn)，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(zhì)的反復(fù)交變磁化過程中，產(chǎn)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(zhì)，磁滯損耗就越大。

第12頁(yè),共24頁(yè)，2024年2月25日，星期天授課日期 班次 授課時(shí)數(shù)

2

課題：8.3交流鐵心線圈

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

參考書：《電路》丘關(guān)源著

教學(xué)過程：一、復(fù)習(xí)提問

1.對(duì)比磁路基本定律與電路基本定律

2.什么是磁滯損耗、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(guān)系

2.交流鐵心線圈中磁通與電流的關(guān)系

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(jié)構(gòu)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.例題分析課后小計(jì)：第13頁(yè),共24頁(yè)，2024年2月25日，星期天8．3交流鐵心線圈1．交流鐵心線圈中電壓與磁通的關(guān)系

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(chǎn)生磁通Φ。電壓u與磁通Φ之間的關(guān)系為：

設(shè)則有：

由此可知：當(dāng)鐵心線圈上加以正弦交流電壓時(shí)，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(shù)值上，端電壓有效值。

第14頁(yè),共24頁(yè)，2024年2月25日，星期天8．3交流鐵心線圈2．交流鐵心線圈中磁通與電流的關(guān)系

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(guān)系。由鐵磁物質(zhì)的基本磁化曲線圖8．11(a)可得到圖8．11(b)所示Φ—i曲線。第15頁(yè),共24頁(yè)，2024年2月25日，星期天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(yīng)出電壓，由于鐵心也是導(dǎo)體，便產(chǎn)生一圈圈的電流，稱之為渦流。渦流在鐵心內(nèi)流動(dòng)時(shí)，在所經(jīng)回路的導(dǎo)體電阻上產(chǎn)生的能量損耗,稱為渦流損耗。

（2）磁滯損耗

鐵磁性物質(zhì)在反復(fù)磁化時(shí)，磁疇反復(fù)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(zhuǎn)換為熱能而使鐵磁材料發(fā)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(dǎo)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。

第16頁(yè),共24頁(yè)，2024年2月25日，星期天

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(jié)構(gòu)

電磁鐵是利用載流鐵心線圈產(chǎn)生的電磁吸力來操縱機(jī)械裝置，以完成預(yù)期動(dòng)作的一種電器。它是將電能轉(zhuǎn)換為機(jī)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。鐵心一般是靜止的，線圈總是裝在鐵心上。開關(guān)電器的電磁鐵的銜鐵上還裝有彈簧。如圖8．12所示。第17頁(yè),共24頁(yè)，2024年2月25日，星期天8．4．1電磁鐵

電磁鐵的結(jié)構(gòu)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。按銜鐵運(yùn)動(dòng)方式可分為轉(zhuǎn)動(dòng)式如圖8．13（a）所示和直動(dòng)式如圖8．13（b）、（c）、(d)所示。

電磁鐵的基本工作原理：

當(dāng)線圈通電后，鐵心和銜鐵被磁化，成為極性相反的兩塊磁鐵，它們之間產(chǎn)生電磁吸力。當(dāng)吸力大于彈簧的反作用力時(shí)，銜鐵開始向著鐵心方向運(yùn)動(dòng)。當(dāng)線圈中的電流小于某一定值或中斷供電時(shí)，電磁吸力小于彈簧的反作用力，銜鐵將在反作用力的作用下返回原來的釋放位置。

第18頁(yè),共24頁(yè)，2024年2月25日，星期天8．4．1電磁鐵2．電磁鐵的分類按其線圈電流的性質(zhì)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(dòng)電磁鐵、起重電磁鐵及其他類型的專用電磁鐵。

牽引電磁鐵主要用于自動(dòng)控制設(shè)備中，用來牽引或推斥機(jī)械裝置，以達(dá)到自控或遙控的目的；

制動(dòng)電磁鐵是用來操縱制動(dòng)器，以完成制動(dòng)任務(wù)的電磁鐵；

起重電磁鐵是用于起重、搬運(yùn)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

用于輸配電系統(tǒng)的電力變壓器；用于工業(yè)動(dòng)力系統(tǒng)中直流拖動(dòng)的專用電源變壓器；用于電力系統(tǒng)或?qū)嶒?yàn)室等場(chǎng)合的調(diào)壓變壓器；用于測(cè)量電壓、電流的電壓互感器、電流互感器；用于潮濕環(huán)境或人體常常接觸場(chǎng)合的隔離變壓器。變壓器主要由鐵心和繞組兩個(gè)基本部分組成。

第19頁(yè),共24頁(yè)，2024年2月25日，星期天8．4．2變壓器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(fù)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(shù)分別為和。

當(dāng)變壓器的一交繞組接上交流電壓時(shí)，一次繞組中便有電流通過。電流在鐵心中產(chǎn)生閉合磁通，磁通隨的變化而變化，從而在二次繞組中產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。

第20頁(yè),共24頁(yè)，2024年2月25日，星期天8．4．2變壓器

如果二次繞組接有負(fù)載，在二次繞組和負(fù)載組成回路中有負(fù)載電流產(chǎn)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