湖南现代汽车应用技术职业培训学校《电工基础》

1、湖南现代汽车应用技术职业培训学校电工基础第四章 磁路与铁芯线圈电路概述本章教学目的及基本要求:了解磁路的定义，掌握磁路的基本物理量；了解交流铁芯线圈电路的组成，掌握其电压的计算和铁损的组成；了解电磁铁的原理和构成，掌握磁路欧姆定律的应用；了解变压器的应用，掌握变压器电压比、电流比和阻抗比的计算。本章教学内容的重点和难点:教学重点：1.磁路的基本物理量；磁路欧姆定律；变压器电压比、电流比和阻抗比的计算。教学难点：变压器电压比、电流比和阻抗比的计算本章教学内容的深化和拓宽:磁性材料的类型和特点；左右手定则。本章教学方法、方式：讲授启发讨论本章主要参考资料: 秦曾煌主编：电工学简明教程（第2版） 高

2、等教育出版社.2007.1赵福堂主编：汽车电工电子技术基础 机械工业出版社.2005.9高树德主编：汽车电工电子技术基础 机械工业出版社.2005.10湖南现代汽车应用技术职业培训学校电工基础单元教案首页课题：第四章磁路与铁芯线圈电路课次：8教学方法：讲授、讨论、启发教具：多媒体教学目的：掌握磁路的基本物理量；了解交流铁芯线圈电路电压的计算和铁损的组成;掌握磁路欧姆定律的应用掌握变压器电压比、电流比和阻抗比的计算教学重点：磁路的基本物理量磁路欧姆定律变压器电压比、电流比和阻抗比的计算教学难点：变压器电压比、电流比和阻抗比的计算 教学过程时间分配 新课导入3分钟 讲授新课70分钟 巩固练习15分

3、钟 作业布置2分钟 课后记:教学过程设计【新课导入】磁路和电路往往是相关联的，很多电气设备中不仅有电路的问题，同时还有磁路的问 题，因此我们在研究电路的同时还要对磁路以及电路与磁路的关系进行研究。【新课传授】一、磁路及基本物理量磁路：磁通通过的闭合路径。由于铁磁材料是良导磁物质，所以它的磁导率比其他物质的磁导率大得多，能把分散 的磁场集中起来，使磁力线绝大部分经过铁芯而形成闭合的磁路.磁场的基本物理量（1）磁感应强度B国际单位为特斯拉，简称特（T）磁感应强度B是表示空间某点磁场强弱和方向的物理量，其大小可用通过垂直于磁场 方向的单位面积内磁力线的数目来表示。由电流产生的磁场方向可用右手螺旋法则

4、确定。（2）磁通中国际单位为韦伯（Wb）磁感应强度B与垂直于磁力线方向的面积S的乘积称为穿过该面的磁通中，即0=BSo 磁通中又表示穿过某一截面S的磁力线根数，磁感应强度B在数值上可以看成与磁场方向 相垂直的单位面积所通过的磁通，故又称磁通密度。（3）磁场强度H国际单位是安培/米（A/m）。磁场强度沿任一闭合路径l的线积分等于此闭合路径所包围的电流的代数和。磁场强 度H的它的方向与磁感应强度B的方向相同。（4）磁导率u 国际单位为亨/米（H/m）。磁导率u是用来表示物质导磁性能的物理量，某介质的磁导率是指该介质中磁感应 强度和磁场强度的比值，即u=B/H。自然界的物质，就导磁性能而言，可分为铁

5、磁物质和非铁磁物质两大类。非铁磁物质和空气的磁导率与真空磁导率* 0很接近，口0 4x10-7H/mo磁性材料与磁滞回线（1）磁性材料的分类物质按其导磁性能大体上分为磁性材料和非磁性材料两大类。磁性材料主要是指铁、 镍、钻及其合金而言，其具有高导磁性、磁饱和性和磁滞性的特点，按磁化特性的不同， 铁磁性材料可以分成三种类型。1）软磁材料。具有较小的矫顽力，磁滞回线较窄。一般用来制造电机、电器及变压 器等的铁心。常用的有铸铁、硅钢、坡莫合金及铁氧体等。铁氧体在电子技术中应用也很 广泛，可做计算机的磁心，磁鼓以及录音机的磁带、磁头。2）硬磁性材料一一永磁材料。具有较大的矫顽力，磁滞回线较宽。一般用来

6、制造永 久磁铁。常用的有碳钢、钻钢及铁镍铝钻合金等。3）矩磁材料。具有较小的矫顽力和较大的剩磁，磁滞回线接近矩形，稳定性也良好。 在计算机和控制系统中可用作记忆元件、开关元件和逻辑元件。常用的有镁锰铁氧体及 1J51型铁镍合金。(2)磁滞回线当铁芯线圈中通有大小和方向变化的 电流时，铁芯就产生交变磁化，磁感应强 度B随磁场强度H变化的关系如图所示。 Oc段B随H增加而增加，当磁化曲线达到 c时，减小电流使H由Hm逐渐减小，B将 沿另一条位置较高的曲线b下降。当H=0时， 仍有B=Br，Br为剩余磁感应强度，简称剩磁。 欲使B=0，需通有反向电流加反向磁场-Hc， Hc称为矫顽力。当达到-Hm时

7、，磁性材料达到 反向磁饱和。然后令H反向减小，曲线回升； 到H=0时相应有-Br，为反向剩磁。再使H从 零正向增加到Hm，即又正向磁化到饱和，便 得到一条闭合的对称于坐标原点的回线，这 就是磁滞回线。二、交流铁芯线圈与电磁铁交流铁芯线圈铁芯线圈可以通入直流电来励磁(如电磁铁)，产生的磁通是恒定的，在线圈和铁芯 中不会感应出电动势来，在一定的电压下，线圈中的电流和线圈的电阻有关。设电压、电流和磁通及感应电动势的参考 方向如左图所示，由基尔霍夫电压定律有:u+e+eS-Ri=0 或 u=Ri+(-e)+ (-eS) 式中:e为中产生的感应电动势eS为中S产 生的感应电动势。大多数情况下，线圈的 电

8、阻R很小，漏磁通中。较小，即u= -e根据法拉第电磁感应定律有z d中e = - N -得：d t得：由于电源电压与产生的磁通同频变化，设O=Qmsint，则 u=3Nmsin (o t+90) =2nfNmsin (o t+90 )电压的有效值为 U=4.44fNm 即当铁芯线圈上加以正弦交流电压时，铁芯线圈中的磁通也是按正弦规律变化。在相位上， 电压超前于磁通90 ;在数值上，端电压有效值为U=4.44fNm。在交流磁通作用下，铁芯中有能量损耗，称为铁损。铁损主要由两部分组成：涡流损耗。涡流在铁芯内部流动时，在所经回路的导体电阻上产生的能量损耗。 减少途经：一是采用较薄的硅钢片叠成铁芯，二

9、是提高铁芯材料电阻率。磁滞损耗。克服各种阻滞作用而消耗的那部分能量。其一般转化为热能使贴磁对于磁 路中任一闭合面、任一时刻穿入的磁通，必定等于 穿出的磁通，在一个有分支的磁路中的节点处取一 闭合面，磁通的代数和为零，这就是磁路基尔霍夫 第一定律。在节点A处作一闭合面，若设穿入闭合 面的磁通为正，穿出闭合面的磁通为负，则有-中 1-2+3=0即N=0考虑到在磁路的任一闭合路径中，磁场强度与 磁通势的关系应符合安培环路定律，故有SNI=SHL 四、变压器如右图所示为单相变压器的原理 图，与电源相连的称为一次绕组（又 称原边绕组），与负载相连的称为二次 绕组（又称副边绕组）。一次绕组、二 次绕组的匝

10、数分别为对于磁 路中任一闭合面、任一时刻穿入的磁通，必定等于 穿出的磁通，在一个有分支的磁路中的节点处取一 闭合面，磁通的代数和为零，这就是磁路基尔霍夫 第一定律。在节点A处作一闭合面，若设穿入闭合 面的磁通为正，穿出闭合面的磁通为负，则有-中 1-2+3=0即N=0考虑到在磁路的任一闭合路径中，磁场强度与 磁通势的关系应符合安培环路定律，故有SNI=SHL 四、变压器如右图所示为单相变压器的原理 图，与电源相连的称为一次绕组（又 称原边绕组），与负载相连的称为二次 绕组（又称副边绕组）。一次绕组、二 次绕组的匝数分别为N1和N224当变压/iT 1T晒一=T十R m湖南现代汽车应用技术职业培

11、训学校，专业有二手车评估师、汽车估损师、汽车维修工、电工等 材料发热。减少途经是采用软磁材料。2.电磁铁电磁铁是利用载流铁芯线圈产生的电磁吸力来操纵机械装置，以完成预期动作的一 种电器。它是将电能转换为机械能的一种电磁元件。电磁铁主要由线圈、铁芯及衔铁三部分组成，铁芯和衔铁一般用软磁材料制成。铁芯 一般是静止的，线圈总是装在铁芯上。开关电器中电磁铁的衔铁上还装有弹簧。三、磁路定律与计算一1.磁路欧姆定律如右图所示为一个线圈匝数为N、通有电流为I、 闭合磁路的平均长度为L、截面积为S的均匀磁路 铁芯，材料的磁导率为U，在铁芯中的磁场强度为H， 磁感应强度为B。故铁芯种的磁通为中=BS=uHS根据安培环路定律有：H=NI/L上式中线圈匝数与电流乘积称为磁通势，用字母F表示，即F=NI磁通势的单位是安培（A）。 NI联立上面几个式子，则有小=日HS = L / q S如果线圈中的铁芯换上导磁性能差的非磁性材料，而磁通势NI仍保持不变，那么， 由于非磁性材料的磁导率很小，磁路中的磁通将变得很小。在磁路中也有磁阻Rm对磁通中（可看做磁流）起阻碍作用。根据推导，磁阻可用下式来决定中=BS =虬L / q S磁路基尔霍