磁路与铁心线圈电路(36)

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电路及磁路第三版第11章磁路和铁心线圈电路

电路及磁路第三版第11章磁路和铁心线圈电路

所以,曲面A的磁通为
d B dA
A A
A

dA
B
磁通的SI单位:韦伯(Wb)
均匀磁场:磁感应强度量值相等、方向相同的磁场。
第十一章 磁路和铁心线圈电路
如果是均匀磁场,且各点磁感应强度与面积 S 垂直,则该 面积上的磁通为
B A 或 B A

又称磁感应强 度为磁通密度
总的来看:铁磁性物质的B 和H 的关系是非线性的。
O
a2
μ a1
a3 a4 ② B
① ③
H1 H 2 H 3
H
第十一章 磁路和铁心线圈电路
从图中的曲线③ μ- H 可以看到,铁磁性物质的磁导率μ不 是常数,是随H 的变化而变化的。 开始阶段μ较小;随着H 的增大,μ达到最大值,而后随着 磁饱和的出现, H 再增大,μ值下降。 图中的起始磁化曲线可用磁畴理论予以说明。

A
合的空间曲线
第十一章 磁路和铁心线圈电路
安培环路定律:磁场强度矢量H沿任何闭合路径的线 积分等于穿过此路径所围成的面的电流代数和,即

H dl I
l
例如:可写出图中的安培环路定律表达式为
I1
H I2 dl
H dl I1 I 2
l
电流的方向和所选路径 方向符合右手螺旋法则 时为正,否则为负。
二 磁滞回线
◆ 磁滞回线:铁磁性物质 在反复磁化过程中的B-H关 系(在+Hm 和-Hm 间,近似 对称于原点的闭合曲线)。如 交流电机或电器中的铁心常受 到交变磁化。
Bm
H m Br
B
b
a
O Hc
a

电工学课件第6章磁路与铁心线圈电路

电工学课件第6章磁路与铁心线圈电路
电工学课件第6章磁路与 铁心线圈电路
磁路与铁心线圈电路是电工学的重要内容,深入了解磁场来源、铁磁材料特 性和磁路磁阻,能帮助我们理解电磁铁和铁心线圈电路的工作原理和计算方 法。
磁场的来源与特性
电流
通过电流可以创建磁场,磁场的特性由其方向和强度决定。
永磁体
永久磁体是通过原子磁偶极子排列达到自发磁化的,其磁场具有持久性。
磁路
磁路是指通过磁介质的路径,它 对于指定的磁场强度和磁通量起 着重要的影响。
磁路阻抗
磁路阻抗是描述磁路对磁通量产 生阻碍程度的物理量。
磁通量
磁通量是指通过某个截面的磁场 总量,它和磁场强度、磁路面积 以及磁路阻抗之间存在关系。
电磁铁的工作原理和特点
1 电磁激励
电流通过线圈产生磁场,使铁芯具有磁性。
电动势 法拉第电磁感应定律
洛伦兹力定义
电路方程
电动势和线圈自感、电流变化 率的关系
电动势与线圈长度、磁感应强 度、线圈电流和外加磁场的关 系
磁场与磁感应强度的计算
安培定理
根据安培定理,通过封闭回路 的总磁感应强度等于通过该回 路的总电流。
磁场强度
磁场强度是单位长度内的磁通 量,与电流和回路形状有关。
磁感应强度
磁感应强度是介质内某点的磁 场强度,与磁导率和磁场强度 有关。
铁心线圈电路中的电动势和电路方程
现象 带电线圈的磁场变化
外加磁场中的线圈
电磁感应
电磁感应是指磁场与导体运动或改变状况相互作用产生的电流和电动势。
铁磁材料的特点及磁滞回线
1
磁导率高
铁磁材料具有较高的磁导率能够达到较高的磁化强度,在磁路中发挥重要作用。
3
磁滞回线
铁磁材料的磁滞回线描述了其磁化和去磁过程中的能量损耗和延迟现象。

第二节交流铁心线圈电路

第二节交流铁心线圈电路

第二节 交流铁心线圈电路一、电磁关系如图7-2-1所示铁心线圈中通入交流电流i 时,在铁心线圈中产生交变磁通,其参考方向可用右螺旋定则确定,绝大部分磁通穿过铁心中闭合,称为主磁通Φ,少量磁通由空气中穿过,称为漏磁通δΦ。

这两部分交变磁通分别产生电动势e 和δe ,其大小和方向可用法拉第——楞茨电磁感应定律和右螺旋定则确定,如图7-2-1中所示。

)(Ni i →μ d e Ndtd die N L dt dtdN N L dt i δδδδσδΦ=-Φ=-=-ΦΦ===常数 二、电压电流关系如图7-2-1所示铁心线圈交流电路图7-2-1的电压和电流之间的关系可由基尔霍夫电压定律得出: Ri e e u =++σ或 ')()()(u u u e dtdi L Ri e e Ri u R ++=-++=-+-+=σσσ (7-4-1) 设线圈导线电阻为R ,一般情况下当外加正弦电压u 时,Ri 与e σ值可忽略不计,u e ≈-而td e Nd Φ=-,故式中为正旋量,但由于Φ与i 关系是非线性的所以i 是非正旋周期量,可以等效为正旋电流来代替即可视作正弦量,于是上式也可以用相量表示 ')()()(U U U E I jX I R E E I R U R ++=-++=-+-+=σσσ (7-4-2)图7-2-1上式中漏磁感应电动势I jX E σσ=,其中σσωL X =,称为漏磁感抗,它是由漏磁磁通引起的。

至于主磁感应电动势,由于主磁感应或相应的主磁感抗不是常数,应按下法计算。

设主磁通t m ωsin Φ=Φ,则)90sin()90sin(2cos )sin (00-=-Φ=Φ-=Φ-=Φ-=t E t fN t N dtt d N dt d Ne m m m m ωωπωωω (7-4-3) 上式中m m fN E Φ=π2,是主磁电动势e 的幅值,而其有效值则为m m m fN fN E E Φ=Φ==44.4222π(7.4.4)其中公式m fN E U Φ=≈44.4的意义,应特别注意。

电工与电子技术6磁路与铁心线圈电路

电工与电子技术6磁路与铁心线圈电路
相等的磁通,采用磁导率高的铁心材料,可使铁心 的用铁量大大降低。 (S )
(3) 当磁路中含有空气隙时,由于其磁阻较大, 要得到相等的磁感应强度,必须增大励磁电流(线 圈匝数一定时)。 (I )
28
6.2 交流铁心线圈电路
6.2.1 电磁关系
i
主磁通F :通过铁心闭合的 +
10 103 H/(A/m)
c b
a H/(A/m) 1.0103
15
按磁性物质的磁性能,磁性材料分为三种类型: (1)软磁材料
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。常用的有铸 铁、硅钢、坡莫合金即铁氧体等。 (2)永磁材料
具有较大的矫顽磁力,磁滞回线较宽。一般用 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
查磁化曲线可得, B铸铁 = 0.05T、 B硅钢 =0.9T, B硅钢是B铸铁的17倍。
因F =BS,如要得到相同的磁通F ,则铸铁
铁心的截面积必须是硅钢片铁心的截面积的17倍。
结论:如果线圈中通有同样大小的励磁电流,要 得到相等的磁通,采用磁导率高的铁心材料,可 使铁心的用铁量大为降低。
25
例2: 有一环形铁心线圈,其内径为10cm,外径为 15cm,铁心材料为铸钢。磁路中含有一空气隙, 其长度等于 0.2cm。 设线圈中通有 1A 的电流, 如要得到 0.9T 的磁感应强度,试求线圈匝数。
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。
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。

电工学(第七版上册)秦曾煌主编

电工学(第七版上册)秦曾煌主编

电路
电动势 E 电流 I 电流密度 J l 电阻 R S I + E R _
I E R E l S
l
S

F NI l Rm S
4. 磁路分析的特点 (1)在处理电路时不涉及电场问题,但在处理磁路时离 不开磁场的概念; (2)在处理电路时一般可以不考虑漏电流,但在处理磁 路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。 由于 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; (4)在电路中,当 E=0时,I=0;但在磁路中,由于有 剩磁,当 F=0 时, 不为零;
7
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 NI I 故相应点磁感应强度为 Bx Hx
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。
磁路的欧姆定律是分析磁路的基本定律 1. 引例 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 的磁通 。
解:根据安培环路定律,有
N匝 xBiblioteka H dl I设磁路的平均长度为 l,则有 B NI Hl l l S

S I
Hx
即有: Φ NI F
在例1(1),(2)两种情况下,如线圈中通有同样大 小的电流0.39A,要得到相同的磁通 ,铸铁材料 铁心的截面积和硅钢片材料铁心的截面积,哪一 个比较小? 【分析】 如线圈中通有同样大小的电流0.39A, 则铁心中的磁场强度是相等的,都是260 A/m。 查磁化曲线可得, B铸铁 = 0.05T、 B硅钢 =0.9T, B硅钢是B铸铁的18倍。 因 =BS,如要得到相同的磁通 ,则铸铁铁 心的截面积必须是硅钢片铁心的截面积的18倍。 结论:如果线圈中通有同样大小的励磁电流,要 得到相等的磁通,采用磁导率高的铁心材料,可 使铁心的用铁量大为降低。

磁学

磁学

Hm 1500 / m 15A / cm A
励磁电流
ξ 1.4 1.3 1.2 1.1 0 1.0 1.线,得ξ=1.25 I 0.99 IM m 0.56A 2 2 1.25 查比磁损耗数据表得 pFe 0 4.93W / kg
I2
N2 H2 l2 I1 N1 H1 l1
H'3
左边回路
H1l1 H2l2 N1I1 N2 I 2
H4
l4 H"3 l3"
可得
磁通势 有
HI NI
F NI
单位:A
U
M
F
磁路定律 (2)
磁路基尔霍夫第二定律内容: 在磁路任一闭合回路中,各段磁位差的代数和等于各磁通势的代数和。
第九章:磁路和铁心线圈电路
在发电厂与电力系统中,广泛的应用着变压器、各种旋转电 机及其它含有铁心线圈的电气设备,它们不仅存在电路问题,同 时还存在磁路问题。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全面分析。 本章主要内容: 磁场的主要物理量和基本性质 铁磁物质的磁化曲线 磁路和磁路定律 恒定磁通磁路的计算 交流铁心线圈中的波形畸变和功率损耗 交流铁心线圈的电路模型
30
数KFe=0.92,衔铁材料为铸钢。要使电 磁铁空气隙中的磁通为3×10 Wb。 求:⑴所需磁通势;⑵若线圈匝数 N=1000匝,求线圈的励磁电流。
-3
8
解:⑴ 将磁路分成铁心、衔铁、气隙三段。 ⑵ 求各段长度和截面积 l1=(30-6.5)+2(30-3.25)=77cm l2=30-6.5+4×2=31.5cm 2l0=0.1×2=0.2cm A1=6.5×5×0.92=30cm2 A2=8×5=40cm2 A3=ab+(a+b)l0 =5×6.5+(5+6.5) ×0.1=33.65cm2

第六章磁路及铁芯线圈电路-文档资料

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。

第十三章 磁路和铁芯线圈

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

电工与电子技术第五章-磁路与铁芯线圈电路

电工与电子技术第五章-磁路与铁芯线圈电路
B
要使剩磁消失,通常需进 行反向磁化。将 B=0时的 H 值称为 矫顽磁力 Hc, (见图中3和6所对应的 点。)
1
2 3 O 4 6
H 5
磁性物质的分类
根据滞回曲线和磁化曲线的不同,大致分成三类: (1)软磁材料 其矫顽磁力较 小,磁滞回线 较窄。(铁心)
B
(2)永磁材料 其矫顽磁力较 大,磁滞回线 较宽。(磁铁)
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
Fmax B 的单位为特斯拉(T) B I l 磁场的方向,由 I l 、B 和 F 三个矢量成右旋系的
一、电磁关系
铁心如图所示, 磁动势 F = iN 产生 的磁通绝大多数通过铁 心而闭合,这部分磁通 称为工作磁通Φ。 u
i e eσ
N
Φ
Φσ
此外还有一少部分通过空气等非磁性材料而 闭合,这部分磁通称为漏磁通,用Φσ 表示。 这两个磁通在线圈中产生感应电动势e和eσ 。 e为主磁电动势,eσ 为漏磁电动势。
d di e N L dt dt
二、线圈两端的电压与电流之间的函数关系
据KVL有:
u iR e e
N i u
Φ Φσ
di iR e (L ) dt di iR L (e) dt
e eσ
u R u u 当 u U m sin t伏 为正弦量时,
H B/
工程上常根据安培环路定律来确定磁场与电流 的关系

电工基础学习指导—磁路与铁心线圈

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。

磁路与铁心线圈电路全

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

磁路及交流铁心线圈

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。

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。

磁路与铁心线圈电路课程课件

磁路与铁心线圈电路课程课件


若磁路不均匀,由不同材料构成,则磁路的磁阻
应由不同的几段串联而成,即
I
右图所示继电器的磁路就是由三段 2
串联
l2
S2
0
1
S0 S1
l1
S1
电工与电子技术基础
例1: 有一环形铁心线圈,其内径为10cm,外径为 5cm,铁心材料为铸钢。磁路中含有一空气隙, 其长度等于 0.2cm。 设线圈中通有 1A 的电流, 如要得到 0.9T 的磁感应强度,试求线圈匝数。
电工与电子技术基础
第六章 磁路与铁心线圈电路
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
电工与电子技术基础
6.1 磁路及其分析方法
实际电路中有大量电感元件的线圈中有铁心。线圈通电 后铁心就构成磁路,磁路又影响电路。因此电工技术不仅 有电路问题,同时也有磁路问题。
B
(3)矩磁材料 其剩磁大而矫 顽磁力小,磁 滞回线为矩形。 (记忆元件)
B
H
H
H
电工与电子技术基础
6.1.3 磁路的分析方法 • 为了使励磁电流产生尽可能大的磁通,在电磁设
备或电磁元件中要放置一定形状的铁心。绝大部 分磁通将通过铁心形成闭合路径——磁路。 图示为交流接触器的磁 路,磁通经过铁心和空 气隙而闭合。
矫顽磁力Hc: 使 B = 0 所需的 H 值。
磁性物质不同,其磁滞回 线和磁化曲线也不同。
B
Br• • O •Hc H

磁滞回线
电工与电子技术基础
按磁性物质的磁性能,磁性材料分为三种类型:
(1)软磁材料 其矫顽磁力较 小,磁滞回线 较窄。(铁心)
B
(2)永磁材料 其矫顽磁力较 大,磁滞回线 较宽。(磁铁)

知识点:2.铁心线圈电路-教学文稿

知识点:2.铁心线圈电路-教学文稿

采用软磁性材料做铁心可以减少磁滞损耗。
Pe:涡流损耗: 与铁心的截面积、电源频率、磁感应强度有关。
采用顺磁场方向的硅钢片叠成的铁心可以减少涡流损耗。
三、知识深化
1.将交流铁心线圈接到与其额定电压值相等的直流电压上,会产生什么现象? 感抗XL以及与PFe对应的等效电阻RFe将不存在 线圈电流U/RCu将很大,以至烧坏线圈。
在线圈中产生感应电动势
产生交变磁通
电流与磁通方向符合右手螺旋法则
二、知识准备
(二)交流铁芯线圈电路
1.基本电磁关系
Φ i
根据基尔霍夫电压定律,铁芯线圈的电压平衡方程式为u
Φ
e
u uR (e ) (e )
d u e N
假设
Φm
d
sin
t
t
Φ :漏磁通,
很小;
R:线圈电阻,
很小,
e
则 u NΦm cos t 2 fNΦm cos t
二、知识准备
(二)交流铁芯线圈电路
1.基本电磁关系
最大值 Um 2 fNΦ m
有效值
Φ i
Φ
ue
e
反映了交流铁芯线圈电路的基本电磁关系,它是分析计算交流磁 路的重要依据。
二、知识准备
(二)交流铁芯线圈电路
2、功率损耗
铜损:Pcu =I2Rcu
P=Pcu+
Pfe
铁损:PFe = Ph+备
(二)交流铁芯线圈电路
将交流铁芯线圈接到交流电源上,即形成交流铁芯线圈电路。由于线圈中通过 交流电流,在线圈和铁芯中将产生感应电动势。为了减小涡流损耗,所以交流铁芯线 圈的铁芯应该是叠片状。
二、知识准备
(二)交流铁芯线圈电路

第六章磁路与铁心线圈电路

第六章磁路与铁心线圈电路

107 8π
Bm2 S0 sin2 t
f Fm
Fm sin2 t
1 2
Fm
1 2
Fm
cos2
tபைடு நூலகம்
O
t
吸力平均值为:
F1 T
T 0
fdt
1 2 Fm
107 16π
Bm2 S0 [N]
式中: Fm
107 8π
Bm2 S0
为吸力的最大值。
综合上述: (1) 交流电磁铁的吸力在零与最大值
之间脉动。衔铁以两倍电源频率在颤动, 引起噪音,同时触点容易损坏。为了消除 这种现象,在磁极的部分端面上套一个分 磁环(或称短路环),工作时,在分磁环 中产生感应电流,其阻碍磁通的变化,在
单位:韦伯(Wb)
e N d dt
单位:伏秒
三、磁场强度 H (magnetizing force)
磁场强度是计算磁场所用的物理量,其大 小为磁感应强度和导磁率之比。
HB
单位:
B :特斯拉
:亨/米
H :安/米
四、磁导率 (Permeability)
真空中的磁导率( 0 )为常数
0 4 107 (亨/米)
第六章 磁路
磁路
实际电路中有大量电感元件的线圈中有铁心。线圈 通电后铁心就构成磁路,磁路又影响电路。因此电 工技术不仅有电路问题,同时也有磁路问题。
+ -
(a) 电磁铁的磁路 (b) 变压器的磁路
(c) 直流电机的磁路
6.1 磁场的基本物理量
磁场的特性可用磁感应强度、磁通、磁场强度、磁 磁导率等几个物理量表示。

磁路的平均长度为 l=((10+15)/2) =39.2cm
查铸钢的磁化曲线,当B=0.9T 时,

第6章 磁路与铁心线圈电路

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。

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41
电力工业中常采用高压输电低压配电,实 现节能并保证用电安全。具体如下:
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。
由于 B Φ , H NI
O
H( I )
S
l
所以磁通 与产生此磁通的电流 I 成正比,呈
线性关系。
11
2. 磁性物质 磁性物质内部形成许多小区域,其分子间存在的一
种特殊的作用力使每一区域内的分子磁场排列整齐, 显示磁性,称这些小区域为磁畴。
x Hx
I
Hdl Hxlx Hx 2 x I NI
NI H x lx
其中
l x=2 x是半径为x的圆周长
Hx是半径 x 处的磁场强度
F=NI即线圈匝数与电流的乘积,称磁通势
单位为安[培](A)
8
四、磁导率
磁导率 是一个用来表示磁场媒质磁性和衡量 物质导磁能力的物理量。
•真空中的磁导率为常数
I=U/R 铜损PCu =I2R
31
交流铁心线圈电路
i
一、电磁关系
主磁通 :通过铁心闭合的 磁通。 与i不是线性关系。
+ u –
– e e–++
漏磁通:经过空气或其它 N
非导磁媒质闭合的磁通。
铁心
dΦ 线圈
eN
u i (Ni)
(磁通势) σ
dt

N
d Φσ dt

di dt
i,
铁心线圈的漏磁电感
于是
H1=500A/m H1L1=500*(39.2-0.2)*0.01=195A
空气隙中的磁场强度为 H0=B0/ 0=0.9/(4 *10-7)=7.2*105A/m
28
H0d=7.2 *105 *0.2 *10-2=1440A 总磁通势为 NI=(H L)=H1 L1+H0d
=195+1440=1635A 线圈匝数为 N=NI/I=1635
计算均匀磁路要用磁场强度H,即NI=HL,
如磁路由不同的材料、长度和截面积的几段组 成,则磁路由磁阻不同的几段串联而成 NI=H1 L1+H2 L2+=(H L)
24
0
I
如:由三段串联而成的
d
2
继电器磁路
l21
1
l1
S2
S1
B=f(H)
L1
S1
B1
S2 B2 S0
B=f(H) B=f(H)
H1 H2
铁心截面积
36
三、功率损耗
交流铁心线圈的功率损耗主要有铜损和铁损两种。
1.铜损PCu:线圈电阻R上的功率损耗。 Pcu = RI2
2.铁损PFe:铁心在交变磁通的作用下,由磁滞和 涡流产生的功率损耗。
包括磁滞损耗Ph 和涡流损耗Pe。
37
(1)磁滞损耗(Ph)
由磁滞所产生的能量损耗称为磁滞损耗(Ph)。
13
6.1.2 磁性材料的磁性能
磁性材料的磁性能:
高导磁性、磁饱和性、磁滞性、非线性
一、高导磁性
指磁性材料的磁导率很高, r>>1,使其具有 被强烈磁化的特性。
磁性物质的高导磁性被广泛地应用于电工设备中, 如电机、变压器及各种铁磁元件的线圈中都放有铁 心。在这种具有铁心的线圈中通入不太大的励磁 电流,便可以产生较大的磁通和磁感应强度。
34
设主磁通 m sint则
e N d N dm sint
dt
dt
Nm cost
2fN m sin(t 90 )
Em sin(t 90 ) 35
最大值 Em 2fN m
有效值
E
Em 2
4.44
fN m
U E 4.44 fNm 4.44 fNBmS[V ]
铁心中磁感应 强度的最大值
H
B
矢量
H的单位:安/米 的单位:亨/米
6
安培环路定律(全电流定律):
磁场中任何闭合回路磁场强度的线积分,等于通过 这个闭合路径内电流的代数和.即
Hdl I
电流方向和磁场强度的方向 符合右手定则,电流取正; 否则取负。
I2 I1
I3
H
7
在无分支的均匀磁路(磁
路的材料和截面积相同,各 处的磁场强度相等)中,如 环形线圈,安培环路定律可 写成:
磁滞损耗的大小:
B
单位体积内的磁滞损耗正比于
磁滞回线的面积。
磁滞损耗转化为热能,引起铁
O
H
心发热。
减少磁滞损耗的措施: 选用磁滞回线狭小的磁性材料制作铁心。变压器和 电机中使用的硅钢等材料的磁滞损耗较低。
设计时应适当选择值以减小铁心饱和程度。
38
么么么么方面
❖ Sds绝对是假的
(2)涡流损耗(Pe)
涡流:交变磁通在铁心内产生感
应电动势和电流,称为涡流。涡流
在垂直于磁通的平面内环流。
涡流损耗: 由涡流所产生的功率损耗。 涡流损耗转化为热能,引起铁心发热。
减少涡流损耗措施:
提高铁心的电阻率。铁心用彼此
绝缘的钢片叠成,把涡流限制在较
小的截面内。
铁心线圈交流电路的有功功率为:
P UI cos RI 2 ΔPFe
结论 若要得到相等的磁感应强度,采用磁导率高的铁心 材料,可使线圈的用铜量大为降低
当磁路中含有空气隙时,由于其磁阻较大,要得到 相等的磁感应强度,必须增大励磁电流(线圈匝数 一定)
返29回
6.2 交流铁心线圈电路
直流铁心线圈
一、电磁关系
U---I(NI)--- 恒定 |____ 漏磁
I N
二、功率损耗
L2
d
B0
H0
H1 L1 H2 L2 H0 d
(H L)=NI
25
例题6.1.1
一个具有闭合的均匀铁心的线圈,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) H1=9000A/m,
a 0.2
O 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 a 铸铁 b 铸钢 c 硅钢片
10 103 H/(A/m)
c b
a H/(A/m) 1.0103
18
根据磁性能,磁性材料又可分为三种:
软磁材料:磁滞回线窄长。常用做磁头、磁心等 永磁材料:磁滞回线宽。常用做永久磁铁 矩磁材料:滞回线接近矩形。可用做记忆元件
电工技术
哈尔滨工业大学(威海) 信息科学与工程学院基础教学部
1
第6章 磁路与铁心线圈电路
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
返回
2
本章要求:
1. 理解磁场的基本物理量的意义,了解磁性材料的 基本知识及磁路的基本定律,会分析计算交流铁 心线圈电路;
2. 了解变压器的基本结构、工作原理、运行特性和 绕组的同极性端,理解变压器额定值的意义;
B
1 2
3
O
6
H
5 4
磁滞回线
剩磁:当线圈中电流减到零
(H=0),铁心在磁化时所 获的磁性还未完全消失,这 时铁心中所保留的磁感应强 度称为剩磁感应强度Br。
矫顽磁力:Hc
17
几种常见磁性物质的磁化曲线
B/T 1 2 3 4 5 6 7 8 9
1.8 1.6 1.4 1.2 c
b 1.0 0.8 0.6 0.4
0 4 10 7 H / m
9
•一般材料的磁导率 和真空磁导率 0 的比值,称为 该物质的相对磁导率 r
r
0

r
H 0H
B B0
r 1非磁性材料
r 1磁性材料
返回
10
五、 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。
的单位:韦伯
4
如 磁场内各点的磁感应强度的大小相等,方向相同,
这样的磁场则称为均匀磁场。
二、磁通
磁感应强度B与垂直于磁场方向的面积S的乘积, 称为通过该面积的磁通。
=BS
的单位:伏•秒,通称为韦[伯] Wb 或麦克斯韦Mx 1Wb=108Mx
5
三、磁场强度
磁场强度是计算磁场所用的物理量,其大小为磁 感应强度和导磁率之比。
3. 掌握变压器电压、电流和阻抗变换作用; 4.了解三相电压的变换方法;
3
Байду номын сангаас
6.1.1 磁场的基本物理量
磁场的特性可用磁感应强度、磁通、磁场强度、 磁导率等几个物理量表示。
一、磁感应强度
与磁场方向相垂直的单位面积上通过的磁通(磁 力线),可表示磁场内某点的磁场强弱和方向。
BF lI S
矢量
B的单位:特[斯拉](T) 1T=104Gs
27
例题6.1.2
有一环形铁心线圈,其内径为10cm,外径为15cm,铁 心材料为铸钢。磁路中含有一空气气隙,其长度等于 0.2cm。设线圈中通有1A电流,如要得到0.9T的磁感应 强度,试求线圈匝数。

磁路的平均长度为 L=((10+15)/2) =39.2cm
查铸钢的磁化曲线,当B=0.9T 时,
由于 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; (4)在电路中,当 E=0时,I=0;但在磁路中,由于有剩
磁,当 F=0 时, 不为零;
23
磁路的计算
在计算电机、电器等的磁路时,要预先给定铁 心中的磁通(或磁感应强度),而后按照所给的 磁通及磁路各段的尺寸和材料去求产生预定磁通 所需的磁通势F=NI。
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