第6章铁磁材料及其应用

1、1第六章第六章 铁磁材料及其应用铁磁材料及其应用6-1 6-1 磁场基本物理量和磁路欧姆定律磁场基本物理量和磁路欧姆定律6-26-2铁磁材料的磁特性铁磁材料的磁特性6-36-3铁磁材料的损耗铁磁材料的损耗6-46-4磁记录和磁记忆材料磁记录和磁记忆材料6-56-5铁芯线圈与理想变压器铁芯线圈与理想变压器2 1.磁感应强度磁感应强度B 表征磁场强弱和方向的物理量表征磁场强弱和方向的物理量B B=F/IL 2.磁通磁通均匀磁场均匀磁场 =BS3.磁导率磁导率 表示磁介质导磁能力的物理量表示磁介质导磁能力的物理量在考虑物质与磁场的相互影响时在考虑物质与磁场的相互影响时,我们把所有的物我们把所有的物质

2、都称为磁介质。质都称为磁介质。 r= / o6-1 磁场基本物理量和磁路欧姆定律磁场基本物理量和磁路欧姆定律 式中式中, r叫磁介质的叫磁介质的相对磁导率相对磁导率,它随磁介质的种它随磁介质的种类和状态的不同而不同。对真空，类和状态的不同而不同。对真空， r=1。3 抗磁物质抗磁物质相对磁导率相对磁导率 r略小于略小于1的磁介质。的磁介质。 顺磁物质顺磁物质相对磁导率相对磁导率 r略大于略大于1的磁介质。的磁介质。 铁磁物质铁磁物质相对磁导率相对磁导率 r1 , 而且还随外磁场而且还随外磁场的大小发生变化的磁介质。的大小发生变化的磁介质。4.磁场强度磁场强度HH=B/ (磁场强度磁场强度H大小

3、与磁介质无关大小与磁介质无关)5.磁路欧姆定律磁路欧姆定律 =F/Rm=NI/(L/ S)4Bo6 -2铁磁材料的磁特性铁磁材料的磁特性 一块顺磁质放到外磁场中时一块顺磁质放到外磁场中时,它的分子的固有磁矩它的分子的固有磁矩要沿着磁场方向取向要沿着磁场方向取向,如图所示。如图所示。 考虑和这些磁矩相考虑和这些磁矩相对应的分子电流对应的分子电流,可以发现：在均匀磁介质内部，各处可以发现：在均匀磁介质内部，各处电流的方向总是有相反的电流的方向总是有相反的,结果相互抵消。结果相互抵消。 只有在横截只有在横截面边缘处，分子电流未被抵消面边缘处，分子电流未被抵消,形成与横截面边缘重合形成与横截面边缘重合

4、的一层圆电流。这种电流叫做的一层圆电流。这种电流叫做磁化电流磁化电流。pm磁化电流磁化电流5 磁化电流磁化电流是分子内的电荷运动是分子内的电荷运动一段段接合而成的一段段接合而成的,不同于金属中不同于金属中自由电子定向运动形成的传导电自由电子定向运动形成的传导电流流, 所以也叫所以也叫束缚电流。束缚电流。 磁化电流磁化电流在磁效应方面与传导电流相当在磁效应方面与传导电流相当,但是不但是不存在热效应。存在热效应。 在外磁场中的作用下，均匀磁介质的表面上出现在外磁场中的作用下，均匀磁介质的表面上出现磁化电流的现象叫做磁介质的磁化电流的现象叫做磁介质的磁化磁化 。6 一一.高高 值值 (高导磁性高导磁

5、性 )B= o r H= r Bo铸钢：铸钢： r =500 2200， 硅钢：硅钢： r =7000坡莫合金：坡莫合金： r =105 因此因此,很小的电流就能在铁磁质中产生很强的磁场。很小的电流就能在铁磁质中产生很强的磁场。二.非线性非线性 (磁饱和性磁饱和性 ) 相对磁导率相对磁导率 r要随磁场的强弱要随磁场的强弱发生变化，因此发生变化，因此B和和H的关系是非的关系是非线性的。线性的。 作为信号传输器件时，作为信号传输器件时，如变压器铁芯，要尽量工作在线如变压器铁芯，要尽量工作在线性段，以减小信号的失真。性段，以减小信号的失真。BH图15-10HB 7三.有磁滞有磁滞有剰磁现象有剰磁现象

6、 (磁滞性磁滞性 ) 一般说来，抗磁物质和顺磁物质在外磁场消失一般说来，抗磁物质和顺磁物质在外磁场消失时，磁性也消失。但铁磁质不同，外磁场消失后，时，磁性也消失。但铁磁质不同，外磁场消失后，还会还会保留部分磁性保留部分磁性，这就是，这就是磁滞磁滞现象。现象。Br剩磁剩磁 Hc 矫顽力矫顽力(使铁磁质中使铁磁质中的磁场完全消失所需加的反的磁场完全消失所需加的反向磁场的大小向磁场的大小) 不同铁磁质的磁滞回线不同铁磁质的磁滞回线的形状是不同的形状是不同,它们各具有不它们各具有不同的剩磁同的剩磁Br和矫顽力和矫顽力Hc。根。根据磁滞回线的胖瘦可把铁磁据磁滞回线的胖瘦可把铁磁质分为质分为硬磁材料硬磁材

7、料和和软磁材料软磁材料。-Hc磁滞回线磁滞回线BrBH8硬磁材料的磁滞回线硬磁材料的磁滞回线 软磁材料的磁滞回软磁材料的磁滞回线线 硬磁材料的磁滞回线硬磁材料的磁滞回线显得胖显得胖(见图见图),有较大的有较大的剩磁和矫顽力剩磁和矫顽力,常用来作常用来作永久磁体永久磁体。矩形磁材料矩形磁材料常用来作记录磁带或电常用来作记录磁带或电子计算机的记忆元件。子计算机的记忆元件。 软磁材料的磁滞软磁材料的磁滞回线比较瘦回线比较瘦(见图见图),剩剩磁和矫顽力都很小，磁和矫顽力都很小，常用来作变压器和电常用来作变压器和电磁铁的铁芯。磁铁的铁芯。BH矩磁矩磁9图示为三种不同的磁介质的图示为三种不同的磁介质的BH

8、关关系曲线，其中虚线表示的是系曲线，其中虚线表示的是B= oH的关系。的关系。a、b、c各代表哪一类磁各代表哪一类磁介质的介质的BH关系曲线：关系曲线：a代表代表 的的BH关系曲线。关系曲线。铁磁质铁磁质b代表代表 的的BH关系曲线。关系曲线。c代表代表 的的BH关系曲线。关系曲线。顺磁质顺磁质抗磁质抗磁质 抗磁质和顺磁质的抗磁质和顺磁质的B和和H间是线性关系间是线性关系,相对磁相对磁导率导率 r 与与1相差不大。在一般性相差不大。在一般性(精度要求不高精度要求不高)的问的问题中，可以把题中，可以把抗磁质和顺磁质的相对磁导率抗磁质和顺磁质的相对磁导率 r 看作看作是是1。BHabc图15-14

9、 对铁磁质，对铁磁质， B和和H间是非线性的间是非线性的, 相对磁导率相对磁导率 r1 。 106 -3铁磁材料的损耗铁磁材料的损耗一、磁滞损耗一、磁滞损耗磁滞损失：磁滞现象引起铁芯发热，磁滞损失：磁滞现象引起铁芯发热， 造成的损失。造成的损失。二、涡流损耗二、涡流损耗涡流损失：交变磁通在铁芯中产生涡流损失：交变磁通在铁芯中产生 的感应电流（涡流），的感应电流（涡流）， 造成的损失。造成的损失。(为防止涡流损失，铁芯一般由一片片导磁材料叠合而为防止涡流损失，铁芯一般由一片片导磁材料叠合而成。成。) 116 -4磁记录和磁记忆材料磁记录和磁记忆材料一、磁记录材料一、磁记录材料二、磁记忆材料二、磁

10、记忆材料126 -5铁芯线圈与理想变压器铁芯线圈与理想变压器一、铁芯线圈的电磁关系一、铁芯线圈的电磁关系 =Umsin( t+90 ) 二、理想变压器二、理想变压器 变压器变压器:是利用电磁感应原理进行工作的器件是利用电磁感应原理进行工作的器件.一般变压器由铁芯和线圈两部分组成。一般变压器由铁芯和线圈两部分组成。13变压器变压器14变压器、电感器用材料介绍：变压器、电感器用材料介绍：线架线架线材线材绝缘胶带绝缘胶带档墙胶带档墙胶带套管套管磁芯磁芯铜箔铜箔磁芯固磁芯固定胶带定胶带15磁性材料应用：磁性材料应用：一一 . 磁芯形状及特点磁芯形状及特点形状形状特点特点EE 、EI TYPE大小齐全大

11、小齐全 有有JIS及及IEC标准标准EER、ETDTYPE 大小齐全大小齐全 有有JIS及及IEC标准标准LP、EEDTYPE low profile （扁平特性）（扁平特性） 适合高密度装配适合高密度装配16磁性材料应用：磁性材料应用：一一 . 磁芯形状及特点磁芯形状及特点形状形状特点特点PQ、RM、EP、POT TYPElow profile （扁平特性）（扁平特性） 适合高密度装配适合高密度装配EP core具有高对称性，适合高具有高对称性，适合高频平衡变压器频平衡变压器T、UT、ET、UUTYPE高磁导率型高磁导率型低泄漏磁通低泄漏磁通不易绕制不易绕制17线材介绍：线材介绍：线材线材聚

12、氨基甲酸酯漆包线聚氨基甲酸酯漆包线聚酯漆包线聚酯漆包线自粘聚氨基甲酸酯漆包线自粘聚氨基甲酸酯漆包线丝包线丝包线绞线绞线漆包线漆包线三层绝缘线三层绝缘线PVC线线电镀铜线电镀铜线18 发电厂发电厂1.05万伏万伏输电线输电线22万伏万伏升压升压变电站变电站1万伏万伏降压降压 变压器应用举例降压降压实验室实验室380 / 220伏伏降压降压仪器仪器36伏伏降压降压19变压器功能：变压器功能：变电压：变电压：电力系统电力系统 变阻抗：变阻抗：电子电路中的阻抗匹配电子电路中的阻抗匹配 （如喇叭的输出变压器）（如喇叭的输出变压器） 变电流：变电流：电流互感器电流互感器 2021心式变压器心式变压器壳式变

13、压器壳式变压器22单相变压器单相变压器1u2uLR1i2i铁芯铁芯原边原边绕组绕组副边副边绕组绕组 231u2uLR1i2i1u1i2u2iLR变压器符号：变压器符号：2211iuiu工作过程：工作过程：24一、空载运行一、空载运行 ：原边接入电源，副边开路。：原边接入电源，副边开路。原边接上交流电原边接上交流电1u 原边电流原边电流 i1等等 于励于励 磁电流磁电流 i10 dtdNedtdNe2211 产生感应电动势产生感应电动势变压器工作原理变压器工作原理1u2e1i1e1N2N i10 产生磁通产生磁通 （交变）（交变）25二、负载运行二、负载运行1u2e1i1e1N2NZ2i 副边带

14、负载后对磁路的副边带负载后对磁路的影响：在副边感应电压的影响：在副边感应电压的作用下，副边线圈中有了作用下，副边线圈中有了电流电流 i2 。此电流在磁路中此电流在磁路中也会产生磁通，从而影响原边电流也会产生磁通，从而影响原边电流 i1。但当外加电压、但当外加电压、频率不变时，铁芯中主磁通的最大值在变压器空载或频率不变时，铁芯中主磁通的最大值在变压器空载或有负载时基本不变有负载时基本不变 。带负载后磁动势的平衡关系为：带负载后磁动势的平衡关系为：)44.4(11mNfUNiNiNi10221126KNNII11221结论：原、副边电流与匝数成反比结论：原、副边电流与匝数成反比 由于变压器铁芯材料

15、的导磁率高、空载励磁电流由于变压器铁芯材料的导磁率高、空载励磁电流 很小，可忽略很小，可忽略 。02211NINI)(10i原、副边电流关系原、副边电流关系 （变电流）（变电流）2211NINI27结论：改变匝数比，就能改变输出电压。结论：改变匝数比，就能改变输出电压。KNNEEUU212121K为变比为变比10i1u20u2i1e2e原、副边电压关系原、副边电压关系mmNfENfE221144. 444. 4根据交流磁路的分析根据交流磁路的分析可得：可得：202uu 02i时时 （变电压）（变电压）28 （变阻抗）（变阻抗）1i1u2u2iLR1N2N原、副边阻抗关系原、副边阻抗关系LLRK

16、R222IURL从原边等效：从原边等效：22222211KRKIUKIKUIURLL结论：变压器原边的等效负载，为副边所带负载乘以结论：变压器原边的等效负载，为副边所带负载乘以 变比的平方。变比的平方。 29：信号源信号源IER0RL+108800LL21 RRNNKIE1N2U2ILR2N+如图，交流信号源的电动如图，交流信号源的电动势势 E= 120V，内阻，内阻 R 0=800 ，负载为扬声器，其等效电阻为负载为扬声器，其等效电阻为RL=8 。要求。要求: （1）当）当RL折算折算到原边的等效电阻到原边的等效电阻 时，时，求变压器的匝数比和信号源输求变压器的匝数比和信号源输出的功率；（出的功率；（2）当将负载直）当将负载直接与信号源联接时接与信号源联接时,信号源输信号源输出多大功率？出多大功率？0LRR 30 额定电压额定电压 变压器副边开路（空载）时，原、副边绕组允变压器副边开路（空载）时，原、副边绕组允 许的电压值。许的电压值。NNUU21 、 额定电流额定电流 变压器满载运行时，原、副边绕组允许的电流值。变压器满载运行时，原、副边绕组允许的电流值。NNII21 额定容量额定容量 传送功率的最大能力。传送功率的最大能力。NSNNNNNIUIUS2211（理想）（理想） 变压器的铭牌数据（以单相变压器为例）变压器的铭牌数据（以单相变压器为例） 变压器额定值