第9章磁路与铁芯线圈

1、第9章 磁路与铁芯线圈9.1 铁磁性物质铁磁性物质 9.2 磁路与磁路定律磁路与磁路定律 9.3 简单直流磁路的计算简单直流磁路的计算 9.4 交流铁芯线圈及等效电路交流铁芯线圈及等效电路 9.5 电磁铁电磁铁 第第9章章 磁路与铁芯线圈磁路与铁芯线圈第9章 磁路与铁芯线圈9.1 铁铁 磁磁 性性 物物 质质 9.1.1 铁磁性物质的磁化铁磁性物质的磁化 铁磁物质会在外加磁场的作用下, 产生一个与外磁场同方向的附加磁场, 这种现象叫做磁化。 (a)(b)(c)图 9.1 铁磁性物质的磁化 第9章 磁路与铁芯线圈 9.1.2 磁化曲线磁化曲线 磁化曲线是铁磁性物质的磁感应强度B与外磁场的磁场强度

2、H之间的关系曲线, 所以又叫B-H曲线。 ASIUsRwS1122NL图 9.2 B-H 曲线测量电路 第9章 磁路与铁芯线圈BQRP00Hmax(a)(b)H图 9.3 起始磁化曲线 第9章 磁路与铁芯线圈1. 起始磁化曲线起始磁化曲线 (1) OP段 (2) PQ段 （3） QR段 （4） R点以后 第9章 磁路与铁芯线圈2. 磁滞回线磁滞回线 BHBHBmBrbfHm BmecO Hm HcdOHm1Hm2Hm3aBm1Bm2Bm3(a)(b)图9.4 交变磁化(磁滞回线) 第9章 磁路与铁芯线圈9.1.3 铁磁性物质的分类铁磁性物质的分类 软磁硬磁BOH图9.5 软磁和硬磁材料的磁滞回

3、线 第9章 磁路与铁芯线圈0.1cbac 硅钢片b 铸钢a 铸铁00.20.30.40.50.60.70.80.9 1.010312345678910103H / Am1B / T0.20.40.60.81.01.21.41.61.8H / Am1图 9.6 几种常用铁磁材料的基本磁化曲线 第9章 磁路与铁芯线圈9.2 磁路和磁路定律磁路和磁路定律9.2.1 磁路磁路 NNSSUI(a)(b)图9.7 直流电机和单相变压器磁路 第9章 磁路与铁芯线圈I漏磁通边缘效应主磁通图 9.8 主磁通、 漏磁通和边缘效应 第9章 磁路与铁芯线圈9.2.2 磁路定律磁路定律 1. 磁路的基尔霍夫第一定律磁路

4、的基尔霍夫第一定律 00321第9章 磁路与铁芯线圈I1D123ABCN1N2l1l2l1l3l3l1l0I2图 9.9 磁路示意图 第9章 磁路与铁芯线圈2. 磁路的基尔霍夫第二定律磁路的基尔霍夫第二定律 221122111111)()(NINIlHlHlHlHINHl对于如图9.9所示的ABCDA回路, 可以得出 mmFU第9章 磁路与铁芯线圈9.2.3 磁路的欧姆定律磁路的欧姆定律mmmRUSlUSlHlHS第9章 磁路与铁芯线圈9.3 简单直流磁路的计算简单直流磁路的计算 第一种是先给定磁通, 再按照给定的磁通及磁路尺寸、材料求出磁通势, 即已知求NI; 另一种是给定NI, 求各处磁通

5、, 即已知NI 求。 本节只讨论第一种情况。 在计算时一般应按下列步骤进行: (1) 按照磁路的材料和截面不同进行分段, 把材料和截面相同的算作一段。 (2) 根据磁路尺寸计算出各段截面积S和平均长度l。 第9章 磁路与铁芯线圈rrrSbaabbaSba22)2()()(abr(a)(b)图9.11 空气隙有效面积计算(a) 矩形截面； (b) 圆形截面 第9章 磁路与铁芯线圈 (3) 由已知磁通, 算出各段磁路的磁感应强度B=/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(如图9.6所示)。 对于空气隙可用以下公式:)/(108)/(108 . 010403

6、0670000cmABmABBBH(5) 根据每一段的磁场强度和平均长度求出H1l1 , H2l2。(6) 根据基尔霍夫磁路第二定律, 求出所需的磁通势。 2211lHlHNI第9章 磁路与铁芯线圈 例例9.1 已知磁路如图9.12所示, 上段材料为硅钢片, 下段材料是铸钢, 求在该磁路中获得磁通=2.010-3 Wb时, 所需要的磁动势？ 若线圈的匝数为1000匝, 求激磁电流应为多大？ 解解 (1) 按照截面和材料不同, 将磁路分为三段l1, l2, l3。 (2) 按已知磁路尺寸求出: 2233222222112 .3232202)5060(50604 . 042242420070602

7、92903522035303000605077770275220275cmmmScmmmlcmmmScmmmlcmmmScmmml第9章 磁路与铁芯线圈Il1l22705017050321l6031070硅钢铸钢图9.12 例9.1图 第9章 磁路与铁芯线圈(3) 各段磁感应强度为 TcmWbSBTcmWbSBTcmWbSB621. 0/10621. 02 .32100 . 2476. 0/10476. 042100 . 2667. 0/667. 030100 . 224333243222311第9章 磁路与铁芯线圈(4) 由图9.6 所示硅钢片和铸钢的基本磁化曲线得 cmABHcmAHcmA

8、H/4942104621. 0/5 . 1/4 . 1703321空气中的磁场强度为 第9章 磁路与铁芯线圈（5） 每段的磁位差为AlHAlHAlH8 .19764 . 049425 .43295 . 18 .107774 . 1332211（6） 所需的磁通势为AlHlHlHNI1 .21288 .19765 .438 .107332211激磁电流为ANNII1 . 210001 .2128第9章 磁路与铁芯线圈9.4 交流铁芯线圈及等效电路交流铁芯线圈及等效电路 9.4.1 电压、电流和磁通电压、电流和磁通 1. 电压为正弦量电压为正弦量 iuEN图9.14 交流铁芯线圈各电磁量参考方向

9、第9章 磁路与铁芯线圈mmmmmfNfNNEUtNtdtNdttdNtetudttdNdttdtetu44. 4222)2sin()sin(1)()()()()()()( 设(t)=msint, 则有 第9章 磁路与铁芯线圈iOOSBlNiH 图 9.15 B-H曲线与-i曲线 第9章 磁路与铁芯线圈iti000t 图 9.16 电流i的波形的求法 第9章 磁路与铁芯线圈044. 40mmmmmIIfNjEUEUmImE.图9.17 电压、 电流相量图 第9章 磁路与铁芯线圈2. 电流为正弦量电流为正弦量设线圈电流为 tItimsin)(000tii图 9.18 i为正弦量时的波形 第9章 磁

10、路与铁芯线圈9.4.2 磁滞和涡流的影响磁滞和涡流的影响 铁芯的磁滞损耗PZ和涡流损耗PW可分别由下式计算: )()(22WVBfKPWVfBKPmWWnmZZWZFePPP第9章 磁路与铁芯线圈9.4.3 交流铁芯线圈的等效电路交流铁芯线圈的等效电路1. 不考虑线圈电阻及漏磁通的情况不考虑线圈电阻及漏磁通的情况 UIaImIG0jB0图9.19 考虑磁饱和、磁滞、涡流影响的等效电路第9章 磁路与铁芯线圈EUmIEm.IaIUIjX0R0图 9.20 图 9.19的相量图 图9.21 串联等效模型 mmaIIIUjBIUGI000,第9章 磁路与铁芯线圈 例例9.2 将一个匝数N=100的铁芯

11、线圈接到电压Us=220V的工频正弦电源上, 测得线圈的电流I=4A, 功率P=100W。 不计线圈电阻及漏磁通, 试求铁芯线圈的主磁通m, 串联电路模型的Z0, 并联电路模型的Y0。 解解 由Us=4.44fNm得 SjZjBGYjUIPIUjXRZWbfNUsm33000000031006.1810065. 248.8301818. 048.83551164.54245. 648.83554220100arccos4220arccos1091. 91005044. 422044. 4第9章 磁路与铁芯线圈2. 考虑线圈电阻及漏磁通考虑线圈电阻及漏磁通 ssmamssssCuFeFeLXII

12、fNjEUIjXIRdtdNdtdiLRiuiLPPRIPPIUU44. 42第9章 磁路与铁芯线圈 例例9.3 在例9.2中, 如考虑线圈电阻为1,漏磁电抗Xs=2, 试求主磁通产生的感应电动势E及磁化电流Im。UEUaIEImIm.IRIXsjIRjXsaIjB0mIUUIRjXsjX0UUR0(a)(b)(c)G0图9.22 交流铁芯线圈模型(a) 矢量图； (b) 并联模型； (c) 串联模型 第9章 磁路与铁芯线圈 解解 原来不计R、Xs, 励磁阻抗为Z0=6.245+j54.64, 按图9.22(c),计入R=1, Xs=2后的励磁阻抗为 000jXRZ31.849 .5964.5

13、2245. 5)264.54() 1245. 6(64.54245. 6)()(00000jjjXRZjXXjRRsEBIVIZEm006 .21149 .52第9章 磁路与铁芯线圈AIEBIBSjZjBGYmm98. 36 .2111081.18,81.1810)81.18(10874. 131.849 .5211300330000得代入将第9章 磁路与铁芯线圈9.4.4 伏安特性和等效电感伏安特性和等效电感 0UU( I )Le( I )IUNLeIN图 9.23 交流铁芯线圈的伏安关系 LULe第9章 磁路与铁芯线圈 9.5 电电 磁磁 铁铁FF铁芯线圈衔铁FF(a)(b)(c)图9.2

14、4 电磁铁的几种结构形式(a) 马蹄式； (b) 拍合式； (c) 螺管式 第9章 磁路与铁芯线圈9.5.1 直流电磁铁直流电磁铁 52072002010410422SBSBSBF第9章 磁路与铁芯线圈 例例9.4 如图9.25所示的直流电磁铁, 已知线圈匝数为4000匝, 铁芯和衔铁的材料均为铸钢, 由于存在漏磁, 衔铁中的磁通只有铁芯中磁通的90%, 如果衔铁处在图示位置时铁芯中的磁感应强度为1.6T, 试求线圈中电流和电磁吸力。 l2l1Il0l0S18 cm2l130 cml00.2 cmS28 cm2图9.25 例9.4图 第9章 磁路与铁芯线圈 解解 查图9.6, 铁芯中磁感应强度

15、B=1.6T时, 磁场强度H1=5300A/m。铁芯中的磁通WbSB341111028. 11086 . 1气隙和衔铁中的磁通Wb331210152. 11028. 19 . 09 . 0不考虑气隙的边缘效应时, 气隙和衔铁中的磁感应强度为 TBB44. 110810152. 14320第9章 磁路与铁芯线圈查图9.6衔铁中的磁场强度为3500/m。气隙中的磁场强度为线圈的磁势 mABH/10146. 1104744. 167000AlHlHlHNI6524102 . 010146. 12101035001030530022622002211线圈电流为 ANNII631. 140006524电磁铁的吸力 NSBF132710108244.9章 磁路与铁芯线圈9.5.2 交流电磁铁交流电磁铁 交流电磁铁由交流电励磁, 设气隙中的磁感应强度为 tBtBmsin)(0电磁铁吸力为 )2cos1 (2sin22)()(02202020tSBtSBStBtfmm520200201024)2cos1 (21)(1SBSBdttSBTdttfTFmmTmTav02max2SBFm第9章 磁路与铁芯线圈f (t)f (t)Ba(t)Ba(t)t0FavFm