磁路与铁心线圈doc解析

第8章磁路与铁心线圈

8．1 磁路及磁路基本定律

1．磁路的概念

（1）主磁通在图8．1中，当线圈中通以电流后，沿铁心、衔铁和工作气隙构成回路的这部分磁通称为主磁通，占总磁通的绝大部分。

（2）漏磁通指没有经过工作气隙和衔铁，而经空气自成回路的这部分磁通称为漏磁通。

（3）磁路磁通经过的闭合路径称为磁路。

磁路也分为有分支磁路（如图8．2所示）和无分支磁路（如图8．1示）。在无分支磁路中，通过每一个横截面的磁通都相等。变压器、直流电机及电器铁心构成的磁路如图8．3所示。

2．磁路中的基本定律

（1）磁路欧姆定律 m

m R F R NI Φ=＝ 式中，Ф为磁通（对应于电流），单位韦伯（Wb ）；NI F =为磁通势（对应于电动势），单位安（A ）,R m 为磁阻（对应于电阻），单位（亨）（1/H ）。

磁阻计算的关系式为 A

l R μ=

m （3）基尔霍夫磁通定律

有分支磁路如图8．2所示，任取一闭合面，根据磁通连续性原理，进入闭合面的磁通，必等于流出闭合面的磁通，即穿过闭合面的磁通的代数和为零，此称基尔霍夫磁通定律。

0213＝＋＋－ΦΦΦ 即 ∑0＝Φ

（4）基尔霍夫磁位差定律

如图8．4所示磁路。磁路可能由多种尺寸、多种材料构成，有的还含有气隙。

磁通势（磁动势）F ，实验表明通电线圈产生的磁场强弱与线圈内通入电流I 的大小及线圈的匝数N 成正比，把I 与 N 的乘积称为磁通势，即 F=NI

（2）全电流定律

l

NI H = 或 lH NI = 上式表明，磁路中磁场强度与磁路的平均长度的乘积，在数值上等于磁场的磁通势，称为全电流定律。

磁场强度与磁路平均长度的乘积，又称磁位差，用符号表示m U ，即 lH U =m （8．4）

若研究的磁路具有不同的截面，并且是由不同的材料（如铁心和气隙）构成的，则可以把一个磁路分成许多段来考虑，即把同一截面、同一材料划为一段，可得

n n 2211H l H l H l NI +++= 或 ∑∑==m U H l NI （8．5） 图8．4所示磁路可分为三段，根据全电流定律有

332211H l H l H l NI ＋+=

推广到任意磁路中有 H l NI ∑∑=

由于励磁电流是线圈产生磁通的来源，故称NI 为磁路的磁通势F ，单位为安(A)。式(8．7)表示磁路中沿任意闭合曲线磁位差的代数和等于沿该曲线磁通势的代数和，此称基尔霍夫磁位差定律。

若将磁通势表示为磁位降（磁位差）方向，也可写成

∑∑∑==0m U H l NI ＝

当励磁电流为直流时，磁路中产生恒定磁通，此磁路称为恒定磁通磁路，当励磁电流为交流时，产生交变磁通，此称为交变磁通磁路。

8．2 铁磁性物质的磁化

案例8．1 变压器中有硅钢片叠成的铁心，电机的绕组是嵌放在由硅钢片叠成的铁心槽内。在第3章中我们已经介

绍，硅钢片是高导磁率（磁阻低）的铁磁性材料，能使磁通绝大部分通过由硅钢片叠成的铁心而形成闭合回路。铁磁性物质是如何被磁化？还具有哪些特性？

1．铁磁性物质的磁化

本来不具磁性的物质，由于受磁场的作用而具有磁性的现象称为该物质被磁化。只有铁磁性物质才能被磁化，而非铁磁性物质是不能被磁化的。

铁磁性物质，被磁化前后的磁畴取向如图8．5所示。

有些铁磁性物质在去掉外磁场以后，磁畴的大部分仍然保持取向一致，对外仍显示磁性，这就成了永久磁铁。

2．磁化曲线

铁磁物质的B随H而变化的曲线称为磁化曲线，又称B—H曲线。

图8．6 (a)所示给出了测定磁化曲线的实验电路。实验测得的B—H曲线，就是磁化曲线，如图8．6 (b)所示。

由图可见，B 与H 的关系是非线性的，即H

B =μ不是常数。 B —H 曲线分为三段：

1）起始磁化段(曲线的0～1段)

当H 从零值开始增大时，B 增加较慢。

2）直线段（曲线的1～2段）

随着H 的增大，B 几乎是直线上升。

3）饱和段（曲线的2～3段）

随着H 的增加，B 的上升又比较缓慢了。

对于电机和变压器，通常都是工作在曲线的2～3段(即接近饱和的地方)。

磁化曲线表示了媒质中磁感应强度B 和磁场强度H 的函数关系，不同的铁磁性物质，其磁化曲线的形状不同。图8．7所表示的是几种不同铁磁性物质的磁化曲线。

3．磁滞回线

（1）剩磁 当B 随H 沿起始磁化曲线达到饱和值以后，逐渐减小H 的数值，实验表明，这时B 并是沿起始磁化曲线减小，而是沿另一条在它上面的曲线ab 下降，如图8．8所示。

当H减至零时，B值不等于零，而是保留一定的值称为剩磁，用B r表示。

（2）矫顽磁力

为了消除剩磁，必须外加反方向的磁场，当反向磁场增大到一定的值时，B值变为零，剩磁完全消失。这时的H值是为克服剩磁所加的磁场强度，称为矫顽磁力，用Hc表示。（3）磁滞现象

B的变化总是落后于H的变化，这种现象称为磁滞现象。

经过多次循环，可以得到一个封闭的对称于原点的闭合曲线(abcdefa)，叫做磁滞回线。

如果在线圈中改变交变电流幅值的大小，那么交变磁场强度H的幅值也将随之改变。在反复交变磁化中，可相应得到一系列大小不一的磁滞回线，连接各条对称的磁滞回线的顶点，得到的一条曲线叫基本磁化曲线，如图8．9所示。

（4）磁滞损耗铁磁性物质的反复交变磁化过程中，产生了能量损耗，这种损耗称为磁滞损耗。

磁滞回线包围的面积越大，磁滞损耗就越大。所以，剩磁和矫顽磁力越大的铁磁性物质，磁滞损耗就越大。