磁路与铁心线圈电路
铁芯工作原理
铁芯工作原理
铁芯是一种常见的电磁元件，它的工作原理主要基于电磁感应和磁路传导的原理。
在铁芯中，主要有两种磁场存在：一种是外加的电磁场，另一种是铁芯本身的磁场。
当外加电流通过铜线绕制的线圈时，产生的电流会形成一个电磁场，这个电磁场的变化会导致铁芯中的磁场也发生变化。
这是因为铁芯具有良好的导磁性，能够将电磁场的能量转化为磁能。
当电流变化时，电磁场也随之变化，进而引起铁芯中的磁场变化。
铁芯中的磁场变化会导致磁通量的变化，而磁通量的变化又会产生感应电动势。
根据法拉第定律，感应电动势与磁通量的变化率成正比。
因此，铁芯中的磁场变化将引起感应电动势的产生。
这是铁芯工作的基本原理之一。
除此之外，铁芯还可以用作磁路传导器。
当电流通过线圈时，形成的磁场并不局限在线圈的周围，它还会通过铁芯进行传导。
铁芯能够提供一个低磁阻的路径，使得磁通量能够更好地流动。
这样，通过铁芯传导的磁场能够更有效地与外界进行能量交换，提高电磁元件的效率。
综上所述，铁芯通过电磁感应和磁路传导的原理来工作。
它能够将电磁场的能量转化为磁能，并将磁场进行传导。
这种工作原理使得铁芯在电磁元件中起到重要的作用。
什么是磁路-什么是电路-电路与磁路的区别
什么是磁路?什么是电路?电路与磁路的区别我们首先来看两个概念：磁路和电路。
那么什么是磁路，什么是电路呢，只有搞清楚这两个概念是什么，我们才能分析二者之间到底有什么区别。
我们先来看什么是电路：在电动势或者电压的作用下，电流所流经的路径叫电路。
电路的组成是由电源、负载和开关三部分结构。
而电路又分为直流电路和交流电路。
流经电路的电流的大小和方向不随时间变化的电路，叫做直流电路。
流经电路的电流的大小和方向随时间变化的电路，叫做交流电路。
看完了电路，我们再来讲讲磁路。
当通电线圈中具有铁芯时，磁动势所产生的磁通，主要集中在由铁芯所规定的路径内，这种路径就叫做磁路。
而磁路也是分为直流磁路和交流磁路。
由直流电流励磁的磁路，叫做直流磁路，由交流电流励磁的磁路，叫做交流磁路。
电路与磁路相同点确实没有什么可说的。
在电路中，电流是电动势产生的，在磁路中，磁通是由磁动势产生的。
在电路中，电流经过电阻便产生电压降，在磁路中，磁通经过磁阻便产生磁压降。
在电路中，用欧姆定律来表示电流、电阻和电压降之间的关系，在磁路中，用与电路相似的磁路欧姆定律来表示磁通、磁阻和磁动势之间的关系。
但是，电路与磁路二者有本质上的区别，主要区别如下：a.在电路中，没有电动势时，电流等于零。
而在磁路没有磁动势时，由于磁滞现象，总是或多或少地存在剩磁。
b.电流代表电荷的移动，而磁通却不代表任何质点移动。
磁通通过滋阻时，不象电流通过电阻那样要消耗能量，维持恒定磁通也并不需要消耗任何能童。
因此，在电路中可以有断路情况，在磁路中却没有断路的情况，只要有磁动势存在，总会引起相应的磁通，磁通总是连续的。
c.由于铁磁材料具有磁饱和现象，所以磁路的磁阻都是非线性，这与一般情况下电路电阻都是线性电阻是不一样的。
因此，磁路欧姆定律一般只能用来对磁路进行定性分析。
d.在电路中，导电材料的电导率一般比绝缘材料的电导率大儿千万倍以上，所以电路的漏电非常小，完全可以忽略不计。
在磁路中，铁磁材料的磁导率一般比非铁磁材料的磁导率只大几千倍甚至更小。
磁路与铁芯线圈(电磁铁)课件
利用磁路与铁芯线圈检测压力，实现物理量 的测量。
05
磁路与铁芯线圈(电磁铁)的未来发展
磁路与铁芯线圈(电磁铁)的发展趋势
技术创新
随着科技的不断进步，磁路与铁 芯线圈(电磁铁)的设计和制造将 更加精密和高效，以满足不断变
化的应用需求。
环保与节能
随着环保意识的提高，磁路与铁 芯线圈(电磁铁)将更加注重节能 和环保，采用更高效的材料和设
计，降低能耗和资源消耗。
智能化与自动化
磁路与铁芯线圈(电磁铁)将与物 联网、人工智能等先进技术结合 ，实现智能化控制和自动化生产
，提高生产效率和产品质量。
磁路与铁芯线圈(电磁铁)的未来挑战
技术瓶颈
随着应用领域的不断拓展，磁路与铁芯线圈(电磁铁)面临的技术瓶 颈也日益突出，需要不断突破和创新。
市场竞争
隔离变压器
利用磁路与铁芯线圈产生磁场 ，实现电路的隔离。
自耦变压器
利用磁路与铁芯线圈产生磁场 ，实现电路的自动控制。
在传感器中的应用
磁性传感器
利用磁路与铁芯线圈检测磁场，实现物理量 的测量。
位置传感器
利用磁路与铁芯线圈检测位置，实现物理量 的测量。
电流传感器
利用磁路与铁芯线圈检测电流，实现物理量 的测量。
磁场通过铁芯得到增 强。
铁芯线圈的应用
01
02
03
04
直流电机
利用铁芯线圈产生磁场，驱动 转子旋转。
变压器
通过改变铁芯线圈的匝数实现 电压变换。
继电器
利用铁芯线圈控制电路的通断 。
传感器
检测磁场变化，实现非电量到 电量的Байду номын сангаас换。
03
磁路与铁芯线圈(电磁铁)的设计
变压器铁芯线圈电路的功率损耗
变压器铁芯线圈电路的功率损耗
1 变压器的功率损耗
变压器是一种用于改变电力电压的设备，它通过将高电压输入转
换为低电压输出来提供能量的传递，以满足特定的应用要求。
在变压
器中，铁心线圈电路用于将高压电流转换为低压电流。
然而，在变压
器中使用铁芯线圈电路也会产生功率损耗。
2 功率损耗的原因
铁芯线圈电路的功率损耗主要由两部分组成：磁损耗和电损耗。
磁损耗是通过磁饱和和铁芯损耗产生的，是指截止电感铁芯在开路情
况下物理损失的部分。
铁芯损耗是指在准饱和磁路中，由于磁铁变形
而引起的铁芯内的热损失。
电损耗是由于铁芯铁氧体引入电路中而产
生的损耗。
3 功率损耗的减少
可以采取一些措施来减少铁芯线圈电路的功率损耗，如使用低损
耗线圈、晶体管密封及采用对称结构来改善电器的绝缘特性等。
另外，应当尽量减少铁芯的损耗，它是减轻线圈的磁损耗的有效手段，因为
它的电路阻抗会减少。
此外，应采取措施减少芯片温升，如选择高效
变压器，采用良好的散热装置和结构以改善变压器的散热特性，同时
对变压器进行定期维护也可以减少功率损耗。
4 结论
变压器铁芯线圈电路的功率损耗主要由磁损耗和电损耗组成，可
以采取一些措施来减少功率损耗，例如使用低损耗线圈、晶体管密封
以及采用对称结构来改善电器的绝缘特性。
它也可以减少铁芯的损耗，选择高效变压器，采用良好的散热装置和结构以改善变压器的散热特性，同时对变压器进行定期维护也可以减少功率损耗。
第六章磁路及铁芯线圈电路-文档资料
0
H 0H
B B0
6-1 磁路和磁路的基本知识
例：环形线圈如图，其中媒质是均匀的，
磁导率为，试计算线圈内部各点的磁感
应强度。
解：半径为x处各点的磁场强度为
NI Hx
lx
故相应点磁感应强度为
I
Bx Hx NI
lx
N匝
x Hx
S
由上例可见,磁场内某点的磁场强度 H 只与电流大小、线
磁性物质的磁导率不是常数，随H 而变。
磁化曲线
H
B,
有磁性物质存在时，与 I 不成正比。
B
磁性物质的磁化曲线在磁路计算上极
为重要，其为非线性曲线，实际中通过
实验得出。
O
B 和 与H的关系
H
6-2 铁磁性物质及其磁化
3. 磁滞性
磁滞性：磁性材料中磁感应强度B的变化总是滞后于
外磁场变化的性质。
磁通由磁通势产生，磁通势的单位是安[培]。
6-1 磁路和磁路的基本知识
五、磁导率
表示磁场媒质磁性的物理量，衡量物质的导磁能力。
磁导率 的单位：亨/米（H/m）
真空的磁导率为常数，用 0表示，有：
0 4π107H/m
相对磁导率 r： 任一种物质的磁导率 和真空的磁导率0的比值。
r
(4) 根据下式求出磁通势（ NI ）
n
NI Hili i1
6-3 磁路的基本定律
例1:一个具有闭合的均匀的铁心线圈，其匝数为300， 铁心中的磁感应强度为 0.9T，磁路的平均长度为 45cm，试求： (1)铁心材料为铸铁时线圈中的电 流; (2)铁心材料为硅钢片时线圈中的电流。
通所需要的磁通势F=NI ， 确定线圈匝数和励磁电流。
电机与控制第六章第三节 磁路基础和磁路的基本定律
第二篇 电机与控制
1. 磁路欧姆定律
二、磁路的基本定律
设由某种铁磁材料构成的均匀磁路，其长度为l，截 面积为S，由于磁路上各点的µ值、B值相等，磁场强度 H也相等，故通过S截面的磁通Φ可表示为
BS HS
根据安培环路定律，对于均匀磁路有
H dl Hl NI
l
N为绕组的匝数，由于积分与路径无关，只与路径内 包含的导体电流的大小和方向有关，可见电流是产生磁 场的源泉，即
第二篇 电机与控制
第三节 磁路基础和磁路的基本定律
一、磁路基础 二、磁路的基本定律 三、磁路的分析与计算
第二篇 电机与控制
一、磁路基础
磁路是由铁芯与线圈构成，使磁通绝大部分通过的 闭合回路。磁路通常由铁磁材料及空气隙两部分组成。
典型磁路示意图
构成磁路的重要材料是铁磁性材料，铁磁性材料主 要有铸钢、硅钢片、铁及与钴镍的合金、铁氧体等，它 们在外磁场的作用下将被强烈地磁化，使磁场显著增强， 可以把绝大部分磁力线集中在其内部和一定的方向上。
n
H dl Ik Fm
l
k 1
Fm称为磁通势
第二篇 电机与控制
1. 磁路欧姆定律
二、磁路的基本定律
BS HS
H dl Hl NI
l n
H dl Ik Fm
l
k 1
令磁阻
l
Rm S
IN l S
IN
l
S
Fm
磁路欧姆定律 NI F
Rm Rm
第二篇 电机与控制
二、磁路的基本定律
2. 磁路的基尔霍夫第一定律
穿过任一闭合面的磁通等于穿出该闭合面的磁通。
B dS i 0 ( S内)
第二篇电机与控制
磁保持继电器内部结构
磁保持继电器内部结构
磁保持继电器是一种电磁装置，用于控制电路中的电流流动。
它由
内部结构所组成，这个结构起着关键的作用，实现开关的功能。
磁保持继电器内部结构主要包括以下部分：
1.磁路系统：磁保持继电器的磁路系统包括铁芯、线圈和磁导路径。
铁芯是由软磁材料制成的，通过其内部传导磁场。
线圈通常由导线绕
制而成，当通电时产生磁场。
磁导路径将磁场引导到合适的位置，使
其产生力。
2.触点系统：触点是磁保持继电器中起关键作用的部分。
它通常由
固定触点和可动触点组成。
当线圈通电时，磁场引起可动触点的吸引，使之与固定触点接触，形成电路通断。
这种触点系统能够承受较大的
电流，并具有良好的切换特性。
3.辅助电路：为了进一步增强磁保持继电器的功能，一些辅助电路
也被添加到内部结构中。
例如，过载保护电路、继电器状态指示灯、
电气间隔器等。
辅助电路的添加可以使继电器更安全可靠，并提供额
外的功能。
总体而言，磁保持继电器内部结构的设计旨在实现可靠的开关控制。
通过使用合适的材料和构造，确保其正常工作并承受一定的负荷。
这
样的结构使得磁保持继电器在各种电路中被广泛应用，在电力系统、
自动化控制和电子设备中发挥重要作用。
磁路、异步电动机及继电器接触控制
磁滞回线
南京航空航天大学
磁路的分析方法
用铁磁材料做成的铁芯线圈，可将磁通基本上都集 中于由铁芯所构成的闭合回路内，形成磁路。各种 电机、电器正是用此原理制成的。 分析磁路的方法主要依据安培环路定律。
南京航空航天大学
磁路的基尔霍夫第二定律
v v H d l = H l + H l u u 0 0 ∫
南京航空航天大学
四、磁导率 磁感应强度B与磁场中的介质的导磁性质有关 铁磁性物质或磁性物质
B µ = H
真空磁导率：
µ 0 = 4π × 10 −7 H m
相对磁导率
µ µr = µ0
磁性材料 非磁性材料
南京航空航天大学
高导磁性 磁饱和性
磁畴理论 磁滞性
Hc称为矫顽磁力。（矫顽力） Br称为剩磁感应强度 磁性材料的分类 1. 软磁材料： 2. 硬磁材料： 3. 矩磁材料：
U 直流电磁铁： ， U 为外加直流电压；R I= R
为线圈电阻；吸合前后电流
I
不变。
δ ↓⇒ Rom =
I
δ µo So
↓⇒ IN不变， Φ o ↑⇒ F ↑
U ≈ 4.44 fNΦ om ，U 若不变，吸合 F 交流电磁铁： 前后力不变。
δ ↓⇒ Rom ↓⇒ H omδ ↓⇒ I m
若吸合不上，则过大使线圈发热而烧坏。
南京航空航天大学
交流电磁铁 结论：吸合前的磁动势要比吸合后的磁动势大，因此 ，励磁电流在衔铁吸合前大，在吸合后小，这与直流 电磁铁不一样
1 Φ 10 2 F= = Bom S o 4 µ o S o 16π
2 om 7
Φ om ：气隙磁通幅值；
Bom ：气隙中磁感应强度幅值
磁路与电路的异同比较
磁路与电路、直流励磁铁心线圈电路与交流励磁铁心线圈、交流铁心线圈电路与交流空心线圈电路、直流铁心线圈电路与直流空心线圈电路异同比较学号：**********班号：18201班姓名：母剑峰2011/11/17磁路与电路磁路是指在电工设备中，用磁性材料做成一定形状的铁芯，铁芯的磁导率或其他物质的磁导率高得多，因此铁芯线圈中的电流产生的磁通绝大部分经过铁芯闭合，这种人为造成的磁通的闭合路径称为磁路。
电路是由金属导线和电气以及电子部件组成的导电回路，称其为电路，也可以是电路是电流所流经的路径。
相似之外也有不同，比如磁通只是描述磁场的物理量，并不像电流那样表示带电质点的运动，它通过磁阻时，也不像电流通过电阻那样要消耗功率，因而也不存在与电路中的焦耳定律类似的磁，处理电路时一般不涉及电厂问题，而在处理磁路时离不开磁场的概念；处理电路是一般不考虑漏电流，而处理磁路时要考虑漏磁现象；磁路的欧姆定律与电路的欧姆定律只是形式上的相似，由于不是常数，他随励磁电流变化不能直接应用，只用作定性分析。
在电路中E=0时I=0，但在磁路中由于有剩磁，F=0时，0.直流励磁铁心线圈电路与交流励磁铁心线圈直流励磁铁心线圈电路与交流励磁铁心线圈电路均是由电流的变化激发磁场。
直流励磁方式用直流电产生磁场或采用永久磁铁，它能产生一个恒定的均匀磁场，在线圈和铁芯中不会感应出电动势；在一定的电压U下，线圈的电流I只与本身的电阻R有关，功率损耗也只有R2；而交流电是周期性变化的电流来激发磁场，所激发的磁场以及感应电动势，感应电流也是周期性变化的，主磁通最大值m只与U、f和N有关，当铁芯尺寸和材料保持变化值保持不变，感应电动势的计算公式为：E=4.44fN m。
除了电阻R上的损耗外，处于交变磁m化下的铁心中也有功率损耗（铁损耗Fe），是由磁滞和涡流产生的。
有功功率的损耗计算为P=UI=RI2+Fe。
交流铁心线圈电路与交流空心线圈电路交流铁芯线圈电路与交流空心线圈在励磁规律，感应电动势，感应电流，感应磁场遵循相同的规律。
第十三章 磁路和铁芯线圈
P37-8 第13章 磁路和铁心线圈
1.磁通连续性原理
磁通连续性原理是磁场的一个基本性质，其内容是： 在磁场中，磁感应强度对任意闭合面的面积分恒等于零。
由于磁感应强度线总是闭合的空间曲线，显然，穿进 任一闭合面的磁通恒等于穿出此面的磁通。上式成立与磁 场中的介质的分布无关。
2.安培环路定律 安培环路定律(Ampere’s circuital law)是磁场又一基本 性质。其内容是：在磁场中，磁场强度沿任意闭合路径的 线积分等于穿过该路径所包围的全部电流的代数和。 同样应该指出，上式成立与磁场中的介质的分布无关。
铁磁物质铁、镍、钴以及铁氧体(又称铁淦氧)等都是构 成磁路的主要材料，它们的磁导率都比较大，且与所在磁场 的强弱以及该物质的磁状态的历史有关，其磁导率不是常量。 本节讨论铁磁物质的磁化过程。
铁磁物质的磁化性质一般由磁化曲线。磁路中的磁场是 由电流产生的。电流愈大，磁场强度就愈大。感应强度相当 于电流在真空中所产生的磁场和物质磁化后的附加磁场的叠 加，所以，曲线表明了物质的磁化效应。
《电路分析基础》
P37-7 第13章 磁路和铁心线圈
在国际单位制(SI)中，由后面介绍的安培环路定律可 知，磁场强度的单位是安/米，符号为A/m。
磁导率(permeability)是反映物质导磁能力或物质被磁 化能力的物理量。定义为
B H
它的单位在国际单位制中是亨/米，符号为H/m。为了 比较物质的导磁率，选用真空作为比较的基准。实验指出， 真空的导磁率是常数。把其它物质的磁导率与真空磁导率 的比称作该物质的相对磁导率。 大多数铁磁材料的磁导率不是常数，所以，在磁路中 磁场强度和磁感应强度的关系为非线性关系。 二、磁场的基本性质
Um Hl
电磁继电器构造
电磁继电器构造电磁继电器是一种电气控制设备，它可以在电路中起到开关、保护、转换等作用。
本文将从电磁继电器的构造、工作原理、应用领域等方面进行详细的介绍。
一、电磁继电器的构造电磁继电器由磁路系统、触点系统、弹簧系统和外壳系统四部分组成。
1. 磁路系统磁路系统是电磁继电器的核心部分，它由铁芯、线圈和磁路板组成。
铁芯是电磁继电器的主要磁路部件，它通常由软磁材料制成，如硅钢片、镍铁合金等。
线圈是电磁继电器的发热部件，通电时会产生电磁场，使铁芯磁化，从而吸合触点。
磁路板是将铁芯和线圈固定在一起的支撑部件。
2. 触点系统触点系统是电磁继电器的关键部分，它由动触点、静触点和触点弹簧组成。
动触点是由弹簧和触点杆组成的，通电时会受到电磁力的作用，向静触点方向运动，从而闭合电路。
静触点是固定在继电器上的触点，它与动触点接触时会闭合电路。
触点弹簧是将动触点和静触点分开的弹簧，通电时会拉动动触点，当电流断开时，触点弹簧会将动触点弹回原位。
3. 弹簧系统弹簧系统是用来控制触点运动的部分，它由闭合弹簧和断开弹簧组成。
闭合弹簧是使动触点闭合的弹簧，断开弹簧是使动触点断开的弹簧。
4. 外壳系统外壳系统是电磁继电器的保护部分，它由外壳和连接杆组成。
外壳是将磁路系统、触点系统和弹簧系统固定在一起的保护壳，连接杆是用来连接电气设备的。
二、电磁继电器的工作原理电磁继电器的工作原理是基于电磁感应现象的。
当继电器通电时，线圈中会产生电流，电流会在铁芯中产生磁场，使铁芯磁化。
磁化后的铁芯会吸引动触点，使动触点与静触点接触，从而闭合电路。
当电流断开时，线圈中不再产生磁场，铁芯失去磁化，动触点受到触点弹簧的作用，弹回原位，与静触点分开，电路断开。
三、电磁继电器的应用领域电磁继电器广泛应用于各个领域，如电力、机械、交通、电子、通信等。
在电力领域，电磁继电器可以用于控制电动机、保护电路等。
在机械领域，电磁继电器可以用于控制机器人、自动化生产线等。
在交通领域，电磁继电器可以用于控制信号灯、电梯等。
磁路及交流铁心线圈
1．磁路的欧姆定律
式中
为磁阻,
2．磁路基尔霍夫第一定律
3．磁路基尔霍夫第二定律
为磁导。
二、交流铁芯线圈
励磁电流为直流时，称为直流铁心线圈（如直流电磁铁、 直流继电器的线圈），当励磁电流为交流时，称为交流铁心线 圈（如交流电机、变压器的线圈）。
i
+
– e
u –
e+–+
N
主磁通 ：通过铁心闭合的 磁通。 与i不是线性关系。
O
到饱和值，这种现象称为磁 饱和性。从图中还可看出B 和H不成正比，所以磁性材 料的μ不是常数。
H
磁性材料的磁化曲线
（3）磁滞特性 若将磁性材料进行周期性磁化，磁感应强度 B随磁场强
度H 变化的曲线称为磁滞回线，如图所示。
从图中可见，当 H 已减到零 时， B 并未回到零值，而等于 Br 。这种磁感应强度滞后于磁场
磁路及交流铁心线圈
一、磁路及其基本定律
（一）磁路的概念 磁力线所通过的路径称为磁路。磁路主要由具有良好导 磁性能的磁性材料构成，如：硅钢片，铸铁等。
i1
u1 e1Βιβλιοθήκη N1N2e2
当线圈（通常被称为励磁线圈或励磁绕组）中通入电 流（通常被称为励磁电流）时，在线圈周围会形成磁场， 由于铁心的导磁性能比空气要好得多，所以绝大部分的磁 通将在铁心内通过，我们称它为主磁通或工作磁通；同时 有少量磁通会通过空气交链，我们称它为漏磁通，工程中 通常忽略不计。主磁通和漏磁通所通过的路径分别称为主 磁路和漏磁路。
或
3. 磁场强度H 磁场强度是计算磁场时所用的一个物理量，它也是个 矢量，根据安培环环路定理，沿任意闭合路径，磁场强度 的线积分等于该回路所包围的导体电流的代数和。
磁路与铁芯线圈(电磁铁)
N
I
U
S
S
N
(a)
(b)
图9.7 直流电机和单相变压器磁路
9.2.1 磁路（二）
边缘 效应
主磁 通
I 漏磁 通
图 9.8 主磁通、 漏磁通和边缘效应
9.2.2 磁路定律（一）
1. 磁路的基尔霍夫第一定律
0
1 2 3 0
9.2.2 磁路定律（二）
D
A
1
l1′
2
l3′
I1
I2
N1 l1
N2 l2
0.621104Wb/cm2
0.621T
例9.1（五）
(4) 由图9.6 所示硅钢片和铸钢的基本磁化曲线得
H1 1.4 A / cm H 2 1.5 A / cm
空气中的磁场强度为
H3
B3
0
0.621
4 10 7
4942
在计算时一般应按下列步骤进行: (1) 按照磁路的材料和截面不同进行分段, 把材料和截面相同 的算作一段。 (2) 根据磁路尺寸计算出各段截面积S和平均长度l。
9.3 简单直流磁路的计算（二）
Sa (a)(b)ab(ab)
Sb
(r)2
2
r2r
a r
b
(a)
(b)
图9.11
(a) 矩形截面； (b) 圆形截面
教学方法
用比较的方法讲解本节
思考题
1、已知线圈电感L=Ψ/I=NΦ/I，试用磁路欧姆定律证明 L=N2μS/ l,并说明如果线圈大小、形状和匝数相同时，有铁心线圈和 无铁心线圈的电感哪个大？
2、为什么空心线圈的电感是常数，而铁心线圈的电感不是常 数？铁心线圈在未达到饱和与达到饱和时，哪个电感大？
汽车电工电子基础 2常用电磁元件的认识
多电器设备如变压器、电磁铁、继电器、电动机等均
用铁磁材料来构成磁路。磁路的欧姆定律
是分析
磁路的基础。由于铁磁材料的磁阻不是常数，故它常
用于定性分析。
3 含有铁芯线圈的交流电路的主磁通
。这表
明当线圈匝数N 及电源频率f 为一定时，主磁通的幅值
Φｍ由励磁线圈外的电压有效值U 确定，与铁芯的材料
及尺寸无关。
图2-8 单相变压器的负载运行示意图
I1 N2 1 I2 N1 k
U1 E1 N1 k U2 E2 N2
3）阻抗变换
图2-8 变压器的阻抗变换作用
ZL
U1 I1
kU2 I2
k2 U2 I2
k2
ZL
k
2. 变压器的损耗与额定值
1）变压器的损耗和效率
损耗
铜损： 铁损： 主要包括磁滞损耗和涡流损耗
6 电磁铁是利用通电的铁芯线圈产生的电磁力或力矩吸 引衔铁或保持某种工件于固定位置，通过将电磁能转 化为机械能来实现各种控制的一种电器。电磁铁在汽 车上应用广泛，如汽车电喇叭发声、汽油泵进出油阀 的启闭、ABS油阀等都是由电磁铁来控制的。
37 继电器是自动控制电路中常用的一种元件，是用较小 的电流来控制较大电流的一种自动开关，在电路中起 着自动操作、自动调节、安全保护等作用。电磁式继 电器成本较低，便于控制执行部件，因此在汽车电路 中被广泛采用。
1. 开磁路点火线圈
图2-12 传统点火线圈的磁路
磁路的上、下部分从空气中 通过，漏磁较多。
图2-11 点火线圈结构示意图
2. 闭磁路点火线圈
铁芯形成闭合磁路，具有漏磁少、 转换效率高、体积小、质量轻、易 散热等优点。
图2-13 闭磁路点火线圈
同一铁芯上的两个线圈原理
同一铁芯上的两个线圈原理
铁芯是电感器中的重要部件，由磁导率高的磁性材料制成。
在同一铁芯上制作两个线圈可以实现许多电路和应用的功能，例如互感器、变压器和共模电感等。
同一铁芯上的两个线圈的原理基于电磁感应和磁耦合。
当两个线圈紧贴在同一铁芯上时，它们共享相同的磁路，这种磁路称为磁耦合。
当一个线圈中的电流变化时，它会在铁芯中产生磁场，这个磁场会穿过铁芯并传递到另一个线圈中。
当第二个线圈中有变化的磁场穿过它时，就会在线圈中产生电势差，即电感作用。
在互感器中，通常称为主线圈和次级线圈。
主线圈被连接到电源和电路中，而次级线圈则被用作检测电路中的信号。
通过调整主线圈中的电流，可以改变磁场的强度和方向，从而改变次级线圈中的电势差。
在变压器中，通常有两个或更多的线圈，它们位于同一铁芯上。
当一个线圈中的电流变化时，它产生的磁场穿过铁芯，引起其他线圈中的电势差。
通过不同数量的线圈来控制输入和输出的电压，从而实现变压器的功能。
在共模电感中，两个线圈被用于电路中的电源滤波和干扰抑制。
一个线圈作为进入电源的电流路径，而另一个线圈作为从电源返回的电流路径。
这对线圈的磁耦合显著地抑制了噪音和干扰。
在实际应用中，设计和制造具有特定电感值和耦合系数的同一铁芯上的两个线圈是复杂的，因此需要精确的计算和调整。
同时，正确的绕线和组装也很重要，以确保最小化电感器中的能量损耗和干扰。
单刀双掷继电器工作原理
单刀双掷继电器工作原理单刀双掷继电器是一种常见的电子元件，它的主要作用是将电路进行切换。
一般来说，继电器由线圈、磁路系统、触点系统和底座组成。
当通过线圈施加电流时，磁路系统就会产生磁场，这个磁场会引起触点的动作，进而改变电路的状态。
在单刀双掷继电器中，触点有1对开关在动作，可以将一个电路连接或切断，同时将电路切换到另外一个方向的开关上。
单刀双掷继电器的工作原理非常简单，下面我们来详细介绍一下。
1. 线圈电路单刀双掷继电器的线圈是由线圈绕制成的，通常由铜丝绕制，线圈的两端与底座相连。
当外接电源的电压通过线圈流过时，就会产生一个磁场，磁场的强度取决于外接电源的电压和线圈的匝数。
线圈的电压取决于外面电源的电压和继电器的规格（供电电压、使用电流等参数），因此我们需要根据实际使用需要，选择合适的继电器。
2. 磁路系统磁路系统由铁芯和线圈构成，它承载着线圈的磁场，使得磁场能够传递到触点上。
在单刀双掷继电器中，磁路系统的设计要求磁通量能够轻易地从铁芯中流过，以确保线圈产生的磁场能够达到最大值并引起触点的动作。
3. 触点系统当线圈的电流通过继电器时，它会产生磁场，这个磁场会在磁铁中形成。
当磁场达到一定的强度时，就会吸引触点的归位弹簧。
这时，触点就连接到继电器底座上的正常联系或NO触点上，前方的电路就得以通过了。
如果线圈电流被切断或线圈电源终止，磁铁的磁场就会消失。
由于归位弹簧的弹力，触点就会回到其默认位置，下取断触点NC，前方电路停止通过。
4. 底座系统底座是继电器的重要组成部分，它通常由插座和插针组成，插针接触电路通常有三个。
其中两个是用于接地和电源的，另一个则是用于连接线路的。
通过底座系统，终端用户可以方便地安装和拆卸继电器。
综上所述，单刀双掷继电器可以完成电路的切换，通过控制线圈的电流，就可以实现连续切换两个相邻的电路。
它的工作原理非常简单，且使用范围广泛。
在现代电子领域，继电器成为控制设备、自动化设备、机械和其他独立或交联控制系统部分的核心电子元件之一。
第6章 磁路与铁心线圈电路
第六章磁路与铁心线圈电路★主要内容1、磁场的基本物理量2、磁性材料的磁性能3、磁路及其基本定律4、交流铁心线圈电路5、变压器★教学目的和要求1、理解描述磁场性质的四个有关物理量（磁感应强度、磁通、磁导率和磁场强度）的意义，并熟记它们的单位和符号，了解铁磁材料的磁化、磁滞的物理意义，掌握铁磁材料磁滞回线的概念，了解两类铁磁质的磁性能（磁滞回线的不同特点）和用途。
2、了解磁路的基本概念；了解交流铁心线圈电路的基本电磁关系，掌握交流铁芯线圈端电压与线圈磁通的关系（U≈E=4.44NfΦm）。
3、了解变压器的基本构造、工作原理、绕组的同极性端，掌握理想变压器的三种变换特性，并能利用这些特性对含有变压器的电路进行熟练地计算。
★学时数：6学时★重难点重点：①磁路基本定律、交流铁心线圈；②变压器的三个主要作用难点：①交流铁心线圈电路分析；②变压器与负载的关系★本章作业布置：课本习题P197—199页，6.1.4，6.3.2，6.3.4，6.3.5，6.3.6第六章 磁路与铁心线圈电路本章学习变压器的工作原理。
变压器是一种利用磁路传送电能，实现电压、电流和阻抗变换的重要设备。
§6.1 磁路及其分析方法在电机、变压器及各种铁磁元件中常用铁磁材料做成一定形状的铁心，铁心的磁导率比周围空气或其他物质高得多，因此铁心线圈中电流产生的磁通绝大部分经过铁心而闭合，这种人为造成的磁通闭合路径，称为磁路。
如图7.3-1和图6.1-1分别表示四极直流电机和交流接触器的磁路。
+-一、磁场的基本物理量这部分内容在普物中已基本讲过，这里简单复习一下。
电磁学中已讲过了，电流会产生磁场，通有电流的线圈内部及周围都有磁场存在。
在变压器、电动机等电工设备中，为了用较小的电流产生较强的磁场，通常把线圈绕在铁磁材料制成的铁心上。
由于铁磁性材料的导磁性能比非磁性材料好的多，因此，当线圈中有电流流过时，产生的磁通，绝大部分集中在铁心中，沿铁心面闭合，这部分铁心中的磁通称为主磁通，用Φ表示。
磁路与铁芯线圈电路PPT课件
磁感应强度 B 的大小及方向：
电流强度为 I 长度为 l 的电流元，在磁场中将受 到磁力的作用。实验发现，力的大小不仅与电流 元 I·l 的大小有关，还与其方向有关。
当 l 的方向与 B 的方向垂直时电流元受力为最大 F = F max ，此时规定，磁场的大小
B Fmax B 的单位为特斯拉(T) Il
7-4 交流铁心线圈电路
铁心线圈分为两种：
1．直流铁心线圈电路
2．交流铁心线圈电路
直流铁心线圈通直流来励磁（如直流电机的励磁 线圈、电磁吸盘及各种直流电器的线圈）。因为励磁 是直流，则产生的磁通是恒定的，在线圈和铁心中不 会感应出电动势来，在一定的电压U下，线圈电流I只 与线圈的R有关，P也只与I2R有关，所以分析直流铁 心线圈比较简单。本课不讨论。
本章将介绍与磁路有关的电路问题。
• 在电工技术中不仅要讨论电路问题，还将讨论磁路 问题。因为很多电工设备与电路和磁路都有关系， 如电动机、变压器、电磁铁及电工测量仪表等。
• 磁路问题与磁场有关，与磁介质有关，但磁场往往 与电流相关联，所以本章将研究磁路和电路的关系 及磁和电的关系。
• 本章讨论对象将以变压器和电磁铁为主，重点研究 其电磁特性，为以后研究电动机的基本特性作基础。
••
••
相量表示式： U UR jX I U
•
•
I(R jX ) U
式中Xσ为漏磁感抗，R为线圈的电阻。
设 m sin t
则
d e N dt Nm cos t
2fNm sin(t 900 )
Em sin(t 900 )
有效值为：E
Em 2
2fN m 2
4.44fNm
H值，然后再计算电流。
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所以安培环路定律将电流与磁场强度联系起来。 所以安培环路定律将电流与磁场强度联系起来。 电流与磁场强度联系起来
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IN 在均匀磁场中 Hl = IN 或 H = l
4. 磁导率 表示磁场媒质磁性的物理量， 磁导率µ ：表示磁场媒质磁性的物理量，衡量物质 的导磁能力。 的导磁能力。它与磁场强度的乘积就等 于磁感应强度， 于磁感应强度，即： = µH B 磁导率µ 的单位：亨/米（H/m） 的单位： H/m）
E I = = R
l
µ S
Φ
NI l µ S
_
R
E l γ S
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4. 磁路分析的特点 (1)在处理电路时不涉及电场问题，在处理磁路时离不 (1)在处理电路时不涉及电场问题， 在处理电路时不涉及电场问题 开磁场的概念；例如在讨论电机时， 开磁场的概念；例如在讨论电机时，常常要分析电机 磁路的气隙中磁感应强度的分布情况。 磁路的气隙中磁感应强度的分布情况。 (2)在处理电路时一般可以不考虑漏电流，在处理磁路 (2)在处理电路时一般可以不考虑漏电流， 在处理电路时一般可以不考虑漏电流 时一般都要考虑漏磁通； 时一般都要考虑漏磁通； (3)磁路欧姆定律和电路欧姆定律只是在形式上相似。 (3)磁路欧姆定律和电路欧姆定律只是在形式上相似 磁路欧姆定律和电路欧姆定律只是在形式上相似。 不是常数，其随励磁电流而变， 由于 µ 不是常数，其随励磁电流而变，磁路欧姆定律 不能直接用来计算，只能用于定性分析； 不能直接用来计算，只能用于定性分析； (4)在电路中，当 E=0时，I=0；但在磁路中，由于有 (4)在电路中， =0时 =0；但在磁路中， 在电路中 剩磁， 剩磁，当 F=0 时， Φ 不为零；
Hx S I
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即有： 即有： Φ = NI = F
l µS
Rm
式中： 为磁通势，由其产生磁通； 式中：F=NI 为磁通势，由其产生磁通； 称为磁阻，表示磁路对磁通的阻碍作用； Rm 称为磁阻，表示磁路对磁通的阻碍作用； l 为磁路的平均长度； 为磁路的平均长度； S 为磁路的截面积。 为磁路的截面积。 2. 磁路的欧姆定律 则 若某磁路的磁通为Φ，磁通势为F ，磁阻为Rm， 磁通势为F 磁阻为R
4.磁导率 相对磁导率µ r： 的比值。 任一种物质的磁导率µ 和真空的磁导率µ0的比值。
µH µ B = = µr = µ 0 µ0 H B0
也即当磁场媒质是某种物质时某点的磁感应强 与在同样电流下真空时该点的磁感应强度B 度B与在同样电流下真空时该点的磁感应强度B0之比 的倍数。 的倍数。 自然界的所有物质按磁导率的大小， 自然界的所有物质按磁导率的大小，大体上可分 为磁性材料和非磁性材料。 为磁性材料和非磁性材料。
a H/(A/m) 1.0× 1.0×103
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O
a 铸铁
b 铸钢
c 硅钢片 硅钢片
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按磁性物质的磁性能，磁性材料分为三种类型： 按磁性物质的磁性能，磁性材料分为三种类型： (1)软磁材料 (1)软磁材料 具有较小的矫顽磁力，磁滞回线较窄。 具有较小的矫顽磁力，磁滞回线较窄。一般用 来制造电机、电器及变压器等的铁心。 来制造电机、电器及变压器等的铁心。常用的有铸 硅钢、坡莫合金即铁氧体等。 铁、硅钢、坡莫合金即铁氧体等。 (2)永磁材料 (2)永磁材料 具有较大的矫顽磁力，磁滞回线较宽。一般用 具有较大的矫顽磁力，磁滞回线较宽。 来制造永久磁铁。常用的有碳钢及铁镍铝钴合金等。 来制造永久磁铁。常用的有碳钢及铁镍铝钴合金等。 (3)矩磁材料 (3)矩磁材料 具有较小的矫顽磁力和较大的剩磁， 具有较小的矫顽磁力和较大的剩磁，磁滞回线 接近矩形，稳定性良好。 接近矩形，稳定性良好。在计算机和控制系统中用 作记忆元件、开关元件和逻辑元件。 作记忆元件、开关元件和逻辑元件。常用的有镁锰 铁氧体等。 铁氧体等。
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6.1 磁路及其分析方法
四极直流电机和交流接触器的磁路
If + N S N S _
直流电机的磁路
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6.1.1 磁场的基本物理量
1.磁感应强度 磁感应强度B 磁感应强度B : 表示磁场内某点磁场强弱和方向的物理量。 表示磁场内某点磁场强弱和方向的物理量。 磁感应强度B的方向: 磁感应强度B的方向: 与电流的方向之间符合右手螺旋定则。 与电流的方向之间符合右手螺旋定则。 磁感应强度B的大小: 磁感应强度B的大小:
B b • a • B BJ B0
O
磁化曲线
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H
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B-H 磁化曲线的特征： 磁化曲线的特征： B b B • Oa段：B 与H几乎成正比地增加； 几乎成正比地增加； a BJ • ab段：B 的增加缓慢下来； ab段 的增加缓慢下来； b点以后：B增加很少，达到饱和。 点以后： 增加很少，达到饱和。 B0 有磁性物质存在时， 有磁性物质存在时，B 与 H不 O 磁化曲线 H 成正比， 成正比，磁性物质的磁导率µ不是 B,µ 常数， 而变。 常数，随H而变。 有磁性物质存在时， 有磁性物质存在时，Φ与 I B 不成正比。 不成正比。 磁性物质的磁化曲线在磁路 计算上极为重要， 计算上极为重要，其为非线性曲 圈电路
6.1 磁路及其分析方法 6.2 交流铁心线圈电路 6.3 变压器 6.4 电磁铁
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在很多电工设备（像变压器、电机、 在很多电工设备（像变压器、电机、电磁铁电 工测量仪器等） 不仅有电路的问题， 工测量仪器等）中，不仅有电路的问题，同时还有 磁路的问题。 磁路的问题。只有同时掌握了电路和磁路的基本理 才能对以上电工设备进行全面分析。 论，才能对以上电工设备进行全面分析。 磁路和电路往往是相关的， 磁路和电路往往是相关的，因此在这里要研究 磁路和电路的关系以及磁和电的关系。 磁路和电路的关系以及磁和电的关系。 本章结合磁路和铁心线圈电路的分析， 本章结合磁路和铁心线圈电路的分析，讨论变 压器和电磁铁的工作原理，作为应用实例。 压器和电磁铁的工作原理，作为应用实例。 在电机、 在电机、变压器及各种铁磁元件中常用磁性材 料做成一定形状的铁心。 料做成一定形状的铁心。铁心的磁导率比周围空气 或其它物质的磁导率高的多， 或其它物质的磁导率高的多，磁通的绝大部分经过 铁心形成闭合通路，磁通的闭合路径称为磁路。 铁心形成闭合通路，磁通的闭合路径称为磁路。
Wb /m 2 V ⋅s ⋅s H µ 的单 位 = = = = A /m A⋅m m m
由实验可测得：真空的磁导率为： 由实验可测得：真空的磁导率为：
µ0 = 4π × 10−7 H/m
因为它是一个常数，将其它物质的磁导率和它 因为它是一个常数， 比较是很方便的。 比较是很方便的。
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2.磁饱和性 磁性物质由于磁化所产生的磁化磁场不会随着 外磁场的增强而无限的增强。 外磁场的增强而无限的增强。当外磁场增大到一定 程度时， 程度时，磁性物质的全部磁畴的磁场方向都转向与 外部磁场方向一致， 外部磁场方向一致，磁化磁场的磁感应强度将趋向 某一定值。如图。 某一定值。如图。 BJ 磁场内磁性物质的磁化磁场 的磁感应强度曲线； 的磁感应强度曲线； B0 磁场内不存在磁性物质时的 磁感应强度直线； 磁感应强度直线； B BJ曲线和B0直线的纵坐标相 曲线和B 磁化曲线。 加即磁场的 B-H 磁化曲线。
此即磁路的欧姆定律。 此即磁路的欧姆定律。 磁路的欧姆定律
F Φ = Rm
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3. 磁路与电路的比较 磁路
磁通势F 磁通势F 磁通Φ 磁感应强度B 磁感应强度B 磁阻 R m = I N
F Φ = = R m
电路
电动势 E 电流 I 电流密度 J l 电阻 R = γ S I + E
2. 磁通 穿过垂直于B方向的面积S中的磁力线总数。 磁通Φ ：穿过垂直于B方向的面积S中的磁力线总数。 在均匀磁场中 Φ = B S 或 B= Φ /S 说明: 如果不是均匀磁场，则取B的平均值。 说明: 如果不是均匀磁场，则取B的平均值。 磁感应强度B 磁感应强度B在数值上可以看成为与磁场方向 垂直的单位面积所通过的磁通,故又称磁通密度 磁通密度。 垂直的单位面积所通过的磁通,故又称磁通密度。 磁通Φ 的单位:韦[伯](Wb) 的单位: ](Wb) 1Wb =1V·s =1V·s 3.磁场强度 磁场强度H 是计算磁场时所引用的一个物理量， 磁场强度H ：是计算磁场时所引用的一个物理量， 也是矢量，通过它来确定磁场与电流之间的关系。 也是矢量，通过它来确定磁场与电流之间的关系。 磁场强度H 磁场强度H的单位 ：安培/米（A/m) 安培/ A/m)
Br
• •H
c
•
例如: 例如: 永久磁铁的磁性就是由 剩磁产生的； 剩磁产生的；
O
H
•
磁滞回线
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3. 磁滞性 但剩磁也存在着有害的一面， 但剩磁也存在着有害的一面， 例如， 例如，当工件在平面磨床上加 工完毕后， 工完毕后，由于电磁吸盘有剩 还将工件吸住。 磁，还将工件吸住。为此要通 入反向去磁电流，去掉剩磁， 入反向去磁电流，去掉剩磁， 才能取下工件。 才能取下工件。 矫顽磁力H 矫顽磁力Hc： 使 B = 0 所需的 H 值。 磁性物质不同， 磁性物质不同，其磁滞回 线和磁化曲线也不同。 线和磁化曲线也不同。
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即：安培环路定律
∫ H dl = ∑ I
式中： 式中：
I1 H I2
H d l 是磁场强度矢量沿任意闭合 ∫
线(常取磁通作为闭合回线)的线积分； 常取磁通作为闭合回线)的线积分； 是穿过闭合回线所围面积的电流的代数和。 ΣI 是穿过闭合回线所围面积的电流的代数和。 安培环路定律电流正负的规定 安培环路定律电流正负的规定： 电流正负的规定： 任意选定一个闭合回线的围绕方向， 任意选定一个闭合回线的围绕方向，凡是电流 方向与闭合回线围绕方向之间符合右螺旋定则的电 流作为正、反之为负。 流作为正、反之为负。