磁铁和磁路课件

1、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6.1 磁路及其分析方法返回第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） 1T104Gs的单位：韦伯矢量6.1.1 磁场的基本物理量磁场的特性可用磁感应强度、磁通、磁场强度、一、磁感应强度 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

2、则称为均匀磁场。BS的单位：伏秒，通称为韦伯 Wb 或麦克斯韦Mx 1Wb108Mx 二、磁通如 磁场内各点的磁感应强度的大小相等，方向相同，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：享米矢量三、磁场强度 磁场强度是计算磁场所用的物理量I1I2I3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I1I2I3电流方向和磁场强度的方向安培环路定律（全电流定律 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，

3、如环形线圈，安培环路定律可写成：其中l x2 x是半径为x的圆周长Hx是半径 x 处的磁场强度FNI即线圈匝数与电流的乘积，称磁通势 单位为安培（A） 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四、磁导率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 或返回一般材料的磁导率 和真空磁导率 0 的比值，称为 或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 无关讨论磁场内某一点

4、的磁场强度H与有关吗？ 由上磁性材料的磁性能： 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， r1，使其具有被强烈磁化的特性。6.1.2 磁性材料的磁性能磁性材料的磁性能：一、高导磁性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。 磁化曲线HB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。二、磁饱和性磁化曲线HB和与H的关系注当有磁性物质存在时三、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

5、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（H0），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三、磁滞性磁滞回线剩磁：当线圈中电流减到零根据磁性能，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根据磁性能，磁性材料又可分为三种：返回i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

6、析方法i一、磁路：主磁通所经过的闭合路径。 线圈通入电流后，产生二、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为磁路的截面积二、磁路的欧姆定律对于环形线圈磁路的说明F=NI为磁通势 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FNI。 计算均匀磁路要用磁场强度H，即NIHL， 如磁路由不同的材料、长度

7、和截面积的几段组成，则磁路由磁阻不同的几段串联而成 NIH1 L1H2 L2（H L）磁路的计算 在计算电机、电器等的磁路时，要预先给定铁如：由三段串联而成的 继电器磁路如：由三段串联而成的一个具有闭合的均匀铁心的线圈，其匝数为300，铁心中的磁感应强度为0.9T，磁路的平均长度为45cm，试求：（1）铁心材料为铸铁时线圈中的电流；（2）铁心材料为硅钢片时线圈中的电流。例题6.1.1解（1） H19000A/m,I1 H1 L/N=9000*0.45/300=13.5A（2） H2260A/mI2 H2 L/N=260*0.45/300=0.39AI 相同 H相同 B1=0.05T, B2=0

8、.9T若要相同, 则S1是S2的17倍.一个具有闭合的均匀铁心的线圈，其匝数为300，铁心中的磁感应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，采用磁导率解磁路的平均长度为 L（1015）2） 39.2cm查铸钢的磁化曲线，当B0.9T 时， H1500Am于是 H1L1195A空气隙中的磁场强度为 H0B0 00.9（4 *107）7.2*105A/m有一环形铁心线圈，其内径为10cm，外径为15cm，铁心材料为铸钢。磁路中含有一空气气隙，其长度等于0.2cm。设线圈中通有1A电流，如

9、要得到0.9T的磁感应强度，试求线圈匝数。例题6.1.2解磁路的平均长度为 L（1015）2） 有一环H07.2 *105 *0.2 *10-21440A总磁通势为 NI（H L）H1 L1H0 19514401635A线圈匝数为 NNII1635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H07.2 *105 *0.2 *10-21440A若一、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 交流铁心线圈电路一、电磁关系铁心线圈分为：直

10、流铁心线圈和交流铁心线圈铁心线圈 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 和 L 与 i 的关系注励磁电流 i 与 之二、电压电流关系二、电压电流关系磁铁和磁路课件铁心中磁感应强度的最大值铁心截面积铁心中磁感应铁心截面积三、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。返回三、功率损耗铜损PCu：线圈电阻R上的功率损耗。返回 发

11、电厂1.05万伏输电线22万伏升压变电站1万伏降压降压实验室380 / 220伏降压仪器36伏降压变压器的种类6.3 变压器 发电厂输电线升压变电站降压降压实验室降压仪器降压变压器的一、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。一、变压器的工作原理 原绕组 副绕组 变压器电磁关系 副绕组 原绕组变压器的功能：变电压、变电流、变阻抗电磁关系 副绕组 原绕组变压器的功能：变电压、变电流、变原绕组原绕组副绕组副绕组电压变换根据交流磁路的分析可得： E14.4

12、4fN1m E24.44fN2m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电压变换根据交流磁路的分析可得：空载时副绕变比结论：改变匝数 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 铁心中主磁通的最大值在变压器空载或有 由于电流变换结论：变压器原、副绕组的电流与匝数成反比电流变换结论：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。 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 额定电压 变压器副边开路（空载）时，原、

13、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。 额定容量 传送功率的最大能力。（理想）变压器的铭牌数据（以单相变压器为例） 额定电压 额定电流 额定容量 （理想）变压（1）匝数比为信号源输出功率为如下图：交流信号源的电动势E120V,内阻R0800 ，负载电阻RL8 （1）当RL折算到原边的等效电阻为R0时，求匝数比和信号源输出功率；（2）当将负载直接与信号源联接时，信号源输出多大功率？例题6.3.1（1）匝数比为信号源输出功率为如下图：交流信号源的电动势E如下图：交流信号源的电动势E120V,内阻R0800 ，负载电阻RL8 （1）当RL折算到原边的等效

14、电阻为R0时，求匝数比和信号源输出功率；（2）当将负载直接与信号源联接时，信号源输出多大功率？例题6.3.1（2）当将负载直接接在信号源上时如下图：交流信号源的电动势E120V,内阻R0800 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U2f（I2），称外特性曲线。U20：原边加额定电压时变压器的外特性曲线二、变压器的外特性三、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：三、变压器的损耗与效率变压器的效率：四、特殊变压器自耦变压器ABP结构特点:二次绕

15、组是一次绕组的一部分四、特殊变压器自耦变压器ABP结构特点:二次绕组是一次绕组的电流互感器（被测电流）N1（匝数少）N2（匝数多）ARi1i2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。电流互感器（被测电流）N1N2ARi1i2被测电流注意！1电压互感器VR N1（匝数多）保险丝 N2（匝数少）u（被测电压）被测电压 电压表读数*K1. 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！电压互感器VR N1保险丝 N2u（被测电压）被测五、变压器绕阻的极性

16、 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。4五、变压器绕阻的极性 当电流流入(或流出）两4两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44两绕阻串联两绕阻并联若将两绕阻的其中一个线圈反绕，注返回4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。判断同名端的方法:(1)交流法(2)直流法若 F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，则基本不变电磁铁吸合前(气隙大） 大 起动电流大 电磁铁吸合后(气隙小） 小 电流小6.4 电磁铁F线圈铁心衔铁电磁铁是利用通电的铁心电磁铁吸合过程的分析：在容量 SN 输出功率 P2 原边输入功率 P1 输出功率 P2注意：变压器几个功率的关系效率变压器功率因数容量：原边输入功率：输出功率：容量 SN