01磁路和磁性材料
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磁性材料及其应用ppt课件
消费类电子产品领域 微型马达 扬声器 耳机 麦克风
电器领域
便携式电动工具电机 家用电器 电机
工业自动化领域 磁耦合器 伺服电机
工业产品领域
磁分离器 磁起重设备
ppt课件
15
☆新型磁性材料的分类：
永磁材料 软磁材料 磁记录材料 特殊功能的磁性材料
磁弹性材料
磁电阻材料
磁制冷材料
磁流体
ppt课件
ppt课件
31
磁记录媒体的分类：
磁带 磁盘 磁卡
ppt课件
32
ppt课件
33
磁带结ppt构课件 图示
34
ppt课件
35
磁盘结构
磁记录介p质pt课件 磁头
36
4.4 Mbyte IBM RAMAC 1955 2 kbits/in2 50x24” dia disks
80 Gbyte
Seagate U series 2001
22
各种规格的圆片形烧结NdFeB 永磁材料
各种未经表面保护处理的烧结 NdFeB永磁材料
尺寸范围：外径Ф2mm－Ф160mm；
厚度：0.3mm－60mmppt课件
23
喷涂处理的烧结NdFeB永磁体
各种管状烧结NdFeB永磁材料 尺寸范围：
外径：
ppt课件 Ф3mm~Ф160mm；
24
圆柱形的烧结NdFeB永磁体
磁导率用来表示媒介质导磁性能的物理量，用 表示。
的单位是：亨利/米(H/m)。 不同的物质磁导率不同。
在相同的条件下， 值越大，磁感应强度 B 越大，
磁场越强； 值越小，磁感应强度 B 越小，磁场越弱。
真空中的磁导率是一个常数，用 0 表示 0 = 4 107 H/m
磁路和铁磁性材料
• 铁磁材料在外加磁场的作用下能产生远大于外 加磁场的附加磁场，利用铁磁材料的这个特性， 使用铁磁材料做成铁心，可以用较小的电流来 产生较强的磁场。
•
由于铁磁性材料具有较高的磁导率，导磁性能好，
所以通常利用铁磁性材料做铁芯，以使磁通尽可能地集
中在铁芯中。但是，空间内仍可能存在磁通，也就是存
在漏磁现象。我们把集中在铁芯内的大部分磁通称为主
• 互感的大小取决于两个耦合线圈的几何尺寸、匝 数、相对位置和周围磁介质。如果磁介质为非铁 磁性材料，互感则为常数。线圈中的互感电动势， 与互感系数和另一个线圈中电流的变化率的乘积 成正比。
• 图6-2中的两个线圈，它们除了互感以外，每个
线圈还有自感。两线圈间的互感系数M和各自的
自感系数L1、L2之间的关系为：
•
互感现象如果利用恰当，能够给人们带来许多益处，例如电
源变压器、电流互感器、电压互感器等都利用了互感现象；如果
利用不当，它也会给我们的生活带来不便，例如有线电话常由于
两路电路间的互感而串音，无线电设备也常由于互感现象造成相
互干扰。
• 二、耦合系数
• 对于两个线圈，我们把一个线圈通有1A的电流时， 在另一个线圈中产生的磁通（也称互感磁链）叫 做互感系数，简称互感。互感的国际单位与自感 的相同，也是亨利（H）。
第一节 磁路的基础知识
• 电流流过的路径是电路，同样，磁通经过 的路径叫做磁路。如图6-1所示，绕在铁芯上
•
（a）
（b）
•
图6-1磁路
• 铁磁材料：含有铁、钴、镍及其合金的材料称 为铁磁材料。铁磁材料具有很强的磁化特性。
• 磁化：铁磁性材料在外加磁场作用下，其内部 分子磁矩有秩序地排列，从而显示出磁性的现 象。
•
由于铁磁性材料具有较高的磁导率，导磁性能好，
所以通常利用铁磁性材料做铁芯，以使磁通尽可能地集
中在铁芯中。但是，空间内仍可能存在磁通，也就是存
在漏磁现象。我们把集中在铁芯内的大部分磁通称为主
• 互感的大小取决于两个耦合线圈的几何尺寸、匝 数、相对位置和周围磁介质。如果磁介质为非铁 磁性材料，互感则为常数。线圈中的互感电动势， 与互感系数和另一个线圈中电流的变化率的乘积 成正比。
• 图6-2中的两个线圈，它们除了互感以外，每个
线圈还有自感。两线圈间的互感系数M和各自的
自感系数L1、L2之间的关系为：
•
互感现象如果利用恰当，能够给人们带来许多益处，例如电
源变压器、电流互感器、电压互感器等都利用了互感现象；如果
利用不当，它也会给我们的生活带来不便，例如有线电话常由于
两路电路间的互感而串音，无线电设备也常由于互感现象造成相
互干扰。
• 二、耦合系数
• 对于两个线圈，我们把一个线圈通有1A的电流时， 在另一个线圈中产生的磁通（也称互感磁链）叫 做互感系数，简称互感。互感的国际单位与自感 的相同，也是亨利（H）。
第一节 磁路的基础知识
• 电流流过的路径是电路，同样，磁通经过 的路径叫做磁路。如图6-1所示，绕在铁芯上
•
（a）
（b）
•
图6-1磁路
• 铁磁材料：含有铁、钴、镍及其合金的材料称 为铁磁材料。铁磁材料具有很强的磁化特性。
• 磁化：铁磁性材料在外加磁场作用下，其内部 分子磁矩有秩序地排列，从而显示出磁性的现 象。
磁路和磁性材料
以不同Hm磁化时铁 磁材料的磁滞回线 的顶点形成的曲线
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
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。
常用基本电磁定律
磁通量F
垂直穿过某截面积的磁力线总和。单位：Wb
F SΒ dA
对于均匀磁场，若B与S垂直，则 F BA
磁场强度H
计算磁场时引用的物理量(实际也在存在的)。单位：A/m B=μH
μ:导磁材料的磁导率。
注意:B的大小与磁场环境有关,H的大小与磁场内在因素有关.
3
电磁学的基本定律
1.3.2 法拉第电磁感应定律—— 磁生电
14
1.4.2 软磁材料与硬磁材料
1、软磁材料——磁滞回线较窄。 硅钢片、铸铁、铸钢、铁氧体等。 用于制作电器设备的铁心。
2、硬磁材料——磁滞回线较宽。 铷铁硼、铁钴钐。 用于制作永久磁铁。
B H(i)
B H(i)
15
1.4.3 铁心损耗
铁耗
磁滞损耗 ：由磁畴相互摩擦发热造成
Ñ ph fV HdB Ch fBmnV
11
二、磁化曲线和磁滞回线
1、起始磁化曲线
Φ i
物体从无磁性开始，磁
场强度H(i)由零逐渐增
加时，磁通密度B将随 B μ= B/H
பைடு நூலகம்
之增加。用B=f (H)描述
c
的曲线就称为起始磁化
b
曲线。
a
O
磁饱和现象
d B=f (H)
导磁性能的 非线性现象
H∝i
12
2、磁滞回线
Φ
磁滞回线——当H在Hm和－ Hm i 之间反复变化时，呈现磁滞现
第1章 磁路 本章内容
磁路的基本知识 电磁学基本定律 常用磁性材料及其特性
1
第一节 磁路的基本定律
一、磁场的几个常用物理量
1.磁感应强度(磁密) B
•表征磁场强弱及方向的物理量。单位：特斯拉T(Wb/m2)
垂直穿过某截面积的磁力线总和。单位：Wb
F SΒ dA
对于均匀磁场，若B与S垂直，则 F BA
磁场强度H
计算磁场时引用的物理量(实际也在存在的)。单位：A/m B=μH
μ:导磁材料的磁导率。
注意:B的大小与磁场环境有关,H的大小与磁场内在因素有关.
3
电磁学的基本定律
1.3.2 法拉第电磁感应定律—— 磁生电
14
1.4.2 软磁材料与硬磁材料
1、软磁材料——磁滞回线较窄。 硅钢片、铸铁、铸钢、铁氧体等。 用于制作电器设备的铁心。
2、硬磁材料——磁滞回线较宽。 铷铁硼、铁钴钐。 用于制作永久磁铁。
B H(i)
B H(i)
15
1.4.3 铁心损耗
铁耗
磁滞损耗 ：由磁畴相互摩擦发热造成
Ñ ph fV HdB Ch fBmnV
11
二、磁化曲线和磁滞回线
1、起始磁化曲线
Φ i
物体从无磁性开始，磁
场强度H(i)由零逐渐增
加时，磁通密度B将随 B μ= B/H
பைடு நூலகம்
之增加。用B=f (H)描述
c
的曲线就称为起始磁化
b
曲线。
a
O
磁饱和现象
d B=f (H)
导磁性能的 非线性现象
H∝i
12
2、磁滞回线
Φ
磁滞回线——当H在Hm和－ Hm i 之间反复变化时，呈现磁滞现
第1章 磁路 本章内容
磁路的基本知识 电磁学基本定律 常用磁性材料及其特性
1
第一节 磁路的基本定律
一、磁场的几个常用物理量
1.磁感应强度(磁密) B
•表征磁场强弱及方向的物理量。单位：特斯拉T(Wb/m2)
磁路系统的工作原理
磁路系统的工作原理
磁路系统是由磁性材料和导磁材料构成的，可以引导和控制磁场的传播和分布。
其工作原理可以简要描述为以下几个步骤：
1. 磁路系统中的磁性材料有较高的磁导率，可以导引磁场的路径。
当通入一定电流时，在导线周围产生电流磁场，该磁场会引起磁通的变化。
2. 磁通变化会经过磁性材料的导引，从而形成一个封闭的磁路。
磁通经过导磁材料时会感应出感应电流，该感应电流会产生反向的磁场以抵消外部磁场的变化。
3. 磁性材料的封闭磁路可以导致磁场在一定范围内集中，从而增强磁场的强度。
这种磁场的集中可以用于实现各种应用，例如电力变压器、电机等。
4. 通过调整磁路系统的结构和参数，可以控制磁场的传播和分布。
例如，改变导磁材料的形状和尺寸可以调整磁场的分布范围和强度。
总之，磁路系统通过引导和控制磁场的传播和分布，实现了磁场的集中和控制，从而实现了各种应用。
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
功能材料-磁性材料课件
第三章 磁性材料－§3.1 软磁材料
3、高斯织构硅钢片
结构特点：
➢ 易磁化方向[100]与轧制方向平行 ➢ 难磁化方向[111]与轧制方向成55角
轧 [100] 制 方 向
55
[111] [110]
➢ 中等磁化方向[110]与轧制方向成90角
横向
高斯织构硅钢片具有磁各向异性，沿[100](轧制方向)磁性能最佳。
3、主要用途
直流磁场下工作的磁性元件，如电磁铁和继电器的铁芯。
第三章 磁性材料－§3.1 软磁材料
电工用硅钢片
在纯铁中加入1.04.0%Si的铁碳硅合金。 Si的加入，提高了电阻率，从而减少涡流损耗。
1、电工用硅钢片的种类
硅钢片按生产方法、结晶织构和磁性能的分类：
电工用硅钢片
热轧非织构（无取向）硅钢片 冷轧非织构（无取向）硅钢片 冷轧高斯织构（单取向）硅钢片 冷轧立方织构（双取向）硅钢片
150·cm，为1J79铁镍合金的2～3倍。 ➢ 硬度、强度和耐磨性较高。
例如1J16的硬度和耐磨性比1J79合金高，适用于磁头等磁性器件。 ➢ 密度较低。
可以减轻磁性元件的铁芯质量。 ➢ 对应力敏感性小。
适于在冲击、振动等环境下工作。 ➢ 合金的时效性良好。
随着环境温度的变化和使用时间的延长，其磁性变化不大。
第三章 磁性材料－§3.1 软磁材料
2、铁铝合金的主要应用
铁和铝资源丰富、价格低廉，铁铝合金的磁性能与铁镍合金类似， 同时还具有一些独特的优点，因此是铁镍合金的一种替代材料，适用于 电子变压器、磁头和磁致伸缩换能器等方面。
铁铝合金的牌号、主要成分、特点和用途
牌号 铝含量 /%
特点
主要用途
1J6
电工学第二版4 铁磁材料与磁路
三、磁滞回线
当铁磁材料的励磁电流交变 时，如图：
(1) i 减小为零时，铁磁材料中仍保留一部分剩余磁通， 称为剩磁； (2)磁滞现象： 的变化落后于 的变i 化，
使材料完全退磁需要反向i达到一定数值的现象称为磁滞现象。 (3)磁滞损失：磁畴反复转向引起的能量损失。磁滞损失：使铁芯发热。
铁磁材料的磁特性是：导磁能力强，磁通与励磁 电流为非线性关系，具有磁滞性和磁饱和性。
但不知绕向的两个互感线圈。试判断当i1减小时，在第二个线圈中产生互感电动 势e2的方向。（图中的M表示两线圈间具有互感关系）
小结
（1）铁磁材料因内部存在磁畴而具有磁特性。 （2）均匀磁路段的磁阻Rm=l/μS。闭合直流磁路的磁
Φ=NI/∑Rm=F/∑Rm， 常利用该式定性分析直 流磁路。
直流磁路没有磁滞损失和涡流损失； 交流磁路存在磁滞损失和涡流损失； 交流铁心线圈外加的正弦交流电压与磁通最大值的 关系是U=4.44fNΦm。。 • （3）同名端又叫同极性端
第一节铁磁材料的磁特性
磁介质:磁场中的物质称为磁介质。 导磁性－物质对磁场的影响能力 非铁磁材料:空气、木材、瓷、胶木、铜、铝之类的磁介
质，其导磁能力（即对磁场的增强程度）很弱且接近， 这类磁介质统称为非铁磁材料（又称为非铁磁物质） 铁磁材料:铁、钴、镍和它们的合金及氧化物之类的磁介 质，其导磁能力很强，这类磁介质统称为铁磁材料 （又称为铁磁物质）。
磁特性的根源在于铁磁材料内部存在着磁畴。
Φ
铁磁材料的分类
软磁物质：磁滞损失小（硅钢、纯铁、铸铁、铁镍合金）
软磁材料的磁滞现象不明显，剩磁及磁滞损失小，磁滞回线“瘦” 细狭长，适宜制作交流电气设备中的铁心。
硬磁物质：磁滞损失大（铬钢、钴钢、钨钢及铝镍钴合金）
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
磁性材料基础知识-ppt课件
求其轴线上一点 p 的磁感强度的方向和大小.
Idl
r
dB
B
o
R
p B
x
*
x
I
dB 0
4π
Idl r2
解: 根据对称性分析
毕奥—萨伐尔定律的应用2
Idl
sin R
R
o
r
x
dB
*p x
r2 R
B0I
4π
r 2 x2
sindl
l r2
dB x
dB 0
4π
Idl r2
dB xdsBin4 π 0Isri2 n dl
0I dl
2πR l
I B
dl
oR
l
l 设 l 与 I 成右螺旋
关系
3.3 安培环路定理-应用
求载流螺绕环内的磁场 （已知 n N I）
1） 对称性分析；环内 B 线为同心圆，环外 B 为零.
2 ）选 回路(顺时针圆周) .
lB d Bl 2 0π NR I B 0 NI
2π R
d
令L2πRB0NIL
内部交流报告
磁性材料基础知识
提纲
1 磁性材料的发展简史
2 磁学基本常识
磁性来源 磁学基本概念 磁性材料分类
3 电磁学主要定律-恒稳/交变磁场
4 磁性材料性能分析
5 磁性材料应用实例
精品资料
• 你怎么称呼老师？ • 如果老师最后没有总结一节课的重点的难点，你
是否会认为老师的教学方法需要改进？ • 你所经历的课堂，是讲座式还是讨论式？ • 教师的教鞭 • “不怕太阳晒，也不怕那风雨狂，只怕先生骂我
一、磁性材料发展简史（续）
• 1946年 Bioembergen发现NMR效应 • 1948年 Neel建立亜铁磁理论
第一章磁路
电机学
第一章 磁路
电力拖动中广泛应用的电机、变压 器及部分控制电机都是依靠电与磁相 互作用而运行的，它们的工作原理既 涉及电路又涉及磁路。
电机学
1.1 1.2 1.3 1.4 1.5
磁场基本物理量 磁性材料 磁路的计算 交流铁心线圈 电磁铁
电机学
1.1 磁场的基本物理量
• 磁感应强度B
描述磁场强弱与方向的物理量 定义：单位正电荷以单位速度向垂直于磁场方向的方 向上运动时所受的机械力。 方向： B与产生磁场的电流方向符合右手螺旋定则。 单位：磁感应强度的单位: T（特斯拉） （高斯）
Φ2 B2
Φ3 B3 S3
2 B2S2 =1 6 10-4 =6 10-4 wb 截面S3中的磁通为： 3 1 2 10 104 6 104 4 104 wb 3 4 104 B3 0.8T 4 S3 5 10
电机学
例4：如图是一个对称磁路，中间柱截面积S3 是两边柱截面积S1或S2的两倍，假使N1I1=N2I2 ， 求Φ1 ，Φ2，Φ3的大小关系和B1，B2，B3的大 小关系。
电机学
磁路
电路
磁动势F 磁通Φ 磁感应强度B 磁阻Rm＝l/μS 欧姆定律φ＝NI/Rm 克希荷夫磁通定律ΣΦk=0 克希荷夫定律磁压定律 ΣIN=Σ(H l)
电动势E 电流I 电流密度J 电阻R＝l/rS 欧姆定律I=E/R 克希荷夫定律电流定律ΣI=0 克希荷夫定律电压定律 ΣE =Σ(IR)
1 2 , 3 21 2 2 B 1 =B 2 =B 3
电机学
例1.3.2 已知：l1=l3=60cm，l2=20cm， S2=S3=10cm2 ， S1=20cm2 ，Φ3=5*10-4wb，材料为铸钢，求磁动势。
第一章 磁路
电力拖动中广泛应用的电机、变压 器及部分控制电机都是依靠电与磁相 互作用而运行的，它们的工作原理既 涉及电路又涉及磁路。
电机学
1.1 1.2 1.3 1.4 1.5
磁场基本物理量 磁性材料 磁路的计算 交流铁心线圈 电磁铁
电机学
1.1 磁场的基本物理量
• 磁感应强度B
描述磁场强弱与方向的物理量 定义：单位正电荷以单位速度向垂直于磁场方向的方 向上运动时所受的机械力。 方向： B与产生磁场的电流方向符合右手螺旋定则。 单位：磁感应强度的单位: T（特斯拉） （高斯）
Φ2 B2
Φ3 B3 S3
2 B2S2 =1 6 10-4 =6 10-4 wb 截面S3中的磁通为： 3 1 2 10 104 6 104 4 104 wb 3 4 104 B3 0.8T 4 S3 5 10
电机学
例4：如图是一个对称磁路，中间柱截面积S3 是两边柱截面积S1或S2的两倍，假使N1I1=N2I2 ， 求Φ1 ，Φ2，Φ3的大小关系和B1，B2，B3的大 小关系。
电机学
磁路
电路
磁动势F 磁通Φ 磁感应强度B 磁阻Rm＝l/μS 欧姆定律φ＝NI/Rm 克希荷夫磁通定律ΣΦk=0 克希荷夫定律磁压定律 ΣIN=Σ(H l)
电动势E 电流I 电流密度J 电阻R＝l/rS 欧姆定律I=E/R 克希荷夫定律电流定律ΣI=0 克希荷夫定律电压定律 ΣE =Σ(IR)
1 2 , 3 21 2 2 B 1 =B 2 =B 3
电机学
例1.3.2 已知：l1=l3=60cm，l2=20cm， S2=S3=10cm2 ， S1=20cm2 ，Φ3=5*10-4wb，材料为铸钢，求磁动势。
磁 路
以说磁路是封闭在一定范围里的磁场，所以描述磁场的物理量也适用
于磁路。
1.1 磁场的基本物理量
1.磁感应强度
磁感应强度是表示磁场内某点的磁场强弱和方向的物理量，是个矢量，
用符号B表示。
对于电流产生的磁场，磁感应强度的方向和电流方向满足右手螺旋定
则，其大小可用式（1.1）表示
B=F/lI
（1.1）
材料的磁滞性。
1.3 磁路的基本定律
1．安培环路定律(全电流定律)
安培环路定律可用来确定磁场与电流之间的关系，是计算磁路的基本
公式。其数学表达式为
H dl I
（1.5）
2．磁路的欧姆定律
磁路欧姆定律是分析磁路的基本定律。以图1.1铁心线圈为例。媒质
是均匀的，磁导率为，根据式（1.5）得
式（1.1）中F表示磁通势，l表示磁路平均长度，I表示电流。感应强 度的单位是特斯拉（T）即韦伯/米2。
如果磁场内各点磁感应强度大小相等，方向相同的磁场，这样的称为
匀强磁场。
2. 磁通
磁感应强度B与垂直于磁场方向面积S的乘积，称为通过该面积的磁
通。用符号Φ表示，单位是Wb（韦伯）。在均匀磁场中
在没有外磁场作用时，小磁畴排列无序，对外部不显示磁性。在外磁
场作用下，一些小磁畴就会顺向外磁场方向而形成规则的排列，此时
磁性材料对外显示出磁性。随着外磁场的增强，大量磁畴都转到与外
磁场相同的方向，这样便产生了一个很强的与外磁场同方向的磁化磁
场，使磁性材料内的磁感应强度大大增强。磁性材料的磁化如图1.2
NI Hl B l l S
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
（N为线圈匝数）
（1.6）
因此，有
NI F l Rm S
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
(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
磁性材料和磁路基本定律
骨架
*
常见软磁材料型材
PCB应用型材
*
常见软磁材料型材
PCB应用型材
DC/DC Converter with Integrated PCB Magnetics
*
常见软磁铁氧体的功率处理能力
功率 GU 14 4-6W GU 18 10-11W GU 22 16W GU 26 24W GU 30 40W GU 42 110W E I 35 36W E I 41 60W
*
软磁材料应用要点
软磁ห้องสมุดไป่ตู้料应用的几个注意点
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130ºC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。
Load
*
开关电源中的磁性材料
真空磁导率为1.0，空气、纸和铜等非磁性材料具有相同等级的磁导率，铁、镍、钴及其合金材料具有高的磁导率，有时达到几十万 为什么使用磁性材料 Ac—cm2 MPL—cm
*
开关电源中的磁性材料
为什么使用磁性材料
磁心比空心线圈的另一个优点是磁路长度（MPL）易于确定，并且磁通除紧靠绕组附近外，基本局限于磁心部分
磁滞损耗Ph
*
磁心特性与磁路定律
涡流损耗Pe The eddy current loss is caused when the lines of flux pass through the core, inducing electrical current in it. 如何能够减小涡流损耗？
*
CABLE SUPPRESSION CORE
RIBBON CABLE SUPPRESSION CORE（带状）
*
常见软磁材料型材
*
常见软磁材料型材
PCB应用型材
*
常见软磁材料型材
PCB应用型材
DC/DC Converter with Integrated PCB Magnetics
*
常见软磁铁氧体的功率处理能力
功率 GU 14 4-6W GU 18 10-11W GU 22 16W GU 26 24W GU 30 40W GU 42 110W E I 35 36W E I 41 60W
*
软磁材料应用要点
软磁ห้องสมุดไป่ตู้料应用的几个注意点
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130ºC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。
Load
*
开关电源中的磁性材料
真空磁导率为1.0，空气、纸和铜等非磁性材料具有相同等级的磁导率，铁、镍、钴及其合金材料具有高的磁导率，有时达到几十万 为什么使用磁性材料 Ac—cm2 MPL—cm
*
开关电源中的磁性材料
为什么使用磁性材料
磁心比空心线圈的另一个优点是磁路长度（MPL）易于确定，并且磁通除紧靠绕组附近外，基本局限于磁心部分
磁滞损耗Ph
*
磁心特性与磁路定律
涡流损耗Pe The eddy current loss is caused when the lines of flux pass through the core, inducing electrical current in it. 如何能够减小涡流损耗？
*
CABLE SUPPRESSION CORE
RIBBON CABLE SUPPRESSION CORE（带状）
*
常见软磁材料型材
cpt-01磁路
0 4 107 非铁磁材料的磁导率接近于真空磁导率 电机中常用的铁磁材料的磁导率 Fe (2000~ 6000)0
二、磁化曲线和磁滞回线
1、起始磁化曲线 将一块未磁化的铁磁 材料进行磁化，当磁场强 度H由零逐渐增加时，磁 通密度B将随之增加。用 B=f (H)描述的曲线就称为 起始磁化曲线。 膝点：磁化曲线开始拐弯 的b点，亦称为饱和点。
Hl Ni
2、磁路的欧姆定律
作用在磁路上的磁动势 F 等于磁路内的磁通量 Φ乘以磁阻 Rm Rm l /(A)
F Rm
作用在磁路上的磁动势为铁心磁路上的安匝数，即 F Ni 根据安培环路定律
F Ni Hl
磁通量Φ等于磁通密度乘以面积
磁场强度等于磁通密度除以磁导率
矫顽力——要使磁密从Br减小到0， 需外加一个方向的外磁场，此反 向外磁场的强度成为矫顽力Hc
3、基本磁化曲线
对同一铁磁材料，选择不同的Hm反复磁化，得到不同 的磁滞回线。将各条回线的顶点连接起来，所得曲线称为 基本（平均）磁化曲线。
磁路计算时所用的 磁化曲线都是基本磁化 曲线。
三、铁磁材料
1、软磁材料
F Hl 159 0.3A 47.7A
47.7 2 iF/N A 9.54 10 A 500
3、磁路的基尔霍夫定律 （1）磁路的基尔霍夫电流定律（磁通连续性定律/第一）
在磁路中，穿出或进入任何一闭合面的总磁通恒等于零
1 2 3 0
或
0
（2）磁路的基尔霍夫电压（第二）定律
沿任何闭合磁路的总磁动势恒等于各段磁位降的代数和
Ni H k lk H1l1 H 2 l 2 H 1 Rm1 2 Rm2 Rm
二、磁化曲线和磁滞回线
1、起始磁化曲线 将一块未磁化的铁磁 材料进行磁化，当磁场强 度H由零逐渐增加时，磁 通密度B将随之增加。用 B=f (H)描述的曲线就称为 起始磁化曲线。 膝点：磁化曲线开始拐弯 的b点，亦称为饱和点。
Hl Ni
2、磁路的欧姆定律
作用在磁路上的磁动势 F 等于磁路内的磁通量 Φ乘以磁阻 Rm Rm l /(A)
F Rm
作用在磁路上的磁动势为铁心磁路上的安匝数，即 F Ni 根据安培环路定律
F Ni Hl
磁通量Φ等于磁通密度乘以面积
磁场强度等于磁通密度除以磁导率
矫顽力——要使磁密从Br减小到0， 需外加一个方向的外磁场，此反 向外磁场的强度成为矫顽力Hc
3、基本磁化曲线
对同一铁磁材料，选择不同的Hm反复磁化，得到不同 的磁滞回线。将各条回线的顶点连接起来，所得曲线称为 基本（平均）磁化曲线。
磁路计算时所用的 磁化曲线都是基本磁化 曲线。
三、铁磁材料
1、软磁材料
F Hl 159 0.3A 47.7A
47.7 2 iF/N A 9.54 10 A 500
3、磁路的基尔霍夫定律 （1）磁路的基尔霍夫电流定律（磁通连续性定律/第一）
在磁路中，穿出或进入任何一闭合面的总磁通恒等于零
1 2 3 0
或
0
（2）磁路的基尔霍夫电压（第二）定律
沿任何闭合磁路的总磁动势恒等于各段磁位降的代数和
Ni H k lk H1l1 H 2 l 2 H 1 Rm1 2 Rm2 Rm
多种材料磁路的磁通密度计算
多种材料磁路的磁通密度计算当电流通过一个材料时，会在材料内部激发出磁场，这个磁场会在材料内部形成一个闭合的路径，称为磁路。
磁路的性质由材料的物理特性决定，其中最常用的参数是磁导率（μ）和磁阻（Rm），它们分别描述了材料对磁场的响应程度和材料对磁场的阻碍程度。
本文将探讨几种常见材料的磁路，并讨论如何计算其磁通密度。
1.空气磁路：空气是一种非磁性材料，其磁导率接近于真空中的磁导率。
在空气中的磁场无需考虑磁路的问题，磁通密度可以通过安培环路定理计算得到。
根据安培环路定理，通过一个闭合回路的磁场增量等于该回路内的总电流乘以导线的总电阻。
对于空气磁路，常用的计算公式是B=μ0*H，其中B是磁通密度，μ0是真空中的磁常数，H是磁场强度。
2.铁磁性材料磁路：铁磁性材料具有较高的磁导率，因此对磁场的响应更强。
在铁磁性材料中，磁场会重新排列磁性粒子的方向，从而增强磁感应强度。
常见的铁磁性材料有钢铁和铁氧体等。
在铁磁性材料中，通过安培环路定理可以计算磁通密度的大小。
公式为B=μ*H，其中B是磁通密度，μ是材料的相对磁导率，H是磁场强度。
3.铜磁性材料磁路：铜是一种具有低磁导率的磁性材料，对磁场的响应较弱。
在铜材料中，磁通密度的计算相对复杂，需要考虑电阻、导磁率和磁场的分布等因素。
常用的计算方法有有限元法和边界元法等计算方法。
这些方法将材料分割成微小的元素，并求解这些元素上的电流和磁场分布，从而得到磁通密度的大小。
4.超导材料磁路：超导材料是一种在低温下具有零电阻和无磁阻的材料。
在超导材料中，没有电阻的存在，从而没有能量损耗。
超导材料的磁通密度可以通过安培环路定理计算得到，即B=μ0*H，其中B是磁通密度，μ0是真空中的磁常数，H是磁场强度。
最后，需要注意的是，在实际的应用中，由于材料的非线性特性和不均匀性，磁路的计算较为复杂。
准确计算磁通密度需要考虑材料的物理特性、材料的几何形状以及外部的磁场参数等多种因素。
因此，在具体应用中，可能需要使用专业的磁场仿真软件和进行实验来获得准确的磁通密度值。
第1章磁学与磁性材料基础知识PPT课件
23
退磁场对样品磁性能的影响是明显的：
有退磁场是曲线 倾斜
所有材料性能表给出的磁导率等数值都是针对有效磁 场的数值，材料性能的实际测量中必须尽量克服退磁场的 影响。
24
25
26
1.3 磁性和磁性材料分类
一. 物质的磁性分类
为了方便研究物质磁性的起因，我们可以按其在磁场 中的表现把物质进行分类， 例如依据磁化率的正负、大小 及其与温度的关系来进行分类，分类是否科学取决于是否 反映了内在磁性机理上的不同。随着研究的深入，分类也 在不断完善和细化，到上个世纪 70 年代为止，在晶状固 体里，共发现了五种主要类型的磁结构物质，它们的形成 机理和宏观特征各不相同，对它们的成功解释形成了今天 的磁性物理学核心内容。
33
磁场
顺磁性
顺磁性 cm=10-6 ~10-3 磁矩的排列与磁性的关系
34
顺磁性物质也很多，常见的顺磁性物质： 过渡族元素、稀土元素和锕系元素金属：Mn,Cr,W,La,Nd,
Pt,Pa, 含有以上元素的化合物：MnSO4,FeCl3,FeSO4,Gd2O3, 碱金属ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ碱土金属：Li,Na,K,Ru,Cs,Mg,Ca,Sr,Ba 包含有奇数个电子的原子或分子：
(2)最大磁导率： B
mmax
(3)增量磁导率： (4)可逆磁导率：
B H
0
mi
H
10
▼退磁场
材料被磁化时，两端的自由磁极会产 生与磁化反方向的磁场，即退磁场
M
，N为退磁因子
仅与材料形状有关
Hd
只有具有高对称性的简单体可以求出N的大小：
球形体 N=1/3
细 长 圆 柱 体
N=1/2
无限大平板 N=1
退磁场对样品磁性能的影响是明显的：
有退磁场是曲线 倾斜
所有材料性能表给出的磁导率等数值都是针对有效磁 场的数值，材料性能的实际测量中必须尽量克服退磁场的 影响。
24
25
26
1.3 磁性和磁性材料分类
一. 物质的磁性分类
为了方便研究物质磁性的起因，我们可以按其在磁场 中的表现把物质进行分类， 例如依据磁化率的正负、大小 及其与温度的关系来进行分类，分类是否科学取决于是否 反映了内在磁性机理上的不同。随着研究的深入，分类也 在不断完善和细化，到上个世纪 70 年代为止，在晶状固 体里，共发现了五种主要类型的磁结构物质，它们的形成 机理和宏观特征各不相同，对它们的成功解释形成了今天 的磁性物理学核心内容。
33
磁场
顺磁性
顺磁性 cm=10-6 ~10-3 磁矩的排列与磁性的关系
34
顺磁性物质也很多，常见的顺磁性物质： 过渡族元素、稀土元素和锕系元素金属：Mn,Cr,W,La,Nd,
Pt,Pa, 含有以上元素的化合物：MnSO4,FeCl3,FeSO4,Gd2O3, 碱金属ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ碱土金属：Li,Na,K,Ru,Cs,Mg,Ca,Sr,Ba 包含有奇数个电子的原子或分子：
(2)最大磁导率： B
mmax
(3)增量磁导率： (4)可逆磁导率：
B H
0
mi
H
10
▼退磁场
材料被磁化时，两端的自由磁极会产 生与磁化反方向的磁场，即退磁场
M
，N为退磁因子
仅与材料形状有关
Hd
只有具有高对称性的简单体可以求出N的大小：
球形体 N=1/3
细 长 圆 柱 体
N=1/2
无限大平板 N=1
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• 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
• 有线圈的铁心中，磁通分成主磁通和漏磁通 两部分
• 主磁通：在铁心中通过的绝大部分磁通
• 漏磁通：围绕载流线圈、在部分铁心和铁心 周围的空间的少量磁通
• 励磁线圈：用来产生磁场的载流线圈 • 励磁电流：载流线圈中的电流
§1－2 磁路基本定理
LNNNiN2
i i i Rm Rm
磁场的能量
• 磁场的能量密度(单位体积磁场储能)
w1 2HB1 2H21 2 1B2
• 电感储能 A1Li2 1BHdv
2
V2
• 带气隙电感的能量主要储存在气隙中
§1-4 磁性材料的特性
• 按相对磁导率，将材料分为
– 顺磁物质：μr略大于1 –抗磁物质：μr略小于1 –铁磁物质：μr远大于1
FNiHl1A l
Um Rm
磁路基尔霍夫第一定律
• 穿过任意闭曲面的总磁通恒等于零
B•dS0 0
S
磁路基尔霍夫第二定律
• 沿任意闭合磁路的中磁动势恒等于各段磁路磁 位降的代数和
cHdlsJda
F H iliR m im i U mi
i
i
i
F N iH iliR m m i i U mi
01磁路和磁性材料
磁路和磁性材料
王远波
西南交通大学电气工程学院
本章内容
• 磁路概述 • 磁路基本定理 • 磁链、电感和能量 • 磁性材料的特性
§1－1 磁路概述
• 电机：应用电磁感应原理实现机-电能量转换的 装置
– 运动导体产生的感应电势 eBlv
– 变化磁场产生感应电势 e N d
dt
– 载流导体产生电磁力 f Bli
–B均匀时 BcAc
磁导率
• 磁场强度H与磁感应密度B的关系
– 由材料特性决定 BH
–μ称为材料的磁导率
– 真空磁导率 041 0 7(H/m )
• 相对磁导率：材料的磁导率与真空磁导率
的比值 r /0
• 电机中使用的铁磁材料的典型相对磁导率 范围：2000－80000
安培环路定理
安培环路cH 定 d理 lsJ： da 仅考虑导体 cH电 dl流 Ni： F
磁滞现象
• 磁滞现象：铁磁材料磁化时磁通密度的 变化滞后于磁场强度的变化
• 磁滞回线：由于磁滞效应，铁磁材料的 磁化过程不可逆，在等Hmax反复磁化过 程中，铁磁材料的B-H形成的闭合曲线
有取向电工钢的B-H回线
基本磁化曲线
• 以不同Hm磁化 时铁磁材料的 磁滞回线的顶 点形成的曲线
直流磁化曲线
i
i
i
磁路
电路
物理量
磁路
电路
基本定律
磁动势F 电动势E UmRm URi
磁通量Φ 磁阻Rm 磁导Λ
电流I
i 0
i
Ii 0
i
电阻R 电导G
FUm
eu
§1－3 磁链、电感和能量
• 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
• 定义：线圈交链的磁链 N
• 定义：电感 L i
• 铁磁物质包括铁、镍、钴等和他们的合金
• 铁磁物质在外磁场中呈现磁性大幅度增强 的现象
磁化曲线
• 磁化曲线：磁通密度B与磁场强度H之间 的关系
• 起始磁化曲线：一未磁化的铁磁材料， 磁场强度H由零逐渐增大时的磁化曲线
• 剩磁Br：铁磁材料去掉外磁场后，铁磁 材料内部仍然保留的磁通密度Br
• 矫顽力Hc：铁磁材料磁化后要使磁通密 度由Br减小到零，需外加的反向磁场强 度
铁磁材料分类
• 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
• 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
铁心损耗
• 磁滞损耗
– 铁磁材料在交流磁场中反复磁化，磁畴相互 摩擦产生的损耗
• 铁磁材料的高导磁新使磁场分布相对集中
– 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
• 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
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
sBda
• 涡流损耗
– 交变磁场在铁心中产生感应电势 – 感应电势产生涡流 – 涡流产生损耗
磁滞损耗
• 若不计线圈电阻，铁心线圈从交流电源吸收的瞬 时电功率p为
peii d dt
• 损耗能量为
W mtt1 2pd t1 2id B B1 2H NN l Ad VB B1 2 B HdB
• 磁滞损耗就是消耗于铁心中的平均功率
• 磁场是机电能量转换、传递的媒介 • 必须存在磁场！
假设条件
• 忽略位移电流和电磁辐射
– 电机涉及的电磁变量的频率低，尺寸小
• 工频交流50Hz，电磁波波长6000km • 普通电机尺寸几毫米到几十米
• 用一维磁路近似等效三维磁场
– 三维磁场分布非常复杂，几乎无解析解 – 电机采用铁磁材料来定形和导向磁场
H 分段相 H ili等 Ni： F
i
磁路欧姆定理磁通为Φ，磁动势为F=Ni，磁路截面积为A， 磁路平均长度为l
sBdaBA
HB 1 A
B A
FNiHl1A l
• 令： Um Hl
称为磁路的磁位降
•
令：
Rm
1
l A
称为磁路的磁阻
• 磁路欧姆定理为
ph W T mVfHdB
• 磁滞损耗与磁场交变频率f、铁心体积V和磁 滞回线的面积成正比
涡流损耗和铁耗
• 涡流损耗
peCe2f2Bm 2V
• 铁耗
pF ephpeC Ffe1.3B m 2G
谢 谢！
谢谢观看
共同学习相互提高
带气隙简单磁路
简单同步电机磁路
• 有线圈的铁心中，磁通分成主磁通和漏磁通 两部分
• 主磁通：在铁心中通过的绝大部分磁通
• 漏磁通：围绕载流线圈、在部分铁心和铁心 周围的空间的少量磁通
• 励磁线圈：用来产生磁场的载流线圈 • 励磁电流：载流线圈中的电流
§1－2 磁路基本定理
LNNNiN2
i i i Rm Rm
磁场的能量
• 磁场的能量密度(单位体积磁场储能)
w1 2HB1 2H21 2 1B2
• 电感储能 A1Li2 1BHdv
2
V2
• 带气隙电感的能量主要储存在气隙中
§1-4 磁性材料的特性
• 按相对磁导率，将材料分为
– 顺磁物质：μr略大于1 –抗磁物质：μr略小于1 –铁磁物质：μr远大于1
FNiHl1A l
Um Rm
磁路基尔霍夫第一定律
• 穿过任意闭曲面的总磁通恒等于零
B•dS0 0
S
磁路基尔霍夫第二定律
• 沿任意闭合磁路的中磁动势恒等于各段磁路磁 位降的代数和
cHdlsJda
F H iliR m im i U mi
i
i
i
F N iH iliR m m i i U mi
01磁路和磁性材料
磁路和磁性材料
王远波
西南交通大学电气工程学院
本章内容
• 磁路概述 • 磁路基本定理 • 磁链、电感和能量 • 磁性材料的特性
§1－1 磁路概述
• 电机：应用电磁感应原理实现机-电能量转换的 装置
– 运动导体产生的感应电势 eBlv
– 变化磁场产生感应电势 e N d
dt
– 载流导体产生电磁力 f Bli
–B均匀时 BcAc
磁导率
• 磁场强度H与磁感应密度B的关系
– 由材料特性决定 BH
–μ称为材料的磁导率
– 真空磁导率 041 0 7(H/m )
• 相对磁导率：材料的磁导率与真空磁导率
的比值 r /0
• 电机中使用的铁磁材料的典型相对磁导率 范围：2000－80000
安培环路定理
安培环路cH 定 d理 lsJ： da 仅考虑导体 cH电 dl流 Ni： F
磁滞现象
• 磁滞现象：铁磁材料磁化时磁通密度的 变化滞后于磁场强度的变化
• 磁滞回线：由于磁滞效应，铁磁材料的 磁化过程不可逆，在等Hmax反复磁化过 程中，铁磁材料的B-H形成的闭合曲线
有取向电工钢的B-H回线
基本磁化曲线
• 以不同Hm磁化 时铁磁材料的 磁滞回线的顶 点形成的曲线
直流磁化曲线
i
i
i
磁路
电路
物理量
磁路
电路
基本定律
磁动势F 电动势E UmRm URi
磁通量Φ 磁阻Rm 磁导Λ
电流I
i 0
i
Ii 0
i
电阻R 电导G
FUm
eu
§1－3 磁链、电感和能量
• 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
• 定义：线圈交链的磁链 N
• 定义：电感 L i
• 铁磁物质包括铁、镍、钴等和他们的合金
• 铁磁物质在外磁场中呈现磁性大幅度增强 的现象
磁化曲线
• 磁化曲线：磁通密度B与磁场强度H之间 的关系
• 起始磁化曲线：一未磁化的铁磁材料， 磁场强度H由零逐渐增大时的磁化曲线
• 剩磁Br：铁磁材料去掉外磁场后，铁磁 材料内部仍然保留的磁通密度Br
• 矫顽力Hc：铁磁材料磁化后要使磁通密 度由Br减小到零，需外加的反向磁场强 度
铁磁材料分类
• 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
• 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
铁心损耗
• 磁滞损耗
– 铁磁材料在交流磁场中反复磁化，磁畴相互 摩擦产生的损耗
• 铁磁材料的高导磁新使磁场分布相对集中
– 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
• 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
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
sBda
• 涡流损耗
– 交变磁场在铁心中产生感应电势 – 感应电势产生涡流 – 涡流产生损耗
磁滞损耗
• 若不计线圈电阻，铁心线圈从交流电源吸收的瞬 时电功率p为
peii d dt
• 损耗能量为
W mtt1 2pd t1 2id B B1 2H NN l Ad VB B1 2 B HdB
• 磁滞损耗就是消耗于铁心中的平均功率
• 磁场是机电能量转换、传递的媒介 • 必须存在磁场！
假设条件
• 忽略位移电流和电磁辐射
– 电机涉及的电磁变量的频率低，尺寸小
• 工频交流50Hz，电磁波波长6000km • 普通电机尺寸几毫米到几十米
• 用一维磁路近似等效三维磁场
– 三维磁场分布非常复杂，几乎无解析解 – 电机采用铁磁材料来定形和导向磁场
H 分段相 H ili等 Ni： F
i
磁路欧姆定理磁通为Φ，磁动势为F=Ni，磁路截面积为A， 磁路平均长度为l
sBdaBA
HB 1 A
B A
FNiHl1A l
• 令： Um Hl
称为磁路的磁位降
•
令：
Rm
1
l A
称为磁路的磁阻
• 磁路欧姆定理为
ph W T mVfHdB
• 磁滞损耗与磁场交变频率f、铁心体积V和磁 滞回线的面积成正比
涡流损耗和铁耗
• 涡流损耗
peCe2f2Bm 2V
• 铁耗
pF ephpeC Ffe1.3B m 2G
谢 谢！
谢谢观看
共同学习相互提高