铁心线圈与变压器简明

I
N
B（φ）μ b
c sB
μ
a
o
H（I）
铁磁材料 B-H，μ-H 曲线
磁饱和 当H 达到一定程度，B 不再随H 而增加，此为磁饱和。
如曲线的cs 段。 若对铁心线圈而言，磁饱和意为
当电流I 增加到一定程度，φ不再随之增加。
关于磁滞
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8-1
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。
H
B
或 B H 安/米，A/m, A/cm
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
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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
安培环路与 安定电培路律环类磁路似路定，安欧磁律培磁姆路安环也路定培路有欧律环磁定各沿姆路种路律任定定定欧磁一律律律姆路闭磁定欧合路律姆路欧定径姆律，定H律的线积分等于包
e 2fNm sin(t 90)
Em
有效值 E 2fNm / 2 4.44 fNm
忽略了漏磁感应电动势 e和L 线圈内阻压降 后iR,方程变为：
u e 或 U E 4.44 fNm
U 4.44 fNm 重要结论
外加电压不变时，交流铁心线圈的铁心内主磁通最大值几
乎是不变的。这是分析变压器和交流电动机时的重要概念。
φ N
φL
主磁通 漏磁通
线圈电阻上压降为 iR 根据KVL得：
交流铁心线圈
u e eL iR
或 U E E L IR
电压平衡方程式
m sin t
e N
d
dt
N m sin(t 90)
2f Nm sin(t 90)
Em
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8-3 二、电压平衡方程式
u e eL iR
4
基8尔-1霍基夫尔二定霍律、夫磁定路律基的尔霍基夫本定定律基律尔霍夫安定培律基环尔路霍定夫律磁定路律基欧尔姆霍基定夫尔律定基霍基律尔夫尔霍定霍夫律夫定定律律
1. 磁路的基尔霍夫磁通定律
在节点A 处
φ 1+φ2 -φ3=0
I1 φ1
A
φ2
I2
N1
φ3
N2
2. 磁路的基尔霍夫磁压降定律 任一闭合回路中均有：
磁路欧姆H定dl 律 I 围在这闭合路径内各电流的代数和
磁路欧姆定律
磁磁路路欧欧姆姆定定律H律 l NI
若磁场均匀则有
磁路欧姆定律 磁路欧姆定律
线圈N 匝
平均长 l
Hl NI
磁动势
I
磁通Φ
根 据
H B / 得 NI l
N
导磁系
数μ
B /S
S
无分支磁路 截面积S
磁路欧姆定律
磁阻Rm
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通方向的铁心平面内产生旋涡状的感应电流，叫涡流。 涡流在铁心内电阻上产生的损耗称涡流损耗。
减小涡流损耗的办法 增大涡流通路的电阻即用薄的材料叠成铁心
减小磁滞损耗的办法
铁心尽量采用软磁材料 #
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8-3 二、电压平衡方程式
大部分经铁心闭合 产生e 线圈中 磁通 少部分经空气闭合 产生eL
i
u
e eL
有分支磁路
Rm NI 或
Hl NI
磁压降的代数和等于磁动势的代数和
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8-1 三、磁性材料的磁性能
从曲线上能明显看出，μ不是常数
导磁性 工程上利用它来使 磁通尽量地约束在有限的范围 内，提高电磁设备的利用率， 一般使用B-H 曲线的ab 段。 磁滞 B的变化滞后于H 的变化
如曲线的oa 段
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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。
线圈 衔铁
铁心中的磁通是交变的，空气隙处的磁感应强度为：
第八章 铁心线圈与变压器
第一节 磁路的基本概念和定律 第二节 直流铁心线圈与直流电磁铁 第三节 交流铁心线圈与交流电磁铁 第四节 单相变压器
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8-1
第八章 铁心线圈与变压器
本章介绍的基本物理量、基本定律以及磁性材料的磁性能。 在此基础上重点讨论铁心线圈电路和变压器。
第一节 磁路的基本概念和定律
电动机、继电器、电磁铁及变压器等电器都是基于电磁耦合 的原理工作的，我们已经学过了电路，现在再来研究磁路。
Rm
l
S
2. 很大，但不是常数，因此 Rm也不是常数。所以磁
路欧姆定律不能用来进行定量计算，只用做定性分析。
通常磁路计算应用磁路基尔霍夫定律。
3. 磁路和电路有相似之处，但却有本质的区别。
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8-2 第二节 直流铁心线圈与直流电磁铁
一、直流铁心线圈 （磁路计算略）
铁心
二、直流电磁铁 1. 构成
铁心 2. 工作原理
线请看圈通电衔演铁示
线圈 衔铁
通电的铁心线圈对衔铁会产生吸力
3.
吸力
W
1 2
LI
2
1 2
N
I
I2
1 2
NI
磁动势
磁动势主 要降在空
1 2
H
0
1 2
B0
S（ 0
B0
0
）
1 2
B02
0
S0
气隙上
Fd
dW
1 2
B02
0
S0d
电磁铁应用？
#
F
107
8
B02S0
4B02S0 105
N
8
8-2 直流电磁铁的特点
1. 励磁电流是由励磁线圈的外加电压U 和线圈电阻R 决定的
I
U R
电流是恒定的，无感应电动势产生。
2. 无磁滞和涡流损耗，铁心可以使用整块的铸钢、软铁。
3. 吸合后电磁力比吸合前大得多，但励磁电流不变。 （因磁动势 NI 不变，磁阻Rm ↓→B ↑ ，所以吸力F↑）
1. 电流恒定，无感应电动势产生。 2. 无磁滞和涡流损耗，可使用整块铁心 3. 吸合后，励磁电流不变， F↑↑
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8-3 第三节 交流铁心线圈与交流电磁铁
一、交流铁心线圈的损耗 铜损 磁滞损耗 涡流损耗
总损耗
P = △PCU + △Ph + △Pe
铁损
铜损△PCU 线圈电阻上的损耗 △PCU =I 2R
磁滞损耗 其大小与铁心材料反复磁化后的磁滞回线面积成正比
涡流损耗
交变磁通穿过铁心时，铁心既导磁又导电 ，因铁心在 交变磁通作用下产生感应电动势， 从而在垂直于磁
一、磁场的基本物理量
1.磁通φ
2.磁感应 强度B
3.磁场 强度H
4.导磁 系数μ
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第一节 磁路的基本概念和定律
一、磁场的基本物理量
1.磁通φ 垂直穿过某一面积S 的磁力线的总根数。韦伯Fra Baidu bibliotekb
2.磁感应 强度B
穿过单位面积的磁力线根数。特斯拉T wb/m2
B
S
或 BS
3.磁场 强度H
磁场中某点的B 与该点的磁导率μ的比值。