磁路的基本原理

1、第第 1 章章 磁磁 路路1.1 磁场的基本物理量磁场的基本物理量1.2 物质的磁性能物质的磁性能1.3 磁路的基本定律磁路的基本定律1.4 铁心线圈电路铁心线圈电路1.1 磁场的基本物理量磁场的基本物理量1.2 物质的磁性能物质的磁性能1.3 磁路的基本定律磁路的基本定律1.4 铁心线圈电路铁心线圈电路返回主页返回主页电机与拖动电机与拖动1.1 磁场的基本物理量磁场的基本物理量1. 磁通磁通 单位：单位：Wb2. 磁感应强度磁感应强度 B 单位：单位：T 在均匀磁场中：在均匀磁场中：3. 磁场强度磁场强度 H 单位：单位：A/mB = A Wb/m2 磁通密度磁通密度电流电流用磁感线描述用磁

2、感线描述磁场磁场第第 1 章章 磁磁 路路0 = 4107 H / m BH = H 与与 B 的区别的区别 H I，与介质的性质无关。，与介质的性质无关。 B 与电流的大小和介质的性质均有关。与电流的大小和介质的性质均有关。4. 磁导率磁导率 单位：单位：H / m真空中的磁导率真空中的磁导率:1.1 磁场的基本物理量磁场的基本物理量1.2 物质的磁性能物质的磁性能 按磁导率分类：非磁性物质、磁性物质。按磁导率分类：非磁性物质、磁性物质。 非磁性物质非磁性物质 0 (1) 顺磁物质（如空气）：顺磁物质（如空气）： 略大于略大于 0 。(2) 反磁物质（如铜）：反磁物质（如铜）： 略小于略小于

3、 0 。1. 高导磁性高导磁性 第第 1 章章 磁磁 路路 铸钢：铸钢： 1 000 0 硅钢片：硅钢片： ( 6 000 7 000) 0 玻莫合金：玻莫合金： 比比 0 大几万倍。大几万倍。 0 磁性物质内部存在着很多很小的磁性物质内部存在着很多很小的“磁畴磁畴”。磁畴（磁化前）磁畴（磁化前）磁畴（磁化后）磁畴（磁化后） 磁性物质的高导磁性被广泛应用于变压器磁性物质的高导磁性被广泛应用于变压器 和电机中。和电机中。1.2 物质的磁性能物质的磁性能起始磁化曲线起始磁化曲线BHO2. 磁饱和性磁饱和性 B = H （ 常数）常数） 磁化曲线磁化曲线磁化曲线磁化曲线 abcdB = f (H)B

4、 = 0H1.2 物质的磁性能物质的磁性能3. 磁滞性磁滞性BHOHm Bm 剩磁剩磁 Hm 矫顽磁力矫顽磁力 Br Hc BmHcBr磁滞回线磁滞回线BHO基本磁化曲线基本磁化曲线1.2 物质的磁性能物质的磁性能(1) 硬磁物质硬磁物质 BH 曲线宽，曲线宽，Br 大、大、Hc 大。大。 用于制造永磁铁。用于制造永磁铁。(2) 软磁物质软磁物质 BH 曲线窄，曲线窄， Br 小、小、Hc 小。小。 用于制造变压器、电机等电器的铁心。用于制造变压器、电机等电器的铁心。(3) 矩磁物质矩磁物质 BH 曲线形状接近矩形，曲线形状接近矩形， Br 大、大、Hc 小。小。 用于计算机中，作记忆单元。用

5、于计算机中，作记忆单元。 按磁滞回线的不同，磁性物质可分为按磁滞回线的不同，磁性物质可分为 1.2 物质的磁性能物质的磁性能1.3 磁路的基本定律磁路的基本定律u 主磁通主磁通漏磁通漏磁通磁磁路路i第第 1 章章 磁磁 路路1. 磁路欧姆定律磁路欧姆定律c Ac lc0A0l0+ui全电流定律全电流定律:Bc = AcHc = Bc c HH dl l = I 铁心中：铁心中：气隙中：气隙中：左边左边= = HH d =H dl = Hc lcH 0 l01.3 磁路的基本定律磁路的基本定律= c Ac B0 = A0Hc = B0 0 = 0 A0 磁阻磁阻:= (RmcRm0) = Rm

6、Rm = Rmc+ Rm0lc c Ac= ()l0 0 A0lc c Ac=l0 0 A0右边右边 = I = NI = F 因此因此 Rm = F = FRm 磁路欧姆定律磁路欧姆定律 磁通势磁通势 1.3 磁路的基本定律磁路的基本定律 N I 一定时，一定时， 因因 Rm0 的存在，使的存在，使 大大减小；大大减小； 若要保持若要保持 一定，则需增大磁通势一定，则需增大磁通势 F。 由于由于 c 0 ，因此因此 Rm0 Rmc 。 2. 磁路基尔霍夫第一定律磁路基尔霍夫第一定律闭合面闭合面i1i2123l1 l3 l2312 = 0 任一闭合面：任一闭合面： = 03. 磁路基尔霍夫第二

7、定律磁路基尔霍夫第二定律 F1F2 =HH d = H d = H1l1H2 l2 磁位差磁位差Um Um = Hl Um = F 1.3 磁路的基本定律磁路的基本定律 【例例 1.3.1】 图示磁路是由两块铸钢铁心及它们之图示磁路是由两块铸钢铁心及它们之间的一段空气隙构成。各部分尺寸为：间的一段空气隙构成。各部分尺寸为：l0/2 = 0.5 cm ， l1 = 30 cm ，l2 = 12 cm ，A0 = A1 = 10 cm2 ， A2 = 8 cm2 。线圈中的电流为直流电流。今要求在空气隙处的磁感应线圈中的电流为直流电流。今要求在空气隙处的磁感应强度达到强度达到 B0 = 1 T，问

8、需要多大的磁通势？，问需要多大的磁通势？A1A2l1l2l0/2I I 解：解：(1) 磁路中的磁通磁路中的磁通 = B0A0 = 10.001 Wb = 0.001 Wb(2) 各段磁路的磁感应强度各段磁路的磁感应强度 B0 = 1 TB1 = = T = 1 T A10.0010.0011.3 磁路的基本定律磁路的基本定律B2 = = T = 1.25 T A20.001 0.000 8 A1A2l1l2l0/2I I(3) 各段磁路的磁场强度各段磁路的磁场强度由磁化曲线查得：由磁化曲线查得： H1 = 9.2 A/cm H2 = 14 A/cmH0 = = A/m B0 01 4 107

9、 = 796 000 A/m = 7 960 A/cm1.3 磁路的基本定律磁路的基本定律A1A2l1l2l0/2I I(4) 各段磁路的磁位差各段磁路的磁位差 Um0 = H0 l0 = 7 9601 A = 7 960 A Um1 = H1 l1 = 9.230 A = 276 A Um2 = H2 l2 = 1412 A = 168 A(5) 磁通势磁通势 F = Um0Um2Um2 = ( 7 960276168 ) A = 8 404 A1.3 磁路的基本定律磁路的基本定律 【例例 1.3.2】 图示磁路由硅钢制成。磁通势图示磁路由硅钢制成。磁通势 F1 = N1 I1 = F2 =

10、 N2 I2 ，线圈的绕向及各量的方向如图所示。，线圈的绕向及各量的方向如图所示。磁路左右对称，具体尺寸为：磁路左右对称，具体尺寸为： A1 = A2 = 8 cm2 ，l1 = l2 = 30 cm，A3 = 20 cm2，l3 = 10 cm。若已知。若已知 3 = 0.002 Wb，问两个线圈的磁通势各是多少？问两个线圈的磁通势各是多少？I23N2I1N112 解：解：由磁路基尔霍夫由磁路基尔霍夫定律可得定律可得 3 2 1 = 0 Um1Um3 = F1 Um2Um3 = F2已知：已知： F1 = F2 ，l1 = l2 可得：可得： Um1 = Um2l2l3N1l1N2A1 A2

11、 A31.3 磁路的基本定律磁路的基本定律即即 H1 l1 = H2 l2 H1 = H2因此因此 B1 = B2 1 = 2 由于由于 1 = 2 = 3 20.0022= Wb = 0.001 Wb 所以所以B1 = = T = 1.25 T 1A10.0018104A1A2A3l2l3N1l1N2I23N2I1N112A1 A3A2 1.3 磁路的基本定律磁路的基本定律B3 = = T = 1 T 3A30.002 20104 由磁化曲线查得：由磁化曲线查得： H1 = 6.5 A/m H3 = 3 A/m最后求得最后求得 F1 = F2 = Um1Um3 = H1l1H3l3 = (6

12、.530310) A = 225 A1.3 磁路的基本定律磁路的基本定律1.4 铁心线圈电路铁心线圈电路1. 直流直流铁心线圈电路铁心线圈电路 励磁励磁 UUI I N I URI = 线圈的功率：线圈的功率： P = R I2 电压与电流的关系电压与电流的关系: :第第 1 章章 磁磁 路路2. 交流交流铁心线圈电路铁心线圈电路(1) 电磁关系电磁关系励磁：励磁：uui e e i N i e e d dt=N didt=L d dt=N u = Riee 的磁路为非线性磁路。的磁路为非线性磁路。 设设 = m sint则则 e =N m cost = Em sin( t 90o)1.4 铁

13、心线圈电路铁心线圈电路E = 4.44 f Nm 的磁路为线性磁路。的磁路为线性磁路。 漏电感：漏电感：N iL = 漏电抗：漏电抗： X = L = 2 f L E =j4.44 f Nm 漏磁电动势：漏磁电动势： E =j XIu = uRee U = UREE =Ej L IRI =E + ( Rj L ) I =E + Z I 漏阻抗漏阻抗ui e e 1.4 铁心线圈电路铁心线圈电路U =E 忽略漏阻抗，有忽略漏阻抗，有 U 4.44 f N m = 则则 当当 U 、f 一定时，一定时， m 基本不变。基本不变。 (2) 功率关系功率关系 有功功率有功功率: P = UI cos

14、= PCu + PFe 铜损耗铜损耗 铁损耗铁损耗 = RI2 + ( Ph + Pe ) 磁滞损耗磁滞损耗 涡流损耗涡流损耗 1.4 铁心线圈电路铁心线圈电路(1) 磁滞损耗磁滞损耗 Ph (2) 涡流损耗涡流损耗 Pe 铜损耗使线圈发热，铜损耗使线圈发热， 铁损耗使铁心发热。铁损耗使铁心发热。 减小铁损耗的方法：减小铁损耗的方法： 使用软磁材料减小使用软磁材料减小Ph 。 增大铁心的电阻率，增大铁心的电阻率， 减小涡流及其损耗减小涡流及其损耗 。用很薄的硅钢片叠成铁心，用很薄的硅钢片叠成铁心， 减小涡流及其损耗减小涡流及其损耗 。涡流损耗涡流损耗 (a) (b) 1.4 铁心线圈电路铁心线圈电路0.35mm0.30mm0.27mm0.22mmPh = V f H dB 磁滞损耗系数磁滞损耗系数磁场交变的频率磁场交变的频率磁感应强度最大值磁感应强度最大值 铁心的体积铁心的体积磁滞回线的面积磁滞回线的面积 电工钢片电工钢片: = 1.6 2.3 涡流损耗涡流损耗 Pe 铁损耗铁损耗 PFe 磁滞损耗磁滞损耗 Ph 涡流损耗系数涡流损耗系数材料的厚度材料的厚度PFe = PhPe 铁损耗系数铁