电路及磁路第06章-精品文档

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电工学上海交大精品课件-第06章磁路与铁心线圈电路 87页 2.3M PPT版-精选文档

均匀磁场: 各点磁感应强度大小相等，方向相同的磁场，也称匀强磁场。
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磁通：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 = B S 或 B= /S 说明: 如果不是均匀磁场，则取B的平均值。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。磁通的单位:韦[伯](Wb) 1Wb =1V· s
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物质的磁性
1. 非磁性物质非磁性物质分子电流的磁场方向杂乱无章，几乎不受外磁场的影响而互相抵消，不具有磁化特性。非磁性材料的磁导率都是常数，有： 0 r1
当磁场媒质是非磁性材料时，有： B ( ) B=0H
即 B与 H 成正比，呈线性关系。 O Φ NI H( I ) 由于 B , H S l 所以磁通与产生此磁通的电流 I 成正比，呈线性关系。
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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：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。 H B r B0 0 0H
4. 磁导率

I2
IN 在均匀磁场中 Hl = IN 或 H l
安培环路定律将电流与磁场强度联系起来。
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例: 环形线圈如图，其中媒质是均匀的，试计算线圈内部各点的磁场强度。
解: 取磁通作为闭合回线，以其方向作为回线的围绕方向，则有：
d l I H
N匝
x
H d l H l H 2 x I NI

CH6磁路与铁心线圈-文档资料

N1
1 TXY
i
Φ
u1
eσ1
e1
Φσ1
Φσ2
u1
i1 ( N1i1 )

如果副绕组接有因此，铁心中的此外，原、副绕当原绕组接上电 N2 负载，那么副绕磁通是一个由原、组的磁动势还分压u1时，原绕组 i 2 TXY TXY 组中就有电流副绕组的磁动势别产生漏磁通中便有电流i1i 通 2 eσ2 通过。副绕组的共同产生的合成 Φ 过。原绕组的磁 σ 1和Φ σ 2（仅 u e2 2 磁动势 N2也产生磁通，它称为主与本绕组相链），动势i1i N2 1产生的磁通，其绝大部磁通，用 Φ 表示。从而在各自的绕磁通绝大部分通 |Z| 主磁通穿过原绕分也通过铁心而组中分别产生漏过铁心而闭合，闭合。组和副绕组而在磁电动势从而在副绕组中 e σ 1和 d e 其中感应出的电感应出电动势。 σ 2. e1 N1 dt 动势分别为e1和e2。
磁滞损耗要引起铁心发热。为了减小磁滞损耗，应选用磁滞回线狭小的磁性材料制造铁心。硅钢就是变压器和电机中常用的铁心材料，其磁滞损耗较小。
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② 涡流损耗
TXY TXY 由涡流所产生的铁损称为涡流损耗△ Pe φ i TXY
当线圈中通有交流电时，它所产生的磁通也是交变的。因此，不仅要在线圈中产生感应电动势，而且在铁心内也要产生感应电动势和感应电流。这种感应电流称为涡流，它在垂直于磁通方向的平面内环流着。
由于原绕组的电阻和感抗较小，因而它们两端的电压降也较小，与主磁电动势比较起来，可以忽略不计。于是
U1 E1
电动势的有效值为
E1 4.44fN 1 m U1
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电压变换

电工学-第六章磁路与铁心线圈电路

解：如右图所示：
⑴铁心线圈
i1
从电源取用的有功功率：
+
+
i2
U
P1 = UI1 cosϕ1 = 100 × 5 × 0.7 = 350W
−
P1 即为铁心线圈的全部功率损耗，包括铜损和铁损耗。
U 20 = 4.44 fN2Φm
U
cosϕ1 = 0.7 a)铁心线圈
−
cosϕ2 = 0.05 b)空心线圈
+
U 20 = 4.44 fN2Φm U 20 = 4.44 × 50 × 200 × 2.25 ×10−3
U1
N1
N2
U 20
−
−
U 20 ≈ 100V
习题6.2.8的图
6.2.9 将一铁心线圈接于电压 U=100V，f=50Hz 的正弦电源上，其电流 I1=5A，cosφ1=0.7。若将些线圈中的铁心抽出，再接于上述电源上，则线圈中电流 I2=10A，cosφ2=0.05。试求此线圈在具有铁心时的铜损和铁损耗。
I
2 2
102
⑶分别计算出铁心线圈的铜损耗和铁损耗：
ΔPCu = I12R = 52 × 0.5 = 12.5W
ΔPFe = P1 − ΔPCu = 350 −12.5 = 337.5W
6.3.8 在图 6.3.7 中，将 RL=8Ω的扬声器接在输出变压器的二次绕组，已知 N1=300，N2= 100，信号源电动势 E=6V，内阻 R0=100Ω，试求信号源输出的功率。
I +
U
−
Φ
δ
N
AFe
lFe
习题6.1.4的图
6.2.8 有一交流铁心线圈，接在 f=50Hz 的正弦交流电源上，在铁心中得到磁通的最大值为 Φm=0.002Wb。现在在些铁心上再绕一个线圈，其匝数为 200。当此线圈开路时，求其两端电压。

大学电工电子技术磁路与铁心线圈电路

注意！
如果气隙中有异物卡住，电磁铁长时间吸不上，线圈中的电流一直很大，将会导致过热，把线圈烧坏。
29
磁路小结
直流磁路交流磁路
I =U R
(U不变，I不变）
Φ m
=
U 4.44
fN
（ U不变时，
Φ 基本不变） m
Φ = IN
Rm
（Φ 随Rm变化）
IN
=
ΦR m
( I 随 Rm 变化）
30
6.3 变压器
查表6.1.5磁化曲线,当B=0.9T时，H=500A/m，于是
I
H1L1=500·39·10-2=195A
10cm
对空气隙 H0L0= L0 B0 / 0 =1440A
NI=H1L1+ H0L0 =1635A
0.2cm
?
15cm
18
6.2 铁心线圈
励磁电流：在磁路中用来产生磁通的电流。（线圈中的电流）
24
交流铁心线圈的有功功率
P = UI cos = PCu PFe = I 2 R Ph Pe
25
3.交流磁路的特点
U 4.44 f Nm
当外加电压U、频率 f 与线圈匝数N一定时，Φ m 便一定。
IN = Φ Rm
Φ m 一定，磁动势IN 随磁阻Rm的变化而变化；
1.电压变换
空载运行：原边接入电源，副边开路。
接上交流电源 u1
原边电流 i1等于励磁电流 i10
i1 Φ
u1 e1
e2
i10 产生磁通
（交变）
产生感应电动势 d
e1 = N1 dt
d
e2 = N2 dt
N1

第6章磁路与变压器电路 6.1 磁场的基本物理量与铁磁材料6.2 磁路及磁路定律6.3 自感与互

Hl I
2．基尔霍夫第一定律
(6-17)
对于包围磁路某一部分的封闭面来说，由于磁通是连续的，所以穿过该封闭面的所有磁通的代数和等于零，即
0
这就是磁路的基尔霍夫第一定律。
(6-18)
图6-7所示为一分支磁路的示意图，分支汇集处的c点和d点称为磁路的节点，连在节点之间的分支磁路称为支路。在线圈N1和N2中分别通过电流i1和i2，3条支路的磁通分别为Ф1、Ф2和Ф3，磁通与电流方向如图中所示，他们之间的关系符合右手螺旋关系。
第6章磁路与变压器电路
6.1 磁场的基本物理量与铁磁材料 6.2 磁路及磁路定律 6.3 自感与互感 6.4 变压器的结构及工作原理 6.5 变压器的工作特性 6.6 其它变压器
6.1 磁场的基本物理量与铁磁材料
6.1.1 磁场的基本知识
我国是世界上最早发现并且应用磁现象的国家之一，早在战国时期人们就已经发现了磁铁矿石能够吸引铁片的现象。我们把具有吸引铁、镍、钴等物质的性质叫做磁性，又把具有磁性的物体称为磁体。
表示。磁阻R m 的大小与磁路的长度l成正比，与磁路的横截面积S成反
比，并与组成磁路材料的磁导率μ有关，即
l Rm S
(6-14)
由于铁磁性材料的磁导率比空气的磁导率 0 大得多，所以根据上
面公式可知，在磁路长度和横截面积相同的情况下，铁磁性材料的磁
阻比空气的磁阻小得多。
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6.2 磁路及磁路定律
(3)磁位差和电场内存在电位差一样，在磁场中也有一个被称作磁位差的物理量。我们把磁场强度H和沿磁力场前强度方向一段长度l的乘积称为该长度之间的磁位差，用字母U m 表示，其单位是安(A)。在均匀磁场中可以得到以下关系式

第六章电工学磁路与铁心线圈电路

洛仑兹力 F ? qv ? B
dF
dF ? qvBsin α
B
v
?
定义 B ? dFmax qv
电工与电子技术基础
对磁感应强度的定义也可从运动电荷的角度进行定义。
Q I ?l ? q ?l ? q?v ?t
? B ? Fmax q ?v
?
I
B
? Fmax ?
B
?
F
?
l
B
l
I
S
N
同理，如vv、洛Bv仑和兹Fv力三公个式矢所量表也示构成Fv右?旋qvv系?关Bv 系。
? ?S
或 ? ? IN ? F
l / ? S Rm
电工与电子技术基础
?
?
IN
l/?S
?
F Rm
此即磁路的欧姆定律
式中：F=IN 称为磁动势，此为产生磁通的激励；
的绕行方向。于是
x
?? ? H ?dl ? Hxlx ? 2?x ?Hx
?
Hx
S
l 而 ? I ? IN
I
?
Hx
?
IN 2? x
?
IN lx
其中N 为线圈的匝数；Hx 是半径为 x 处的磁场强度。
乘积 I N 是产生磁通的原因，称为磁动势，用F 表示。
F ? IN 单位是安培
电工与电子技术基础
6.1.2 磁性材料的磁性能
磁感应强度或磁通
密度
安培力 dF ? Idl ? B F
dF ? IdlBsin α
定义 B ? dFmax Idl
T（Wb/m2） Idl
B ?
1T=104（GS）
电工与电子技术基础

电工学(第七版)上册秦曾煌第六章简版

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。
解：(1) 查铸铁材料的磁化曲线
当 B = 0.9 T 时，磁场强度 H = 9000 A/m，则
I Hl 9000 0.45 13.5 A
第6章磁路与铁心线圈电路
在很多电工设备（如变压器、电机、电磁铁、电工测量仪器等）中，不仅有电路的问题，同时还有磁路的问题。只有同时掌握了电路和磁路的基本理论，才能对以上电工设备进行全面分析。
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。铁心的磁导率比周围空气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。
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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
S
N
直流电机的磁路
交流接触器的磁路
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6.1.1 磁场的基本物理量
1.磁感应强度B 表示磁场内某点磁场强弱和方向的物理量。
方向:与电流的方向之间符合右手螺旋定则。大小: B F
例如: 永久磁铁的磁性就是由剩磁产生的；自励直流发电机的磁极，为了使电压能建立，
• O •Hc H •
也必须具有剩磁。
磁滞回线
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3. 磁滞性剩磁也存在着有害的一面，
例如，当工件在平面磨床上加工完毕后，由于电磁吸盘有剩磁，还将工件吸住。为此要通入反向去磁电流，去掉剩磁，才能取下工件。

06磁路及其分析方法

电子信息学院甄洁
11
2 磁饱和性
电工技术
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。当外磁场增大到一定程度时，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，磁化磁场的磁感应强度达到饱和值。如图。 BJ 磁场内磁性物质的磁化磁场 B b B • 的磁感应强度曲线；
此即磁路的欧姆定律。
电子信息学院甄洁
19
三、磁路与电路的比较 1、形式比较磁路
磁通势F 磁通磁阻
电工技术
电路
电动势 E 电流 I
Rm
l
S

电阻
l R S I
I N

+
_
E
R
E l S
20
F NI l Rm S
E I R
电子信息学院甄洁
2、磁路分析的特点
电子信息学院甄洁
3
6.1 磁路及其分析方法
电工技术
6.1.1 磁场的基本物理量:磁感应强度、磁通、
磁场强度、磁导率等。
1 磁感应强度磁感应强度:表示磁场内某点磁场强弱和方向的物理量, 磁感应强度是矢量,用 B 表示。磁感应强度的方向: 电流产生的磁场,B 的方向用右手螺旋定则确定；
永久磁铁磁场，在磁铁外部，B 的方向由N极到S极。磁感应强度的大小: 用该点磁场作用于1m长,通有 1A 电流且垂直于该磁场的导体上的力 F 来衡量，即 B=F/(l I)。
Hl 9000 0.45 I 13.5 A N 300 （2）用硅钢片材料，B=0.9 T 时,据磁化曲线，查出磁场强度 H=260 A/m，则 Hl 260 0.45 I 0.39 A N 300

电工学第6章磁路和铁芯线圈电路

第6章
磁路和与铁心线圈电路
在很多电工设备中，不仅有电路的问题，同时还有磁路的问题。只有同时掌握了电路和磁路的基本理论，才能对各种电工设备作出作全面的分析。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, 作为应用实例。
6· 1 磁路及其分析方法
电工设备中，常用磁性材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的闭合路径，称为磁路。
6· 2 交流铁心线圈电路
6· 2· 1 电磁关系

u i (Ni)
e e
图所示交流线圈是具有铁心的，磁通势Ni产生的磁通绝大部分通过铁心而闭合，这部分磁通称为主磁通或工作磁通。此外还有很少的一部分漏磁通。这两个磁通在线圈中产生两个感应电动势：主磁电动势e和漏磁电动势e。
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。
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。

电工学第六章

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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，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，磁化磁场的磁感应强度将趋向某一定值。如图。 BJ 磁场内磁性物质的磁化磁场的磁感应强度曲线；
B0 磁场内不存在磁性物质时的磁感应强度直线； B BJ曲线和B0直线的纵坐标相加即磁场的 B-H 磁化曲线。
B
a • b • B BJ B0
O
2. 磁饱和性
磁化曲线
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H
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B-H 磁化曲线的特征： B b B • Oa段：B 与H几乎成正比地增加； a BJ • ab段： B 的增加缓慢下来； b点以后：B增加很少，达到饱和。 B0 有磁性物质存在时，B 与 H不成 O 磁化曲线 H 正比，磁性物质的磁导率不是常 B, 数，随H而变。有磁性物质存在时，与 I 不成 B 正比。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， O 实际中通过实验得出。
பைடு நூலகம்
由上例可见,磁场内某点的磁场强度 H 只与电流大小、线圈匝数、以及该点的几何位置有关，与磁场媒质的磁性() 无关；而磁感应强度 B 与磁场媒质的磁性有关。
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物质的磁性
1. 非磁性物质非磁性物质分子电流的磁场方向杂乱无章，几乎不受外磁场的影响而互相抵消，不具有磁化特性。非磁性材料的磁导率都是常数，有： 0 r1
I
线圈匝数与电流的乘积NI ，称为磁通势，用字母 F 表示，则有 F = NI 磁通由磁通势产生，磁通势的单位是安[培]。
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中考物理电和磁6-P

•••
• •
经无菌操作后等量接种
到培养基中作为对照组，另一个培养箱的中央放）。
③每日做实验观察记录，其中包括测量菌丝长度，观察
菌丝色泽等。该实验要研究的问题是（）
试管磁铁培养基
A、磁场对培养基的影响有哪些 B、培养基对平菇生长有哪些影响 C、磁场对平菇生长有什么影响 D、对平菇生长的环境因素有哪些
迅速摆到最大刻度，其原因可能是：
。
电源电压偏高电流表量程选择过小或RX与R同时短路
（5）就该同学的电路图而言，若电压表的电阻不是很大，则电阻值的测结果将偏小（选填“偏大”、“准确”、“偏小
其原因分析如下：
。
实验结果由Rx=U/I求得，电压表的读数就是这一电压U，由于电压表内部电阻不是很大，分流部分电流，电流表
.
【边】（邊）?【别样】biéyànɡ形属性词。【插销】chāxiāo名①门窗上装的金属闩。【蚕食】cánshí动像蚕吃桑叶那样一点一点地吃掉，【抄录】chāolù动抄写：～名人名言。【簿册】bùcè名记事记账的簿子。biɑn（～儿）方位词后缀：前～｜里～｜东～｜左～。是贪走～的人踩出来的。 ④事情发生的地点：现～｜当～｜在～。引申为王位、帝王的代称：～章（帝王写的文章）｜～衷（帝王的心意）。花白色、黄色或带紫色，②〈书〉连不
2、电路最基本的连接方式是和。
识别电路的连接方法一般用“电流法”
3、电路工作时，有通路、断路和短路
4、电路中维持电流的条件有两个：一是电路中有二是电路应的。其中，电源是把
的存在；的装置。
电路中的电流从电源的极出发通过用电器和导线流回到它
的极。
电流强弱
5、电流强度（简称电流）是描述

电路基础与实践第4版第6章互感电路及磁路

变压器（Transformer）是利用电磁感应的原理来改变交流电压的装置，主要构件是初级线圈、次级线圈和铁芯（磁芯）。主要功能有：电压变换、电流变换、阻抗变换、隔离、稳压（磁饱和变压器）等。
变压器按用途可以分为：配电变压器、电力变压器、全密封变压器、组合式变压器、干式变压器、油浸式变压器、单相变压器、电炉变压器、整流变压器、电抗器、抗干扰变压器、防雷变压器、箱式变电器试验变压器、转角变压器、大电流变压器、励磁变压器等。
此，分析磁路的基本规律，研究磁与电的关系具有重要的意义。
电路基础与实践
6.1.1互感的概念
第6章互感电路及磁路时域分析
一个单线圈，当线圈中由于电流的变化而在线圈中产生感应电压的物理
现象称为自感应，这个感应电压称为自感电压。本节研究有两个单线圈，
当一个线圈中的电流发生变化时，它所产生的交变磁通不仅穿过自身线圈，在线圈中引起自感应现象，产生自感电压；而且还会穿过相邻线圈，在相邻
定义为
k M L1L2
由于互感磁通是自感磁通的一部分，所以当k接近零时为弱耦合；
k接近1时为强耦合；k 1时为全耦合。两个线圈之间耦合程度和耦合系数的大小与线圈的结构相
互位置以及周围磁介质的性质有关，在电力电子技术中，为了
利用互感原理有效的传输能量或信号，通过合理的绕制线圈和采用铁磁材料作为磁介质，采用极紧密的耦合，使k值尽可能接近1。若要尽量减小互感的影响，来避免线圈之间的相互干扰，可以
电路基础与实践
第6章互感电路及磁路时域分析
6.1 互感电路的基本知识
6.1.1互感的概念
6.1.2互感线圈的同名端
6.1.3互感线圈的伏安关系
在实际电路中利用互感现象可制造成电源变压器、音频变压器、脉冲变压器、自耦变压器等电磁设备，所以研究互感电路非常重要；在电气工程中通过磁场作用可制造出各种机电能量变换设备和机电信号转换器件，例如交直流发电机、电动机、电磁铁、继电器、接触器及电磁仪表等。因

6磁路与带铁芯线圈电路资料

F
Rm
)
F
F 固定
Rm 随 Rm 变化
I E
R I 随 R 变化
13
E 固定
二. 交流磁路的分析
交流激励线圈中产生感应电势电路方程：
i
u
Φ
Φ
Φ和 Φ
产生的感应电势
u u R (el ) (e ) dΦ Ri N dt
一般情况下
eL e
uR 很小
14
Φ ：主磁通
Φ
：漏磁通
dΦ u N dt
i u
Φ
Φ
dΦ u N dt
假设则
eL e
Φm sin t
2 fNΦm cos t
u NΦm cos t
最大值
U m 2 fNΦm
有效值
Um U 4.44 fNΦm 2
15
i
Φ
Φ
U 4.44 f Nm
19
变压器应用举例
发电厂
1.05万伏升压输电线变电站
22万伏
降压
1万伏
降压
…
降压
实验室
仪器
380 / 220伏
降压
36伏
20
一、变压器的基本结构
铁芯
i1
u1
原边绕组
Φ
u2
i2
RL
副边绕组
单相变压器
21
i1
u1
Φ
u2
i2
RL
变压器符号：
工作过程：
i1 u1
Φ
i2
u2
RL
u1 i1 Φ u2 i2
为防止涡流损失，铁芯一般由一片片导磁材料叠合而成。