磁铁和磁路.ppt

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 第6章磁路与铁心线圈电路 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 B的单位 特 斯拉 T 1T 104Gs 的单位 韦伯 矢量 6 1 1磁场的基本物理量 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 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 BS 的单位 伏 秒 通称为韦 伯 Wb或麦克斯韦Mx1Wb 108Mx 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 H的单位 安 米 的单位 享 米 矢量 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 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 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 其中 lx 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 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 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 或 返回 讨论 磁场内某一点的磁场强度H与 有关吗 由上两式可知 磁场内某一点的H只与电流大小 线圈匝数及该点的几何位置有关 而与 无关 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 6 1 2磁性材料的磁性能 二 磁饱和性当外磁场 或励磁电流 增大到一定值时 磁性材料的全部磁畴的磁场方向都转向与磁场的方向一致 磁化磁场的磁感应强度BJ达到饱和值 B和 与H的关系 注 当有磁性物质存在时B与H不成比例 与I也不成比例 三 磁滞性当铁心线圈中通有交变电流 大小和方向都变化 时 铁心就受到交变磁化 电流变化时 B随H而变化 当H已减到零值时 但B未回到零 这种磁感应强度滞后于磁场强度变化的性质称磁性物质的磁滞性 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 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 返回 一 磁路 主磁通所经过的闭合路径 线圈通入电流后 产生磁通 分主磁通 和漏磁通 S 线圈 铁心 6 1 3磁路的分析方法 二 磁路的欧姆定律 对于环形线圈 磁路的欧姆定律 说明 F NI为磁通势Rm为磁阻l为磁路的平均长度S为磁路的截面积 磁路与电路对照 磁路 电路 磁通势F 电动势E 磁通 电流I 磁感应强度B 电流密度J 磁阻Rm 电阻R 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 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 H1L1 H2L2 HL 如 由三段串联而成的继电器磁路 解 1 H1 9000A m I1 H1L N 9000 0 45 300 13 5A 2 H2 260A mI2 H2L N 260 0 45 300 0 39A I相同H相同B1 0 05T B2 0 9T若要 相同 则S1是S2的17倍 若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 结论 解 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 H1 500A m于是H1L1 195A空气隙中的磁场强度为H0 B0 0 0 9 4 10 7 7 2 105A m H0 7 2 105 0 2 10 2 1440A总磁通势为NI HL H1L1 H0 195 1440 1635A线圈匝数为N NI I 1635 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 结论 返回 一 电磁关系 铁心线圈分为 直流铁心线圈和交流铁心线圈 铁心线圈的交流电路 6 2交流铁心线圈电路 和L与i的关系 注 励磁电流i与 之间线性关系i与 之间不存在线性关系 二 电压电流关系 铁心中磁感应强度的最大值 铁心截面积 三 功率损耗 铜损 PCu 线圈电阻R上的功率损耗 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 Ph 与磁滞回线所包围的面积成正比 涡流在垂直于磁场方向的平面内环流着 铁损 Pfe 与铁心内磁感应强度的最大值的平方成正比 返回 变压器的种类 6 3变压器 一 变压器的工作原理 原绕组 副绕组 变压器是按照电磁感应的原理 实现电能传递的电器设备 它是由绕在一个闭合铁心上的两个 或两个以上 的线圈构成 利用两个线圈匝数的比例关系来改变电压的大小 电磁关系 副绕组 原绕组 变压器的功能 变电压 变电流 变阻抗 原绕组 副绕组 电压变换 根据交流磁路的分析可得 E1 4 44fN1 mE2 4 44fN2 m 空载时副绕组的端电压 变比 结论 改变匝数比 可得到不同的输出电压 铁心中主磁通的最大值在变压器空载或有负载时是差不多恒定的 由于变压器铁心的磁导率高 空载电流 i0 很小 可忽略 写成相量为 电流变换 电流变换 结论 变压器原 副绕组的电流与匝数成反比 阻抗变换 结论 变压器原边的等效负载 为副边所带负载乘以变比的平方 额定电压变压器副边开路 空载 时 原 副边绕组允许的电压值 额定电流变压器满载运行时 原 副边绕组允许的最大电流值 变压器的铭牌数据 以单相变压器为例 1 匝数比为 信号源输出功率为 2 当将负载直接接在信号源上时 U20 原边加额定电压时副边的开路电压 电压变化率 变压器的外特性曲线 二 变压器的外特性U1和为常数时 副边输出电压和输出电流的关系U2 f I2 称外特性曲线 三 变压器的损耗与效率变压器的功率损耗包括铁心中的铁损 PFe和绕组上的铜损 PCu 变压器的效率 四 特殊变压器 自耦变压器 结构特点 二次绕组是一次绕组的一部分 电流互感器 被测电流 电流表读数 K 注意 1 副边不能断开 以防产生高电压 2 铁心 低压绕组的一端接地 以防在绝缘损坏时 在副边出现过压 电压互感器 被测电压 电压表读数 K 1 副边不能短路 以防产生过流 2 铁心 低压绕组的一端接地 以防在绝缘损时 在副边出现高压 注意 五 变压器绕阻的极性 当电流流入 或流出 两个线圈时 若产生的磁通方向相同 则两个流入端称为同极性端 同名端 或者说 当铁芯中磁通变化 增大或减小 时 在两线圈中产生的感应电动势极性相同的两端为同极性端 4 两绕阻串联 两绕阻并联 若将两绕阻的其中一个线圈反绕 则1和4为同极性端 注 返回 判断同名端的方法 1 交流法 2 直流法 若 则1 3为同名端 若 则1 4为同名端 若毫安表正偏 1 3为同名端 若毫安表反偏 1 4为同名端 线圈 铁心 衔铁 电磁铁是利用通电的铁心线圈吸引衔铁或保持某种机械零件 工件于固定位置的一种电器 电磁铁吸合过程的分析 在过程中若外加电压不变 则 基本不变