第十三章 磁路和铁心线圈电路
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磁路与铁芯线圈电路解读
饱和
在交变磁场的每一周内，M(B)-H曲线构成一个封闭回路， 这个回路曲线称为磁滞回线。
2019/2/26 15
磁滞回线与磁畴的关系
磁滞现象是由于掺 杂和内应力等的作 用，当撤掉外磁场 时磁畴的畴壁很难 恢复到原来的形状， 而表现出来。
2019/2/26
16
3.1.2铁磁材料的磁性能
B
磁滞回线中B的变化总 是落后于H的变化说明 铁磁材料具有磁滞性；
铁磁材料内 部的磁畴排列杂 乱无章，磁性相 互抵消，因此对 外不显示磁性。
（b）有外磁 场情况
磁畴因受外磁场作用而顺着外 磁场的方向发生归顺性重新排列， 在内部形成一个很强的附加磁场。 使铁磁才材料内的磁感应强度大大 增强.这就是磁化现象.
9
2019/2/26
3.1.2铁磁材料的磁性能
2.磁饱和性
B H曲线
大致分为四段 开始M的增加比较缓慢 后来增加较快 之后又慢下来, 最后达到饱和磁感应强 度(Bs ）
附点,漆点,饱和点
2019/2/26
12
磁化曲线
B
磁导率μ是B-H曲线上的 斜率 铁刺材料的磁化起始段 和饱和段μ值都不大,但 在漆点附近达到最大值.
O O
H 所以,电器工程上通常要 H
永久磁铁会使磁铁磁性减小。
(3)加反向磁场法：加反向磁场，提供一个矫顽力Hc ,使铁磁质退磁。 (4)加交变衰减的磁场：使介质中的磁场逐渐衰减为0 ，应用在录音机
铁磁材料具有很强的导磁能力,在外磁 场作用下,其内部的磁感应强度会大大增 强.相对磁导率可达102~104
铁磁材料之所以具有高导磁性，是因 为在它们的内部具有一种特殊的物质结 构—磁畴。
2019/2/26 8
磁路与铁芯线圈(电磁铁)课件
稀土永磁材料
如钕铁硼、钐钴等，具有高剩磁 、高磁能积和稳定的化学性质， 广泛应用于电机、发电机和变压
器等领域。
铁氧体磁性材料
成本低、稳定性好，主要用于制 作电磁铁、磁力离合器等。
纳米磁性材料
具有超顺磁性、高矫顽力等特点 ，在磁记录、磁流体等领域有广
阔的应用前景。
新型电磁铁的设计与应用
微型化设计
随着微电子技术的发展，电磁铁的尺寸越来越小，性能更加优异，可应用于微型电机、传感器等领域 。
2023 WORK SUMMARY
磁路与铁芯线圈(电磁 铁)课件
REPORTING
目录
• 磁路的基本概念 • 铁芯线圈的工作原理 • 电磁铁的应用 • 磁路与铁芯线圈的设计 • 磁路与铁芯线圈的实验研究 • 磁路与铁芯线圈的发展趋势
PART 01
磁路的基本概念
磁场与磁力线
磁场
磁力作用的空间，由磁体或电流 产生。
铁芯形成磁路，使磁场得以集中并通过。磁路中的磁阻会影响磁场的强度和分布 。
电磁感应与电动势
法拉第电磁感应定律
当磁场发生变化时，会在导体中产生 电动势，电动势的大小与磁通量变化 碍引起感 应电流的磁通量的变化。
PART 03
电磁铁的应用
直流电磁铁
总结词
利用直流电产生稳定磁场
使用不同材料的铁芯，研究其对磁场的影响。
电磁铁的应用实验
电磁吸力实验
通过电磁铁吸合不同质量的物体 ，观察吸力与电流、匝数的关系
。
电磁继电器实验
利用电磁铁控制电路的通断，实现 自动控制功能。
电磁感应实验
通过电磁感应现象，研究线圈中感 应电动势的产生和变化。
PART 06
磁路与铁芯线圈的发展趋 势
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
电工学第章磁路和铁芯线圈电路
6· 2 交流铁心线圈电路
铁心线圈分为两种：直流铁心线圈和交流铁心线圈。
直流铁心线圈通直流电来励磁，产生的磁通是恒定的，线圈和 铁心中不会感应出电动势来；在一定电压 U 下，线圈中的电流 I 只和线圈本身的电阻R有关；功率损耗也只有RI2；所以分析起来 比较简单。
交流铁心线圈通交流电来励磁，线圈中的电磁关系、电压电流 关系及功率损耗等几个方面都比较复杂，与直流心线圈有所不同。
当 u 是正弦电压时，式中各量可视为正弦量，于是 U R I ( E ) ( E ) R I j X I ( E ) U U U R 式中X=L，称为漏磁感抗，它是由漏磁通引起的。
由于主磁电感不是常数，所以设主磁通=msint，则主磁电 动势 d( sin t ) d e N N m N cos t m d t d t 2 fN sin( t 90 ) E sin( t 90 ) m m
二次绕组电路 u e e R i u 2 2 2 2 2 d i 2 e R i ( e ) u R i L e ) u 2 2 2 2 2 2 2 2 ( 2 2 d t 当 u1 是正弦电压时 E R I ( E ) U R I j X I U 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2
6· 3 变压器
变压器是一种常见的电气设备，在电力系统和电子线路中应用 广泛。
在输电方面，当输送功率P=UIcos及功率因数cos为一定时， 电压 U 愈高，则线路电流 I 愈小。这不仅可以减小输电线路的截 面积，节省材料，同时还可以减小线路的功率损耗。因此在输电 时必须利用变压器将电压升高。在用电方面，为了保证用电的安 全 和合乎用电设备的电压要求，还要利用变压器将电压降低。 在电子线路中，除电源变压器外，变压器还用来耦合电路，传 递信号，并实现阻抗匹配。 此外，尚有自耦变压器、互感器及各种专用变压器。 变压器的种类很多，但是它们的基本构造和工作原理是相同的。
汽车电子电工技术-磁路和变压器
E
Em 2
2πfNΦm 2
4.44 fNΦm
由于线圈电阻 R 和感抗X(或漏磁通)较小, 其
电压降也较小，与主磁电动势 E 相比可忽略，故有
U E
U E 4.44 fNm 4.44 fNBmS (V)
式中：Bm是铁心中磁感应强度的最大值，单位为T； S 是铁心截面积，单位为m2。
3.2.3 功率损耗
e -N d dt
3.1.3 磁路的基本定律
（2）自感和互感
自感：当线圈中电流变化时，便在线圈周围产生 变化的磁通，这个变化的磁通穿过线圈本身时，线 圈中便产生感应电动势。这种由于线圈本身电流变 化而产生感应电动势的现象称为自感，所产生的电 动势称为自感电动势。
d d
eL -N dt = dt
（a）整块铁块 （b）叠层铁芯
3.1.2 磁性材料的磁性能
3.涡流损耗 涡流的存在会使电气设备的铁芯发热而消耗电
功率，称为涡流损耗，这对电气设备是不利的。 为了减小涡流损耗，电气设备的铁芯一般都不
用整体的铁芯，而用硅钢片叠成。硅钢片由含硅 2.5%的硅钢轧制而成，其厚度为0.35～1mm。硅钢 片表面涂有绝缘层，使片间相互绝缘。图（b）所示 为由硅钢片压制成的线圈铁芯，使得涡流大大减小。
U RI ( E σ ) ( E ) RI jXσ I ( E )
E jX I X L 称为漏磁感抗
3.2.2 电压电流关系
设主磁通 msin t, 则
e
N
d
dt
N
d dt
( msin t )
N mcos t
2πfNmsin( t 90) Emsin( t 90)
有效值
（a）磁场中通电导体所受作用力 （b）左手定则
第十三章 磁路和铁芯线圈
《电路分析基础》
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
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
磁路和铁心线圈电路
磁路和铁心线圈电路
汇报人：文小库
2024-01-10
CONTENTS
• 磁路概述 • 铁心线圈电路 • 磁路与铁心线圈电路的关系 • 磁路和铁心线圈电路的应用 • 磁路和铁心线圈电路的发展趋
势
01
磁路概述
磁路的基本概念
磁路
指磁力线在铁磁物质中形成的路径，是磁 感应线穿过铁心、绕过线圈的闭合路径。
线圈的匝数和电流的大小 可以改变磁场强度和磁通 量。
铁心线圈的电气特性
直流电阻
线圈的直流电阻取决于导线的材料和截面 积，以及线圈的匝数和长度。
交流电阻
由于集肤效应和邻近效应，交流电阻大于 直流电阻。
电感
铁心线圈具有电感，电感量与线圈的匝数 、磁路长度和截面积有关。
品质因数
品质因数表示线圈性能的好坏，与线圈的 损耗和电感量有关。
电动汽车
磁路和铁心线圈电路可以 用于电动汽车的电机控制 器，提高电机的效率和可 靠性。
谢谢您的聆听
THANKS
04
磁路和铁心线圈电路的应用
电机控制中的应用
电机驱动
磁路和铁心线圈电路在电机驱动 中起着关键作用，通过控制电流 的流向和强度，可以精确地控制 电机的旋转方向和速度。
电机保护
利用磁路和铁心线圈电路，可以 监测电机的运行状态，当电机出 现异常时，能够及时切断电源， 保护电机不受损坏。
变压器设计中的应用
电压转换
磁路和铁心线圈电路是变压器实现电 压转换的核心部分，通过改变线圈的 匝数或铁心的尺寸，可以实现电压的 升高或降低。
电流调节
通过磁路和铁心线圈电路，可以调节 变压器输出的电流大小，以满足不同 负载的需求。
电磁感应加热中的应用
高效加热
汇报人：文小库
2024-01-10
CONTENTS
• 磁路概述 • 铁心线圈电路 • 磁路与铁心线圈电路的关系 • 磁路和铁心线圈电路的应用 • 磁路和铁心线圈电路的发展趋
势
01
磁路概述
磁路的基本概念
磁路
指磁力线在铁磁物质中形成的路径，是磁 感应线穿过铁心、绕过线圈的闭合路径。
线圈的匝数和电流的大小 可以改变磁场强度和磁通 量。
铁心线圈的电气特性
直流电阻
线圈的直流电阻取决于导线的材料和截面 积，以及线圈的匝数和长度。
交流电阻
由于集肤效应和邻近效应，交流电阻大于 直流电阻。
电感
铁心线圈具有电感，电感量与线圈的匝数 、磁路长度和截面积有关。
品质因数
品质因数表示线圈性能的好坏，与线圈的 损耗和电感量有关。
电动汽车
磁路和铁心线圈电路可以 用于电动汽车的电机控制 器，提高电机的效率和可 靠性。
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THANKS
04
磁路和铁心线圈电路的应用
电机控制中的应用
电机驱动
磁路和铁心线圈电路在电机驱动 中起着关键作用，通过控制电流 的流向和强度，可以精确地控制 电机的旋转方向和速度。
电机保护
利用磁路和铁心线圈电路，可以 监测电机的运行状态，当电机出 现异常时，能够及时切断电源， 保护电机不受损坏。
变压器设计中的应用
电压转换
磁路和铁心线圈电路是变压器实现电 压转换的核心部分，通过改变线圈的 匝数或铁心的尺寸，可以实现电压的 升高或降低。
电流调节
通过磁路和铁心线圈电路，可以调节 变压器输出的电流大小，以满足不同 负载的需求。
电磁感应加热中的应用
高效加热
磁路与铁心线圈电路全
优化方法与技巧
• 仿真优化方法：通过计算机仿真 技术，模拟不同设计方案的工作 状态，选择最优方案。
优化方法与技巧
分阶段优化
将整个设计过程分为若干阶段，每个阶段进行局部优化。
多目标优化
同时考虑多个性能指标，进行多目标优化。
权衡取舍
在优化过程中，根据实际情况权衡不同性能指标的取舍。
设计实例与解析
01
磁阻
磁路中的阻碍磁通量通过 的阻力，与磁路的长度、 截面积和导磁材料的磁导 率有关。
磁路的基本定律
安培环路定律
磁场中穿过某一闭合曲线的磁通量等 于零，即磁场线不能从一点出发回到 同一点而不经过其他地方。
奥斯特实验定律
法拉第电磁感应定律
当磁场发生变化时，会在导体中产生 感应电动势。
电流产生磁场，电流越大，产生的磁 场越强。
影响电路的性能。
磁饱和
当磁路中的磁场强度过高时，铁 心会进入磁饱和状态，导致磁通 流量下降，影响电路的正常工作。
铁心线圈电路对磁路的影响
电流变化
01
铁心线圈电路中的电流变化会导致磁路中的磁场强度和方向发
生变化。
磁通量变化
02
铁心线圈电路中的电流变化会引起磁通量变化，进而影响磁路
的分布和平衡。
电磁感应
电磁铁是一种利用磁路和铁心线圈电 路的原理，产生强大磁力的电气设备。
电磁铁广泛应用于各种领域，如工业、 交通运输、医疗器械等，用于实现各 种自动化设备和装置的控制和驱动。
电磁铁主要由线圈和铁心组成，当电 流通过线圈时，产生磁场，该磁场与 铁心的相互作用产生强大的磁力。
05
磁路与铁心线圈电路的设 计与优化
设计原则与步骤
高效性
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
磁路与铁芯线圈电路.讲解学习
原因：由于加热使磁介质中的分子、原子的振动加剧，提供了 磁畴转向的能量，使铁磁质失去磁性。
(2)敲击法：通过振动可提供磁畴转向的能量，使介质失去磁性。如敲击
永久磁铁会使磁铁磁性减小。
(3)加反向磁场法：加反向磁场，提供一个矫顽力Hc ,使铁磁质退磁。
(4)加交变衰减的磁场：使介质中的磁场逐渐衰减为0 ，应用在录音机
磁畴因受外磁场作用而顺着外 磁场的方向发生归顺性重新排列， 在内部形成一个很强的附加磁场。 使铁磁才材料内的磁感应强度大大 增强.这就是磁化现象.
8
3.1.2铁磁材料的磁性能
2.磁饱和性
铁磁材料磁化过程中,随着励磁电流的 增大,外磁场和附加磁场都将增大.但当励 磁电流增大到一定值时，几乎所有磁畴 都与外磁场方向一致,附加磁场磁感应强 度不能继续增强,这种现象称为磁饱和现 象.
oa段是线性段
起始磁化曲线的ab段反映了铁磁材料的 高导磁性；c点以后说明铁磁材料具有 磁饱和性。
16
(1)加热法
退磁方法你知道么?
当铁磁质的温度升高到某一温度时，磁性消失，由铁磁质变为顺磁质， 该温度为居里温度 Tc 。当温度低于Tc 时，又由顺磁质转变为铁磁质。
铁的居里温度 Tc = 770℃ ，30%的坡莫合金居里温度 Tc = 70℃
，称为通过该面积的磁通,在数值上可以看成与磁场方向相 垂直的单位面积所通过的磁通，故又称磁通密度。
在国际单位制中，单位是韦伯(Wb)
2020/6/27
2
3.1.1磁场的基本物理量
3.磁导率 磁导率 是表示物质导磁性能的物理量，它的单 位是亨/米（ H m）。任意一种物质的磁导率与 真空的磁导率之比称为相对磁导率。
如果忽略漏磁通的影响并且不考虑绕组上电阻的如果忽略漏磁通的影响并且不考虑绕组上电阻的压压可认为原可认为原副绕组上电动势的有效值近似等副绕组上电动势的有效值近似等于原副绕组上电压的有效值副绕组上电压的有效值402020628fnfn因此因此由由上式上式可见可见变压器空载运行时变压器空载运行时原副绕组上电压的副绕组上电压的比值等于两者的匝数之比比值等于两者的匝数之比kk称为变压器的变比称为变压器的变比
(2)敲击法：通过振动可提供磁畴转向的能量，使介质失去磁性。如敲击
永久磁铁会使磁铁磁性减小。
(3)加反向磁场法：加反向磁场，提供一个矫顽力Hc ,使铁磁质退磁。
(4)加交变衰减的磁场：使介质中的磁场逐渐衰减为0 ，应用在录音机
磁畴因受外磁场作用而顺着外 磁场的方向发生归顺性重新排列， 在内部形成一个很强的附加磁场。 使铁磁才材料内的磁感应强度大大 增强.这就是磁化现象.
8
3.1.2铁磁材料的磁性能
2.磁饱和性
铁磁材料磁化过程中,随着励磁电流的 增大,外磁场和附加磁场都将增大.但当励 磁电流增大到一定值时，几乎所有磁畴 都与外磁场方向一致,附加磁场磁感应强 度不能继续增强,这种现象称为磁饱和现 象.
oa段是线性段
起始磁化曲线的ab段反映了铁磁材料的 高导磁性；c点以后说明铁磁材料具有 磁饱和性。
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(1)加热法
退磁方法你知道么?
当铁磁质的温度升高到某一温度时，磁性消失，由铁磁质变为顺磁质， 该温度为居里温度 Tc 。当温度低于Tc 时，又由顺磁质转变为铁磁质。
铁的居里温度 Tc = 770℃ ，30%的坡莫合金居里温度 Tc = 70℃
，称为通过该面积的磁通,在数值上可以看成与磁场方向相 垂直的单位面积所通过的磁通，故又称磁通密度。
在国际单位制中，单位是韦伯(Wb)
2020/6/27
2
3.1.1磁场的基本物理量
3.磁导率 磁导率 是表示物质导磁性能的物理量，它的单 位是亨/米（ H m）。任意一种物质的磁导率与 真空的磁导率之比称为相对磁导率。
如果忽略漏磁通的影响并且不考虑绕组上电阻的如果忽略漏磁通的影响并且不考虑绕组上电阻的压压可认为原可认为原副绕组上电动势的有效值近似等副绕组上电动势的有效值近似等于原副绕组上电压的有效值副绕组上电压的有效值402020628fnfn因此因此由由上式上式可见可见变压器空载运行时变压器空载运行时原副绕组上电压的副绕组上电压的比值等于两者的匝数之比比值等于两者的匝数之比kk称为变压器的变比称为变压器的变比
电工基础学习指导—磁路与铁心线圈
第八部份 磁路与铁心线圈一、学习目标与要求1．了解磁路的概念；2．了解磁路欧姆定律、磁路KCL 、KVL ；3．了解起始磁化曲线、磁滞回线、基本磁化曲线；4．了解正弦电压作用下电压与频率、磁通的关系，正弦电压作用下磁通和电流的波形，正弦电流作用下磁通与电压的波形，磁滞损耗、涡流损耗、铁心损耗的概念。
5．了解变压器的变压比、变流比，及变压器阻抗变换的意义。
二、本章重点内容1．磁路是指磁通经过的路径，通过闭合的铁心的大部分磁通称为主磁通，经空气自成回路的磁通称为漏磁通。
2．磁路中基本定律有： 磁路欧姆定律：m m R F R NI Φ==，与电路欧姆定律相对应； 全电流定律：n n 2211H l H l H l NI +++=Λ； 基尔霍夫磁通定律：0=∑Φ，与基尔霍夫电流定律相对应；基尔霍夫磁位差定律：0m===∑∑∑U lH NI ，与基尔霍夫电压定律相对应。
3．磁化。
铁磁性物质能被磁化，当铁磁性物质工作在交变的磁场中时，铁磁性物质反复被磁化。
4．交流铁心线圈在交变磁通作用下，铁心中的能量损耗称为铁心损耗。
铁心损耗包括涡流损耗和磁滞损耗。
6．电磁铁主要由线圈、铁心和衔铁三部分组成，铁心和衔铁采用软磁材料制成。
电磁铁分为交流电磁铁和直流电磁铁。
7．变压器的变压比：K N N E E U U ==≈212121； 变压器的变流比：K N N I I 11221=≈； 变压器的阻抗变换：L 2Z K Z ='。
三、本章内容的前后联系1．本章是为学习电机和各种电磁元件作基础的。
本章中有些内容，如磁场的基本物理量，已在第一、三章中阐述过；变压器、磁性材料的磁性能的部分内容，或多或少已在物理学中学过，在此可以复习自学。
2．在学习本章时，应对相关内容多作联系对比，例如：磁路与电路、交流铁心线圈电路与交流空心线圈电路、直流电磁铁与交流电磁铁等。
四、学习方法指导（一） 学习方法1．联系对比：将磁路与电路进行比较，将其相关物理量有机地联系在一起有助于理解磁路的概念。
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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图(b)是继电器的磁路；图(c)是直流电机的磁路；图(d)是接触器
的磁路。 图(a)、图(b)是无分支磁路；图(c) 、图(d)是有分支磁路．
电工基础
第三节
磁路及磁路定律
图13-8
几种电器设备的磁路 电工基础
第三节
根据磁通连续性原理，
磁路及磁路定律
二．磁路的基尔霍夫第一定律
图13-9 中对于节点a有方程
磁滞损耗和涡流损耗都是铁心中的功率损耗，合称为铁心损耗， 简称铁损，用PFe表示:
PFe Ph Pe
质量为m的铁心损耗可用下式计算：
PFe PFe0m
式中PFe0是铁心材料单位质量的铁损，称为比损耗，可查表得， 其单位是Ｗ／kg .
电工基础
第六节
交流铁心线圈中的电压、电流及磁通
一.电压与磁通的关系
2 B0 F S 2 0
电磁铁
电磁铁是利用通电铁心线圈对铁磁物质产生电磁吸力而工作的
图13-２2
电磁铁 电工基础
第八节
电磁铁
交流电磁铁中，磁感应强度随时间变化，设
B Bm sin t
吸力的瞬时值表达式
2 2 Bm sin2 t Bm 1 - cos 2t f S S( ) 2 0 2 0 2
Φ 1 +Φ 2 -Φ 3 = 0
即
Φ= 0
磁路的任一节点所连接的各
分支磁通的代数和等于零．
图13-9
有分支磁路
电工基础
第三节
磁路及磁路定律
三．磁路的基尔霍夫第二定律
应用全电流定律时应将磁路中的回路分段，使各段都是均匀磁 路，都有相同的Ｈ值，选定回路的绕行方向后即可列写全电流定律 方程．对于图13-9中的右边回路有方程：
1 - cos 2t Fm ( ) 2
H 2l 2 H3l3 H0l0 I 2 N2
左边回路有方程 写成一般形式为:
H1l 1 H2l2 I1N1 I 2 N2
Hl (IN )
Fm
即
U
m
式中 Um－－磁压； Fm－－磁动势．
电工基础
第三节
四. 磁路的欧姆定律
磁路及磁路定律
设一段磁路的长度为 l，横截面为S，由磁导率为的材料制成， 则该段磁路的磁压为
查基本磁化数据表得
H1 2160ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱA / m H 2 860 A / m
电工基础
第四节
气隙中的磁场强度为
恒定磁通磁路的计算
H0 0.8 106 B0 1.16 106 A / m
所需磁动势为
Fm Hl H1l1 H 2l2 H 0l0 1080 189.2 2320 3589.2 A
二.磁通及磁通的连续性原理
某一面积S的磁感应强度B矢量的通量称为磁通 ，用符号Ф来表示， 表达式为
Φ d B ds
s s
如果是均匀磁场，且磁感应强度B垂直于S面，则
Φ BS
在国际单位制(SI)中，磁通的单位是韦［伯］(WB)
电工基础
第一节
磁路的基本物理量及基本性质
2.磁通连续性原理
X s Ls
是漏电感的感抗，称为漏电抗． 功率有两部分 式中，
P PFe I 2r PFe P Cu
2 P I r Cu
是线圈内阻的功率损耗，称之为铜损．
电工基础
第七节
交流铁心线圈的等效电路
图13-２１
考虑线圈内阻和漏磁通时的等效电路模型
电工基础
第八节
一种电器设备。 电磁铁由线圈、铁心、衔铁 三部分组成。 电磁吸力公式为
第二节
用不同幅度的交变磁场
铁磁物质的磁化
三．基本磁化曲线
对铁磁物质反复磁化，将
得到一系列磁滞回线，连
接这些磁滞回线的顶点就 得到基本磁化曲线，如图 中的oa曲线. 基本磁化曲线也可用Ｂ－Ｈ 数据表给出．
基本磁化曲线 电工基础
第三节
一.磁路
磁路及磁路定律
由铁心所限定的磁场称为磁路. 集中在铁心所限定的范围内的磁通称主磁通Φ,也称工作磁通； 穿出铁心的在周围非磁性材料中的磁通称漏磁通Φs . 图13-8示出了几种常见的磁路结构，图(a)是单相变压器的磁路；
铁心线圈在忽略其线圈内阻及漏磁通时，有关系式：
d u e N dt
设
Φm sin t
d u e N Φm sin t dt NΦm sin( t
则
2
)
图13-１５ 交流铁心线圈 电工基础
第六节 交流铁心线圈中的电压、电流及磁通
可见：铁心线圈的端电压与铁心中的磁通是同频率的正弦量； 在相位上，端电压比磁通超前/2； 电压和电动势的有效值与磁通最大值的关系为：
G0 B0 PFe U2 I U
2 I 2 Ia U
PFe R0 2 I U 2 X 0 R0 I
图13-1９ 不考虑线圈内阻和漏磁通时的等效电路模型
电工基础
2
第七节
交流铁心线圈的等效电路
例13-5 铁心线圈接在220V的工频交流电源上，功率表读数为60W,电流表读数
B和H均从零开始，这样的
B-H关系曲线称起始磁化曲 线，如图中的曲线１．
曲线２是μ－Ｈ关系曲线，
可见μ不是常数．
起始磁化曲线 电工基础
第二节
二、 磁滞回线
铁磁物质在交变磁化 时的B-H曲线是磁滞回 线，如图13-5示。 根据磁滞回线的形状， 铁磁物质分为软磁材料、 硬磁材料两大类．
铁磁物质的磁化
磁滞回线 电工基础
励磁电流为
Fm I 2.99 A N
电工基础
第四节
恒定磁通磁路的计算
2. 已知磁动势求磁通
这是个反面问题。由于磁路的非线性，各段磁路的磁阻与磁通的 量值有关，在没有求出磁路的磁通前，无法直接把各段磁路的磁压
降求出来。一般采用试探法。
试探法的思路是：首先假设一个磁通值，按此磁通值用已知磁通 求磁动势的方法求出磁动势；然后将计算值与已知磁动势比较，进 行反复修正，直到计算的磁动势与已知的磁动势的误差小于允许值 为止。
通过磁化曲线分析可见： 磁化电流iΦ(t)是和磁通Φ(t)同频率的交流量，它们同时到达 零值或最大值，但由于磁化曲线的非线性，使磁化电流发生了畸 变，成为非正弦的尖顶波。为便于分析，将非正弦的磁化电流 iΦ(t)用等效正弦波代替，其相位滞后于电压/2．
电工基础
第七节
交流铁心线圈的等效电路
一．不考虑线圈内阻和漏磁通时的等效电路模型
电工基础
第一节
磁路的基本物理量及基本性质
2.相对磁导率：
物质的磁导率与真空磁导率0的比值称为相对磁导率。用r 表示。记作：
r 0
r没有单位。非磁性材料r约为1，磁性材料的r远远大于1，而
且不是常数。
电工基础
第一节
1.磁场强度
磁路的基本物理量及基本性质
四.磁场强度及全电流定律
在磁场中，任何封闭曲面的磁通恒等于零，即
u r Ñ B ds 0
s
电工基础
第一节
三.磁导率
1. 磁导率:
磁路的基本物理量及基本性质
磁导率是反映物质导磁性能的物理量。 的单位是亨/米
（H/m）。
真空的磁导率是一个常数，用0表示。
0 4 107 H / m
物质按导磁性能可分为非磁性材料和磁性材料两大类。
2.全电流定理(安培环路定律)
磁场强度矢量沿任一闭合回线的线积分等于该闭合回线所包围的 全部电流的代数和
，表达式为
r r Ñ H dl I
l
式中，当电流的方向与闭合回线方向符合右手螺旋定则时取正，
反之则取负。
电工基础
第二节
一.起始磁化曲线
铁心原来没被磁化过，
铁磁物质的磁化
本节讨论铁磁物质的磁化过程.
U m Hl
B
l
l Rm S
式中
l Rm S
称为该段磁路的磁阻，单位为１／亨（１／Ｈ）．
式
U m Rm
形式上与电路中的欧姆定律相似，称为磁路的欧姆定律．
电工基础
第四节
恒定磁通磁路的计算
线圈中的励磁电流为直流时，磁路中的磁通不随时间变化，这样
的磁路叫做恒定磁通磁路。
B0
I U
1.98 9 103 S 220
图13-20
例13-5图 电工基础
第七节
交流铁心线圈的等效电路
串联形式等效电路参数
PFe 60 R0 2 2 15Ω I 2
2 220 U X 0 R02 ( ) 152 109Ω 2 I 2
为2A,忽略线圈内阻及漏磁通,分别求其并联形式等效电路参数G0、B0 和串联形式等效电路参数R0、X0以及功率因数. 解: 并联形式等效电路参数
G0
PFe 60 3 1 . 24 10 S 2 2 U 220 P 60 I a Fe 0.27 A U 220 I I 2 I a2 22 0.272 1.98 A
磁场强度也是用来表示磁场中某点磁场的强弱和方向的物理量，
用H表示，定义为
H =
B μ
磁场强度H也是一个矢量，它的方向即为该点磁感应强度的方向。 磁感应强度B的大小与磁场媒质的磁导率μ有关，而磁场强度H的 大小与磁场媒质的磁导率μ无关.
磁场强度H的单位是安/米，(A/m)。
电工基础
第一节
磁路的基本物理量及基本性质
复阻抗为
Z R0 jX 0 15 j109 11082.1o Ω