03、磁性材料和磁路及磁路基本定律
磁路的基本定律是什么？
磁路的基本定律是什么？磁路有3个基本定律，分别是磁路欧姆定律、磁路基尔霍夫第一定律、磁路基尔霍夫第二定律。
磁路欧姆定律下式就是磁路的欧姆定律，磁路的磁动势等于励磁线圈的匝数（N）与电流（i）的乘积，即磁路的欧姆定律与电路的欧姆定律很类似•磁动势相当于电动势•磁通相当于电流•磁阻相当于电阻磁路基尔霍夫第一定律磁路基尔霍夫第一定律表述为：穿入任一封闭曲面的磁通等于穿出该闭曲面的磁通，即对于下图所示的磁通，有磁路基尔霍夫第二定律在磁路中沿任何闭合磁路径上，磁动势的代数和等于磁压降的代数和，即对于下图所示的磁通，有题主你好。
磁路是在理想情况下，仿照电路建立的一套理想化的物理模型。
理想化的原因从下面的讨论可以看出。
我们知道，线圈构造成的互感电路在理想情况下有这么几个性质：•不漏磁•电磁感应定律严格成立（如果存在磁荷，这条定律需要修正）•电磁场的变换比较缓慢，电路是似稳的主线圈输入电流是交变电流，那么该线圈就会产生交变的磁场，在不漏磁的假定下，次级线圈里的磁通量就等于主线圈发出的磁通量。
由于电磁场变化很慢，我们可以忽略电磁辐射带走那部分能量，那么这样我们可以用稳恒电路的磁感应强度-电流强度关系式近似表示这里的磁感应强度和电流强度的关系。
简单写为B=4πNI/L（高斯单位制）磁通量φ=BA=4πNIA/L，A是线圈的截面积。
由于主线圈的电流是驱动电流，次级线圈的电流是感应电流，所以我们定义主线圈里的电流与主线圈的匝数乘积为磁动势F，将磁动势与磁通量的比值定义为磁阻。
明显磁阻Rm在数值上等于L/(4πA)，如果考虑铁芯等磁导率不等于真空磁导率的情况时，磁阻改写为L/(4πμA)。
对比电阻表达式，可以发现磁阻和电阻有很多相似的地方，比如都是正比于长度反比于截面积，比例系数是与材料性质有关。
下面我们来讨论磁路基本定律。
如果把φ=BA=4πNIA/L写成φ=F/Rm，那么这个公式就叫磁路的欧姆定律。
由于磁通量的性质，我们可以类比于电路的电流，所以对于串联的线圈之间的磁通量满足φ1=…=φn；对于并联情形有φ0=φ1+…+φn。
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三、磁路及其基本定律1、磁路欧姆定律由于磁性物质具有高导磁性，可用来构成磁力线的集中通路，称为磁路。
Φ图7-1-5磁路欧姆定律如图7-1-5所示磁路：l 为磁路平均长度，S 为磁路截面积；Φ磁路主磁通；Φσ为磁路的漏磁通（可忽略不计）；I 为线圈电流。
根据 安培环路定律⎰∑=∙I dl H 可得m R FSl NI ==Φμ （磁路欧姆定律） 其中 SlR m μ=——磁阻 IN F =——磁通势 2、磁路基尔霍夫定律（1）磁路基尔霍夫第一定律Φ1=Φ2+Φ3 或 ∑Φk =0如图7-1-6所示。
（2）磁路基尔霍夫第二定律13NI Hl Hl =+ 或NI Hl =∑∑式中，1H 表示CDA 段的磁场强度，1l 为该段的平均长度；3H 表示ABC 段的磁场强度，3l l 3为该段的平均长度。
应用：磁路基尔霍夫两大定律相当于电路中的基尔霍夫两大定律，是计算带图7-1-6分支磁路有分支的磁路的重要工具(本书对并联磁路不作要求)。
（3）如表7-1所示为磁路和电路的类比关系：（1）电路中有电流就有功率损耗。
磁路中恒定磁通下没有功率损耗；（2）电流全部在导体中流动，而在磁路中没有绝对的磁绝缘体，除在铁心的磁通外，空气中也有漏磁通；（3）电阻为常数，磁阻为变量；（4）对于线性电路可应用叠加原理，而当磁路饱和时为非线形不能应用叠加原理。
综上所述磁路与电路仅是数学形式上的类似，而本质是不同的。
4、磁路的计算：图7-1-7对图7-1-7所示分段均匀磁路应用基尔霍夫第二定律有 IN H l H l H =++δ02211 或∑=IN Hl将 μBH S B =Φ=,代入，有IN SS l S l =+Φ+Φ0222111μδμμ 或 IN R R R m m m =Φ+Φ+Φ021∑∑=Φ=ΦmmR FFR式中μ不是常数，因此公式并不能用于计算磁路，只可做定性分析用。
在磁路的分析中若已知磁通Φ求所需磁通势IN 则 （1）由11S B Φ=（查H B -曲线）得出111l H H →； （2）由22S B Φ=（查H B -曲线）得出222l H H →； （3）由δμ0000100H B H S S B →=→Φ=Φ=； （4）∑=IN Hl对交流磁路则可按幅值进行分析，即： 已知→Φ=Φ=→ΦS K S B C m C m m m 查H B -曲线∑=→=→→2m m m m II N I l H H C K 为叠片系数。
磁路和磁性材料
直流磁化曲线
铁磁材料分类
01 软磁材料
磁滞回线窄，剩磁Br和矫顽力Hc小 铸铁、钢、硅钢片等 软磁材料的磁导率较高
02 硬磁（永磁）材料
磁滞回线宽、Br和Hc都大的铁磁材料 永磁材料的性能用剩磁Br、矫顽力Hc和最大
磁能积（BH）max三项指标表征
位 降 Um Rm阻
03 磁路欧姆定理为
磁路基尔霍夫第一定律
B•dS00 穿过任意闭曲面的总磁通恒等于零
S
磁路基尔霍夫第二定律
cHdlsJda
沿任意闭合磁路的中磁动势恒等于各段磁 路F 磁 位降的H 代数i和li R m im i U m i
i
i
i
F N iH iliR m m i i U m i
系
○ 由 材 料 特 性 决 定
○ μ称为材料的磁导
r
相 料 空/0对 的 磁 0磁 磁 导4导 导 率 率 率 的1： 与 比 0 材 真 值7(H/m )电 磁 对 2 0机材磁0 0中料导－使的率8用典范0 0的型围0
铁 相 ： 0
率
○ 真空磁导率
安培环路定理
安培环路 cH定 dl理 sJ： da 仅考虑导体 cH电 dl流 Ni： F
○ 解的精度，能满足工程应用要求
磁路
磁路：磁通所通过的路径
磁路是以高导磁性材料构成的使磁通被限制在 结构所确定的路径之中的一种结构 和电流在电路中被导体所限制是极为相似
简单磁路
铁心导磁率 远大于空气
磁力线几乎 被限定在铁 心规定的路 径中
铁心外部的 磁力线很少
带气隙简单磁路
简单同步电机磁路
H 分段相 H ili等 Ni： F
磁路与磁路的欧姆定律
1、什么是电路
知识回顾
电流流通的路径
2、电路欧姆定律、电阻定律?
3、磁感应强度的公式？
二、磁路
1、概念：磁通所通过的路径称为磁路。 有分支磁路
无分支磁路
2、磁路组成：线圈、铁芯物质做 成的芯子。
4.导磁 系数μ
描述导磁能力大小的物理量。通常使用相对导磁系数 r
r
0
无量纲
0
真空导磁系数
#
8-1
第一节 磁路的基本概念和定律
二、磁路的基本定律 安培环路定律 磁磁路欧路姆欧定姆律定律基尔霍夫定律 安培环路定律 磁路欧姆定律
安培环磁路与 安路定电培欧路律环姆类H磁路定似d路定,安律磁l欧律路培磁姆安也环I路定有培路欧各律环磁定种沿在姆路路律定任这定定欧律磁一闭律律姆路闭合磁定欧合路路律姆路径欧定径内姆律各,H定电的律流线的积代分数等和于包围 磁路欧姆定律
例题：铸钢圆环上绕有线圈800匝,通有2A电流，环
平均周长为0.5m，截面积3.25×10-4m2,求线
圈磁动势、磁阻和磁通。（硅钢片的磁导率 为7500H/m
Fm NI
Rm
l S
Fm Rm
几点说明：
1. 磁阻Rm 的大小取决于磁路的尺寸和材料的磁导率。
l Rm S
2. 很大，但不是常数，因此 Rm 也不是常数。所以磁
#
8-3 三、交流电磁铁
铁心
交流电磁铁也是一种电磁器件,结构 形式与直流电磁铁类似。在工业部 门应用极为广泛。如冶金工业中用 于提放钢材的电磁吊车；夹持工件 的电磁工作台；传递动力的电磁离 合器；液压传动中的电磁阀；交流 接触器及接触器等。
磁的基本知识：磁场磁路磁性材料
磁的基本知识：磁场、磁路、磁性材料线圈通入电流时，在其周围会产生磁场。
把线圈套在铁心上，磁场会加强而且集中，并能吸引铁磁物质，使之运动。
电磁吸盘、电磁阀、接触器、继电器等许多电气设备就是利用这种原理制成的。
磁场被认为是一种能量，能吸引铁磁物质运动做功，把线圈通入的电能转化为铁质运动的机械能。
借助于磁场，很容易实现电能和机械能的相互转换，导线切割磁场运动，导线会产生感应电动势，基于这种原理制成的发电机，就是把机械能转换为电能的一个实例。
通电的导体在磁场中会受力运动，基于这种原理制成的电动机，就是借助于磁场实现电能转换成机械能的实例。
变压器是借助磁场的变化，使一种电压等级的交流电能转化为另一种电压等级的电能。
以上事实说明了，一个电工仅掌握电路方面的知识，而不掌握磁路、磁场方面的知识，那么，他的知识是残缺不全的。
从本节课开始将分四篇来学习有关知识，内容不是具体介绍每个电气设备的电磁原理，而是介绍它们共有的最基本的磁知识。
这样，在学习各个电气设备时，才有扎实的基础。
（有些部分在初级电工基础知识里面也是接触过的，这里再加深一次）。
磁场和磁路如图下图a所示，线圈通入电流I时，在其周围产生磁场。
在图中，磁场用虚线形象化地表示，称为磁力线。
磁力线箭头方向表示磁场方向，磁力线是无始无终的闭合回线。
产生磁场的电流称为励磁电流或激磁电流，电流值与线圈匝数N 的乘积IN称为磁动势F，记作F=IN，单位为安匝。
所产生的磁场方向与励磁电流方向之间符合右螺旋定则。
磁场方向常用南（S）、北(N ）极来描述，图a中，线圈上方为S极，下方为N极，把线圈包含的一段磁路称为内磁路，未包含的磁路（即空气中的磁路）称为外磁路，外磁路的磁场方向由N极指向S极，内磁路磁场方向则由S极指向N极。
为使较小的励磁电流能产生较大的磁场，并把磁场集中在一定范围内加以利用，常把线圈套在由铁磁材料制成的一定形状的铁心中。
图b是电磁铁未吸合时的磁路。
由于铁磁材料容易导磁，故大部分磁力线在铁心中形成闭合回路，这部分磁通称为主磁通Φ，另外一小部分磁力线则不经过铁心而经过空气形成闭合回路，这部分磁通称为漏磁通，记作Φs。
03、磁性材料和磁路及磁路基本定律
磁路及磁路基本定律
磁路及磁路基本定律
回顾
电路(Electric Circuit)
i2
i1
R2
R1
i4
R3
R4
E
1. 欧姆定律
2. Kirchhoff第一定律 （节点电流方程）
3. Kirchhoff第二定律 （回路电压方程）
磁路及磁路基本定律
比较
电路(Electric Circuit)
i2
i1
铜损
磁性器件绕组的电阻的直流铜耗 影响磁性器件的总损耗、温升和效率、
体积 所以绕组导线的直径不能取得过小
高频下的磁化曲线
B和H之间就存在相位差，即时间效应。交流磁场中曲线面积比直流磁场 的曲线面积大，且形状和大小也与磁场的变化频率有关。
磁性材料
开关电源技术——
磁性材料
磁性材料的划分(classifications)
磁滞损耗Ph
The area enclosed by the hysteresis loop is a measure of hysteresis loss per cycle.
涡流损耗Pe
剩余损耗Pc
由于磁化弛豫效应或磁性滞后效应引起 的损耗。所谓弛豫是指在磁化或反磁化 的过程中，磁化状态并不是随磁化强度 的变化而立即变化到它的最终状态，而 是需要一个过程，这个‘时间效应’便 是引起剩余损耗的原因。
相关标准
GJB1435－92 开关电源变压器总规范 GJB1521－92 小功率脉冲变压器总规范 GB/T15290-1994 电子设备用电源变压器和滤波扼流圈
总技术条件 GB/T9630－88 磁性氧化物制成的罐形磁芯及其附件
尺寸（IEC60133) IEC1007 磁性元件和铁氧体材料 IEC61248:1996 通信和电子设备用变压器和电感器
电气知识：磁路及磁路基本定律都是什么？（24）
电气知识：磁路及磁路基本定律都是什么？（24）电路，简而言之，就是电流流过的回路，类似的，磁路又是指什么？它和电路有着怎样的区别？别急，这次的学习分享将会给大家提供答案。
欢迎大家来到本次的学习：“磁路及磁路基本定律”。
这次的学习内容主要是和磁路有关的基本概念与它的一些基本定律，在学习之前，建议大家回顾一下之前所学的电路的一些基本定律以及磁场的那些基本物理量哟，例如电路的基尔霍夫定律、磁通、磁导率等相关知识。
那么，我们正式进入这次的学习主题吧！1、磁路在电机、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芯。
铁芯的磁导率比周围空气或其他物质的磁导率高得多，磁通的大部分经过铁芯形成闭合通路，磁通的闭合路径称为磁路。
下图24-1为四极直流电机的磁路和交流接触器的磁路。
如直流电机的磁路，通电导线绕制在定子铁芯上，根据右手螺旋定则，四极电机的N极与S极两两构成磁路。
交流接触器的通电线圈产生的磁通也是沿着磁性材料构成通路。
▲图24-1其实磁路很好理解，就好比电路，电路是指电流流过的回路，而磁路是指磁通的闭合路径，磁路中的磁通其实就类似于电路中的电流。
还有，导体的电导率比绝缘体的电导率高得多，所以电流几乎全部沿着导体流通；类似的，磁性材料的磁导率比非磁性材料的磁导率高得多，显然，磁通的大部分也是沿着磁性材料流通。
在这里要强调的一点是，导电体和非导电体的导电率之比，数量级可达1016之大，所以电流一般沿着导体流通，其漏电流微乎其微，一般忽略不计；但是铁磁材料与非铁磁材料的磁导率之比，数量级一般在102～106倍之间，所以在磁路里面，漏磁通往往不能忽略不计。
举一反三，电路中有电流的前提是要有电动势，那么类似的，磁路中有磁通的前提又是什么呢？没错，是磁动势！但是，磁动势到底指的是什么？还有，电路中有电阻，且与导线相比，电压基本是加在电阻两端，那磁路中是否有磁阻使得磁压基本加在其两端呢？别急，这些问题接下来就让我给大家一一揭晓。
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
电工基础038.第38课时.磁路及磁路基本定律
a r b
(a)
(b)
空气隙有效面积计算
(a) 矩形截面； (b) 圆形截面
(3) 由已知磁通Φ, 算出各段磁路的磁感应强度B=Φ/S。
(4) 根据每一段的磁感应强度求磁场强度, 对于铁磁材 料可查基本磁化曲线。 对于空气隙可用以下公式:
B0 6 3 H0 0.8 10 B0 ( A / m) 8 10 B0 ( A / cm) 7 0 4 10
(5) 计算各段磁路的磁压Um（=HL）。
B0
(6) 根据基尔霍夫磁压定律, 求出所需的磁通势。
H1L1 H2 L2 H3 L3 NL
• 例10-1 图10-18为一无分支磁路，铁心线圈有200 匝。磁路尺寸如图所示。磁路用0.35mm厚D-41硅 钢片叠成，叠装系数k为0.91。若要在此磁路内建立 Φ=30×10-4Wb的磁通，求所需线圈电流值。
• 根据D-41电工硅钢片磁化数据表，铁心中各 段对应的磁场强度为： H1=2.85A/cm, H2=9.96A/cm • 空气隙中磁场强度H0按（10-13）式计算 H0≈0.8×106B0=0.8×106×0.909=727000 A/m 即H0=727000A/m=7270A/cm。
• 总的磁动势等于各段磁压之和，即： NI=H0L0+ H1L1+ H2L2 =(7270×0.5+2.85×19.5+9.96×47)A =4160A • 所以线圈电流I为 I=∑HL/N=4160/200A=20.8A
I
电 路
电动势
U R
电压降
+
E
_
E
I
U
磁路与电路的比较 (二)
磁路和磁路定律
第4章磁路和磁路定律1 磁路与电路的对比电路与磁路对照表磁路与电路的不同1）将磁路与电路对比，这只是定性的，近似的说法。
认真研究磁路和电路有重大不相同。
电路中，导电体的电阻率与绝缘体的电阻率相差1013位以上，所以在空间泄漏的电流是微乎其微的。
磁路中，一般导磁体与空气的磁导体相差不过102-103倍，最优良的磁体的磁导率与空气的磁导率相差不超过106倍。
2）导磁体达到磁饱和以后，磁导率会降到与空气一样所以在空间泄漏的磁通量相当可观。
在低矫顽力永磁材料的磁路中，往往泄漏磁通大于有用磁通。
3）磁性材料的性能参数有达5％的误差，加上计算过程中的估算和假定，磁性计算比电路计算困难大，磁路的计算误差在10％，就被认为较满意。
但是随着计算机在磁路没计算中的应用，计算精度将会提高。
2 磁路的概念观察两种现象：a)在通电螺线管内腔的中部，电流产生的磁力线平行无螺线管的轴线，磁场线渐进螺线管两端时变成的散开的曲线，曲线在螺线管外部空间相接。
如果将一根长铁心插入通电螺线管中，并且让铁心闭合，则泄漏到空间的磁力线很少，由上，我们定义，不管有无铁心，磁力经过的路线，让我们成为磁路。
b)用永磁性作磁源，也产生上述现象。
图1 等效磁路图1 a)给出了永磁体单独存在时的情况。
图b)将永磁体放入软磁体回路的间隙中，磁力线的大部分通过软磁体和永磁体构成的回路。
以上两种也是表示磁回路。
图中磁力线密度表示磁通量的密度。
广义的讲，磁通量所通过的磁介质的路经叫磁路。
磁路是许多以电磁原理作成的机械、器件如电机，电器，磁电式仪表等的主要组成部分之一。
各种磁路传递着磁力线，发挥着应有的机能。
大多数磁路含有磁性材料和工作气隙，完全由磁性材料构成的闭合磁路的情况也有不少。
凡含有空隙的磁路，一部分磁通量作为有用磁场，还有一部分磁通量在空隙的附近泄漏在空间，形成漏磁通。
图2 磁路3磁路欧姆定律软磁圆环，截面积S 平均周长l 磁导率μ线圈匝N 电流为i 则圆环内的磁场H 为 :lNiH =(4-1) H 的方面与环的轴线平行。
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。
磁路和磁性材料
磁场强度H与磁感应密度B对比
H和B均可表征磁场性质（即磁场强弱和方向） 均匀磁介质，若包括介质因磁化而产生的磁场在内时，用B 表示，其单位为特斯拉T，是一个基本物理量 单独由电流或者运动电荷所引起的磁场（不包括介质磁化而 产生的磁场时）则用磁场强度H表示，其单位为A/m，是一 个辅助物理量 在各向同性的磁介质中，B与H的比值即介质的绝对磁导率μ
解：(1) 磁路中的磁通 = B0A0 = 1×0.001 Wb = 0.001 Wb (2) 各段磁路的磁感应强度(磁密) l0/2 B0 = 1 T 0.001 B1 = = T=1T A1 0.001
I
l1
I
A1
A2
l2
0.001 B2 = = T = 1.25 T A2 0.000 8 (3) 各段磁路的磁场强度 B0 1 H0 = = A/m － 7 4×10 0 l0/2 = 796 000 A/m = 7 960 A/cm
2.1 基本磁路物理量
磁场强度 H(A/m) 磁感应密度(磁密) B(T) 磁动势(磁势) F(A)：励磁绕组产生的安匝数 F Ni, N为绕组匝数 磁通量(磁通)Φ(Wb)：穿过曲面S的磁通是磁感应密度 B的法线分量的面积分
B da
s
B均匀时
Bc Sc
0
10
20
30 40 H[A/cm]
50
60
70
1.5
1
0.5
B[T]
0
-0.5
-1
-1.5 -200
-150
-100
-50
0 H[A/m]
50
100
《磁路的基本定律》课件
超导磁体在科研、工业和医疗 等领域有广泛应用，如核聚变 、粒子加速器、磁共振成像等 。
超导磁体的研究和应用对于推 动科学技术进步和人类社会发 展具有重要意义。
05
实验与探究
磁场测量实验
总结词
掌握磁场测量方法
详细描述
通过磁场测量实验，学生将学习如何使用磁场测量仪器，如磁力计或霍尔效应传感器， 来测量和记录不同材料和环境下的磁场强度和方向。
《磁路的基本定律》ppt课件
目录
• 磁路的基本概念 • 磁路的基本定律 • 磁路在实践中的应用 • 磁路与现代科技 • 实验与探究
01
磁路的基本概念
磁场的定义与特性
总结词
描述磁场的基本概念，包括磁场、磁 力线、磁感应强度等。
详细描述
磁场是由磁体或电流产生的一种特殊 物质，具有方向性和强度。磁力线是 描述磁场分布的虚拟线条，磁感应强 度是描述磁场强弱的物理量。
磁路与电路的类比
总结词
比较磁路和电路的相似之处和差异。
详细描述
磁路和电路都是传输能量的路径，具有闭合性和电阻。然而，磁路传输的是磁 场能量，而电路传输的是电能。此外，磁路的电阻称为磁阻，与电路中的电阻 不同。
磁路在生活中的应用
总结词
列举一些常见的磁路应用实例。
详细描述
磁路在生活中的应用非常广泛，如发电机、电动机、变压器、磁悬浮列车等。这 些设备利用了磁场的基本原理实现能量的转换和传输。
电磁感应实验
总结词
理解电磁感应原理
VS
详细描述
电磁感应实验将演示法拉第电磁感应定律 和楞次定律，学生将亲手操作发电机和变 压器等设备，观察电磁场的变化如何产生 感应电流。
磁路设计实验
总结词
磁路的基本概念和基本定律
磁路的基本概念和基本定律在很多电工设备（象变压器、电机、电磁铁等）中，不仅有电路的问题，同时还有磁路的问题，这一章，我们就学习磁的相关知识。
一、磁铁及其性质：人们把物体能够吸引铁、钴等金属及其合金的性质叫做磁性，把具有磁性的物体叫做磁体（磁铁）。
磁体两端磁性最强的区域叫磁极。
任何磁体都具有两个磁极，而且无论把磁体怎样分割总保持有两个异性磁极，也就是说，N极和S极总是成对出现的。
与电荷间的相互作用力相似，磁极间也存在相互的作用力，且同极性相互排斥，异极性相互吸引。
1．1磁场与磁感应线磁铁周围和电流周围都存在磁场。
磁场具有力和能的特征。
磁感应线能形象地描述磁场。
它们是互不交叉的闭合曲线，在磁体外部有N极指向S极，在磁体内部由S极指向N极，磁感应线上某点的切线方向表示该点的磁场方向，其疏密程度表示磁场的强弱。
1．2描述磁场的物理量：磁感应强度B：在磁场中垂直于磁场方向的通电导线所受电磁力F与电流I和导线有效长度L的乘积IL的比值即为该处的磁感应强度，即B＝F/IL，单位：特斯拉。
磁感应强度是表示磁场中某点磁场强弱和方向的物理量，它是一个矢量，它与电流之间的方向关系可用右手螺旋定则来确定。
磁通∮：磁感应强度B和与它垂直方向的某一截面积S的乘积，称为通过该面积的磁通，即∮＝BS，由上式可知，磁感应强度在数值上可以看作与磁场方向相垂直的单位面积所通过的磁通，故又称为磁通密度，单位是伏.秒，通常称为“韦”。
磁通∮是描述磁场在空间分布的物理量。
磁导率u是说明媒体介质导磁性能的物理量。
1．3定则电流与其产生磁场的方向可用安培定则（又称右手螺旋法则）来判断。
安培定则既适用于判断电流产生的磁场方向，也可用于在已知磁场方向时判断电流的方向。
1.直线电流产生的磁场，以右手拇指的指向表示电流方向，弯曲四指的指向即为磁场方向。
2.环形电流产生的磁场：以右手弯曲的四指表示电流方向，拇指所指的方向即为磁场方向。
3．通电导体在磁场内的受力方向，用左手定则来判断。
磁路基础知识
基尔霍夫第二定律
NI＝ Hl ΦRm
电路旳基本物理量及公式
电动势E 电 流I 电 阻R 电 导G 欧姆定律
I E/R
基尔霍夫第一定律
i＝0
基尔霍夫第二定律
e＝iR
南通大学《电机学》
磁路基础知识
1.2铁磁材料及其特征
1.2.1铁磁材料旳高导磁性 1．铁磁物质旳磁化
将铁、镍、钴等铁磁物质放入磁场后，铁磁物质 呈现很强旳磁性，这种现象，称为铁磁物质旳磁化。
磁畴：在铁磁物质内部存在着许多很小旳天然磁化区。
南通大学《电机学》
磁路基础知识
2．起始磁化曲线
将一块还未磁化旳铁磁材料进行磁化，当磁场 强度H由零逐渐增大时，磁通密度B也将随之增大， 曲线B=f(H)就称为起始磁化曲线
B
c
d
B f (H)
b
a
0
南通大学《电机学》
磁路基础知识
B 0H
H
3.磁滞回线
相应旳模拟电路图
南通大学《电机学》
磁路基础知识
1.1.5磁路旳基尔霍夫定律 1、磁路旳基尔霍夫第一定律
闭合面A显然有：
－Φ1＋Φ2＋Φ3＝0
Φ＝0
穿出(或进入)任一闭合面旳总磁通量恒等于零( 或者说，进入任一闭合面旳磁通量恒等于穿出该闭 合面旳磁通量)
南通大学《电机学》
磁路基础知识
2、磁路旳基尔霍夫第二定律
Φ
RmFe
F
Rm
磁路基础知识
模拟电路图
解：铁心内磁通密度为
0.0009
BFe
AFe
T 1T 0.0009
从铸钢磁化曲线查得：与BFe相应旳HFe=9×102A/m
铁心段旳磁位降： H l Fe Fe 9 102 0.3A 270A
第二章 磁性材料与磁路
(a) 电磁铁的磁路
(b) 变压器的磁路
(c) 直流电机的磁路
二、磁路欧姆定律
1. 磁路用电路来比拟
（1）磁动势 磁路中的磁动势是产生磁通的原因 线圈匝数与电流的乘积NI 称为磁动势 线圈匝数与电流的乘积NI ，称为磁动势，用字母 磁动势， F 表示，则有 表示， Fm = NI 磁通由磁动势产生，磁动势的单位是安[ 磁通由磁动势产生，磁动势的单位是安[培]。
第二节 磁路和磁路定律 一、磁路
在电机、 在电机、变压器及各种铁磁元件中常用铁磁性 材料做成一定形状的铁心。 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， 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。 过铁心形成闭合通路，磁通的闭合路径称为磁路。
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
式中： 磁动势（ 式中：Fm —磁动势（A）； Rm —磁阻（1/H）； 磁阻（1/H）； φ—磁通（Wb）。 磁通（Wb）。 由于磁路常用几种铁磁性材料组成， 由于磁路常用几种铁磁性材料组成，且各段截面 亦不相同， 不是常数， 亦不相同，加上铁磁性材料的磁导率 µ 又不是常数， 所以用磁阻来计算磁路是不方便的。 所以用磁阻来计算磁路是不方便的。磁路欧姆定律一 般用来对磁路作定性分析。 般用来对磁路作定性分析。
（2）磁阻 电路中有电阻，磁路中亦有磁阻，它是磁通通过磁 电路中有电阻，磁路中亦有磁阻， 路时受到的阻碍作用，用符号R 表示。 路时受到的阻碍作用，用符号Rm表示。
L Rm＝ µS
2. 磁路欧姆定律
则 若某磁路的磁通为Φ，磁动势为Fm ，磁阻为Rm， 磁动势为F 磁阻为R
Fm NI Φ = = Rm Rm
磁路的基本概念及定律
本
概
念 及 定
铁 磁 性
律材
料
1.2
第 11 页
（3）磁滞性
在这个过程中，磁感应强度B的变化滞后于磁场强度H的变化，这种性质 称为磁滞性。表示B与H变化关系的闭合曲线称为磁滞回线。
不同的铁磁性材料，其磁滞回线的形状不同，据此可将铁磁性材料分为 软磁材料、硬磁（永磁）材料和矩磁材料三类，其磁滞回线如下图所示。
B F IL
磁感应强度B与电流之间的方向关系可用右手螺旋定则来确定。在国际 单位制中，磁感应强度的单位为特斯拉（T）。
如果磁场内各点的磁感应强度大小相等、方向相同，则这样的磁场 称为均匀磁场。
磁
路
的
基
本磁
概 念 及 定
场 的 基 本 物
律理
量
1.1
第4页
2 磁通
磁通Φ是描述磁场在某一范围内分布情况的物理量。磁感应强度B与垂直 于磁场方向的某一截面积S的乘积称为通过该面积的磁通Φ，即
第 13 页
磁
路
的
基
本
概
念 及 定
铁 磁 性
律材
料
1.2
2 交变磁化时的铁芯损耗
（1）磁滞损耗
铁磁性材料在交变磁化过程中由磁滞现象所引起的能量损耗称为磁滞损 耗。它是由于铁磁性材料内部的小磁畴在交变磁化过程中反复转向，相互摩 擦引起铁芯发热所造成的。
可以证明，交变磁化一周，在单位体积铁芯内所产生的磁滞损耗与磁滞 回线所包围的面积成正比。因此，为减小磁滞损耗，应选用磁滞回线较窄的 软磁材料制造铁芯。
磁
路
的
基
本
概
念 及 定
铁 磁 性
律材
料
1.2
磁路的三个基本定律
磁路的三个基本定律一、磁路的欧姆定律1. 内容- 磁路中的磁通Φ（单位为韦伯，Wb）与磁动势F（单位为安匝，At）成正比，与磁阻R_m（单位为H^-1）成反比，即varPhi=(F)/(R_m)。
2. 相关概念- 磁动势F：磁动势是产生磁通的激励，等于线圈的匝数N与通过线圈的电流I 的乘积，即F = NI。
例如，一个线圈匝数为100匝，通过的电流为2A，则磁动势F=100×2 = 200安匝。
- 磁阻R_m：磁阻表示磁路对磁通的阻碍作用，它与磁路的长度l（单位为米，m）成正比，与磁路的横截面积S（单位为平方米，m^2）和磁导率μ（单位为亨/米，H/m）成反比，即R_m=(l)/(μ S)。
例如，对于一段长度l = 0.5m，横截面积S=0.01m^2，磁导率μ = 4π×10^-7H/m的磁路，其磁阻R_m=(0.5)/(4π×10^-7)×0.01≈3.98×10^7H^-1。
二、磁路的基尔霍夫第一定律（磁通连续性定律）1. 内容- 对于磁路中的任一闭合面，进入该闭合面的磁通等于离开该闭合面的磁通，即∑varPhi = 0。
2. 理解与示例- 这一定律类似于电路中的基尔霍夫电流定律。
例如，在一个有分支的磁路中，假设一个节点处有三条磁路分支，磁通分别为varPhi_1、varPhi_2和varPhi_3，如果规定进入节点为正，离开节点为负，则varPhi_1-varPhi_2-varPhi_3 = 0。
也就是说，磁通在磁路的节点处是连续的，不会凭空产生或消失。
三、磁路的基尔霍夫第二定律（安培环路定律的推广）1. 内容- 在磁路的任一闭合回路上，磁动势的代数和等于各段磁路磁压降（Hl，其中H为磁场强度，单位为安/米，A/m）的代数和，即∑ F=∑ Hl。
2. 相关概念与示例- 磁场强度H：磁场强度与磁导率μ和磁感应强度B（单位为特斯拉，T）的关系为B = μ H。
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电路(Electric Circuit)
i2 R2 i4 R3 R4
E
磁路(Magnetic Circuit)
1
i1 R1
2 4
I
F
磁性材料
34
磁路及磁路基本定律
磁路(Magnetic Circuit)基本定律 1. 磁(通)势 F F = N • I (1)
2
4
1
I
F
2. 磁通量
磁性材料
12
高频下的磁化曲线
B和H之间就存在相位差，即时间效应。交流磁场中曲线面积比直流磁场 的曲线面积大，且形状和大小也与磁场的变化频率有关。
磁性材料
13
磁性材料
磁性材料
开关电源技术—— tqzheng@
14
磁性材料
磁性材料的划分(classifications) B=0 的磁场强度(magnetic field strength)称为矫顽力Hc (coercive force). 矫顽力是划分软磁, 永磁, 半硬磁材料的一个依 据.
LOW PROFILE CORE
RIBBON CABLE SUPPRESSION CORE（带状）
磁性材料
24
常见软磁材料型材
磁性材料
TOROIDAL Magnetics
TOROID（环形）
SOLID CENTER POST RM CORE
磁性材料
25
骨架
磁性材料
26
电感和变压器设计
Low profile transformer on PCB(平面变压器)
磁性材料
30
相关标准
GJB1435－92 开关电源变压器总规范 GJB1521－92 小功率脉冲变压器总规范 GB/T15290-1994 电子设备用电源变压器和滤波扼流圈 总技术条件 GB/T9630－88 磁性氧化物制成的罐形磁芯及其附件 尺寸（IEC60133) IEC1007 磁性元件和铁氧体材料 IEC61248:1996 通信和电子设备用变压器和电感器
E CORE
ETD CORE
磁性材料
22
常见软磁材料型材
PQ CORE
U CORE
U CORE
BALUM CORE EP CORE
SIX HOLE CORE
MULTI-APERTURE CORES （多孔）
磁性材料
23
常见软磁材料型材
RODS（棒状）
TUBES
STRIPS（条状） CABLE SUPPRESSION CORE
磁性材料
5
磁性材料
6
基本定律
1、安培环路定律
Hdl I IN
d d e N dt dt
2、电磁感应定律 （法拉第+楞次）
磁性材料
7
磁芯损耗
磁滞损耗、涡流损耗、剩余损耗
磁性材料
开关电源技术—— tqzheng@
8
磁滞损耗Ph
The area enclosed by the hysteresis loop is a measure of hysteresis loss per cycle.
3. 粉末烧结铝镍钴系硬磁材料
小型仪表, 继电器, 微电机等
4. 稀土钴系硬磁材料
传感器, 助听器, 电子聚焦装置, 磁推轴承, 力矩电机等
5. 钕铁硼合金
(BH)max 能达到248--288kJ/m3, 但居里温度低(312oC). 主 要用于核磁共振, 磁悬浮列车等. 微波器件, 磁力选矿机, 磁分离器等, 精度不高的场合.
1. 电工纯铁
2ห้องสมุดไป่ตู้ 硅钢片
3.铁镍合金
4. 软磁铁氧体
MO.Fe2O3, M代表Cu, Mn, Ni, Mg, Zn, Co等二价金属原子. 分铁基和钴基两种.
5. 非晶态和微晶态材料
磁性材料
21
常见软磁材料型材
POT CORE(罐形)
RM CORE
EFD CORE EPC CORE
EC CORE
I
F
当磁路l段上的各点磁场强度相同, 且 方向与dl一致时
U m Hl
(5)
4. 磁阻 Rm (对于截面S, 长度l的均匀磁路)
1 l (6) Rm S
l 1 l R S S
磁性材料
36
磁路及磁路基本定律
磁路(Magnetic Circuit)基本定律(续)
1
5. 磁路欧姆定律
简单的说就是两个问题： 1.饱和——引起电感量减小 2.居里温度——磁导率减小
磁性材料
3
磁化曲线
磁性材料
开关电源技术—— tqzheng@
4
磁滞回线
磁性材料
Fig 1 Typical B vs H Loop
B Magnetic Flux Density（磁通密度[磁感应强度]） Bs Saturation Flux Density（饱和磁密） Br Remanence（剩磁） H magnetic Field Strength（磁场强度） Hc Coercive Force（矫顽力） i Initial Permeability（初始磁导率） a(max) Maximum Amplitude Permeability 在退磁曲线中, B 与 H 之积, 在某一点处达到最 大值, 通常记作(BH)m, 叫最大磁能积.
GU 22
GU 26 GU 30
16W
24W 40W
GU 42
E I 35 E I 41
110W
36W 60W
磁性元件的功率处理能力与温升和热阻、频率有关。
磁性材料
29
磁性材料
软磁材料应用的几个注意点 (1)电磁纯铁电阻率很小，在交变磁场中涡流损耗很大，不适用于交流场合，通常 用作直流磁芯和磁屏蔽设施。 (2)在低频(比如50Hz)应用中，一般铁氧体比不上性能优良的硅钢片。若在低频时 采用铁氧体磁芯，变压器的体积就非常大，因此在低频时，特别是工频时都采用硅 钢磁芯。在高频(比如20kHz)时叠层式硅钢片的涡流和磁滞损耗很大，铁氧体则由于 其高电阻率磁芯的损耗很低，因此在高频时通常用铁氧体磁芯。 (3)近年来非晶态软磁材料和微晶软磁材料发展很快，由于它们的性能优良，加工 成形容易而受到人们的青睐。目前在十几千赫至几十千赫的中、大功率电力电子装 置中应用较广。在上百千赫领域及十千赫的小功率领域仍以铁氧体磁芯材料为主。 (4)负载电流较大时，磁芯的选择一般不直接选用高磁导率材料，通常选用磁导率 较低的材料，在选滤波扼流圈磁芯时更是如此。这是因为磁导率较低可以去掉较大 的有效空气隙。 (5)磁性材料在应用中必须注意其居里点温度。一些铁氧体的居里点温度可以低到 130º C左右。解决的办法是在居里点和工作温度之间留有一个安全间隔.
电阻率ρ要高
在交变磁场中工作的磁芯具有涡流损耗，电阻率高，涡流损耗小。
磁性材料
20
软磁性材料(magnetically soft material)
含碳量在0.04%以下, Bs大, Hc小, r可达13000以上. 电阻率小, 一般用于 直流磁芯或磁屏蔽设施. 在电磁纯铁中加入0.5%到4.5%的硅. 变压器铁芯含硅4.0-4.5%, 厚度0.051mm. 一般用于磁场强度较高的场合, 电机, 变压器, 电抗器, 互感器, 等. 分坡莫合金(含镍量34%--80%)和波明伐合金(镍45%, 铁30%, 钴25%),
磁性材料及磁路
重点在于软磁材料
磁性材料
1
高频功率电子电路中离不开磁性材料。磁性材料主要用于电路中的 变压器、扼流圈(包括谐振电感器)中。
Load
磁性材料
2
本章中两个重要问题 磁性材料(Magnetic materials)有个磁饱和问题。如果磁路饱和， 会导致变压器电量传递畸变，使得电感器电感量减小等。 对于电源来说，有效电感量的减小，电源输出纹波将增加， 并且通过开关管的峰值电流将增加。这样可能使得开关管的工作 点超出安全工作区，从而造成开关管寿命的缩短或损坏。 磁性材料的另一个问题就是居里点温度(Curie Temperature)。 在这一温度下，材料的磁特性会发生急剧变化。特别是该材料会 从强磁物质变成顺磁性物质，即磁导率迅速减小几个数量级。实 际上，它几乎转变为和空气磁芯等效。一些铁淦氧(ferrites)的居里 点可以低到130oC左右。因此一定要注意磁性材料的工作温度。
软磁性材料 Hc < 1 — 10 Oe
磁性材料 永磁性材料 Hc = 102 — 104 Oe 半硬磁材料 Hc = 20 — 300 Oe
磁性材料
15
磁性材料
硬磁性材料 (magnetically hard material)
硬磁材料是指那些经过饱和磁化后，即 使去掉外部磁化磁场，材料中的剩磁仍能长 时间地保持磁化状态，并在周围空间产生长 久不变的磁场。
6. 硬磁铁氧体
磁性材料
17
在开关电源中的应用
在开关电源中,为减少直流滤波电感的体 积，有时用永磁－硬磁材料产生恒定磁 场抵消直流偏置。
磁性材料
18
软磁性材料(magnetically soft material)
剩磁弱、矫顽力小、初始磁导率高
软磁材料是指那些插入通电绕组中，材料被磁化， 使绕组周围的磁场大大加强，而一旦去掉外部磁化 电流，材料本身的磁性就非常小。 软磁材料具有小的矫顽力(coercive force)和高的 初始磁导率(initial permeability)。它在电力电子应用 技术中的主要性能指标是 磁导率(permeability), 饱和磁感应强度(saturation flux density)Bs(T) 铁损(ferrite loss)P(W) 居里温度(curie temperature)CT(oC)