磁路的基础知识

关于磁路的基础知识第1页，共39页，2022年，5月20日，14点16分，星期五磁现象第2页，共39页，2022年，5月20日，14点16分，星期五常见的磁感应线第3页，共39页，2022年，5月20日，14点16分，星期五

磁路的基础知识一、磁场的基本物理量

1、磁感应强度（B）

定义：磁感应强度B是表示磁场内部某点的磁场强弱及方向的物理量。

性质：＊方向与该点磁力线切线方向一致，B与产生该磁场的电流之间的关系符合右手螺旋定则。

＊B的大小用通过单位电流强度的单位长度导线所受的力，B=F/IL来确定。＊若磁场内各点的磁感应强度大小相等，方向相同，则为均匀磁场。＊单位是特斯拉（T），简称特。1T=1Wb/㎡第4页，共39页，2022年，5月20日，14点16分，星期五磁路的基础知识

性质一：方向与该点磁力线切线方向一致，B与产生该磁场的电流之间的关系符合右手螺旋定则。与磁场方向一致右手螺旋定则第5页，共39页，2022年，5月20日，14点16分，星期五

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性质二：B的大小用通过单位电流强度的单位长度导线所受的力，B=F/IL来确定。式中，

B表示磁感应强度；

F表示磁场（磁力）；

I电流大小；

L导线长度；第6页，共39页，2022年，5月20日，14点16分，星期五

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2、磁通（Ø）

定义：在均匀磁场中，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Ø。

Ø=BS或B=Ø/S

磁感应强度B在数值上可以看成与磁场方向垂直的单位面积所通过的磁通，故又称磁通密度。磁通的单位是韦伯（Wb），简称韦。第7页，共39页，2022年，5月20日，14点16分，星期五

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3、磁导率（μ）磁导率µ是表示物质导磁性能的物理量，即衡量物质的导磁性能的一个系数，它的单位是亨/米（H/m）。

真空的导磁率µ0=4π×10˄-7任意一种物质的导磁率与真空的导磁率之比称为相对磁导率，用µr表示。μ等于磁介质中磁感应强度B与磁场强度H之比即μ=B/H

例如，如果空气(非磁性材料)的磁导率是1，则铁的磁导率为10，000，即当比较时，以通过磁性材料的磁通密度是10,000倍。第8页，共39页，2022年，5月20日，14点16分，星期五

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4、磁场强度H磁场强度H是进行磁场分析时引用的一个辅助物理量，为了从磁感应强度B中除去磁介质的因素，故磁场强度定义为H=B/μ。磁场强度只与产生磁场的电流以及这些电流的分布(导体的几何形状)情况有关，而与无关磁介质的导磁率，它的单位是安/米（A/m）。第9页，共39页，2022年，5月20日，14点16分，星期五

磁路的基础知识总结：磁感应强度描述的是一个磁场中磁力线的密度和分布的范围，磁通描述的是一个磁场中磁场的面积有多少磁力线通过，磁感应强度多大，磁场强度描述的是整个磁场所辐射，波及的范围，强度多大。磁导率描述的是物质的导磁性能。关系：磁场中的磁感应强度越大那么通过这个磁场面积的磁感应线就越密集磁通密度就越大，这个磁场所辐射的磁场强度就越强。第10页，共39页，2022年，5月20日，14点16分，星期五

磁路的基础知识二、铁磁材料的磁性能物质按其导磁性能可分为两大类。一类称为铁磁材料，如铁、钢、镍、钴等，这类材料的导磁性能好，导磁率μ值大；另一类为非导磁材料，如铜、铝、纸、木头、空气等，此类材料的导磁性能差，磁导率μ值小（接近于真空的导磁率）。第11页，共39页，2022年，5月20日，14点16分，星期五

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铁磁材料的应用：铁磁材料是制造变压器、电动机、等各种电工设备的主要材料。铁磁材料的磁性能对磁器件的性能和工作状态有很大影响。铁磁材料的磁性能主要表现为高导磁性、磁饱和、磁滞性。第12页，共39页，2022年，5月20日，14点16分，星期五

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1、高导磁性

铁磁材料具有很强的导磁能力，在外磁场作用下，其内部的磁感应强度会大大增强，相对磁导率可达几百、几千甚至几万。这是因为在铁磁材料的内部存在许多磁化小区，称为磁畴。每个磁畴就像一块小磁铁，在无外磁场作用时，这些磁畴的排序是不规则的，对外不显示磁性。在一定强度的外磁场作用下，这些磁畴将顺着外磁场的方向趋向规则的排序，产生一个附加磁场，是铁磁材料内的磁感应强度大大增强。这种现象称为磁化。非铁磁材料没有磁畴结构，不具有磁化特性。磁化前磁化后磁化过程第13页，共39页，2022年，5月20日，14点16分，星期五

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2.磁滞性如果励磁电流是大小和方向都随时间变化的交变电流，则磁铁材料将受到交变磁化。在电流交变的一个周期中，磁感应强度B随磁场强度H变化的关系如图。第14页，共39页，2022年，5月20日，14点16分，星期五

磁路的基础知识由图可见，当磁场强度H减小时，磁感应强度B并不沿着原来这条曲线会降，而是沿着一条比它高的曲线缓慢下降。当H减速到0时，B并不等于0而是仍保留一定的磁性。这说明铁磁材料内部已经排齐的磁畴不会完全恢复到磁化前杂乱无章的状态，这部分称为剩磁，用Br表示。第15页，共39页，2022年，5月20日，14点16分，星期五

磁路的基础知识如何消除剩磁？如果要消除剩磁，使B=0，应施加一反向磁场强度Hc。Hc的大小称为矫顽磁力，它表示铁磁材料反抗退磁的能力。第16页，共39页，2022年，5月20日，14点16分，星期五

磁路的基础知识剩磁消除后如再继续增大反向磁场，则铁磁材料将反向磁化；当反向磁场减小时，同样回产生反向剩磁（-Br）。随着磁场强度不断正反向变化，得到的磁化曲线为一条封闭曲线。在铁磁材料反复磁化过程中，磁感应强度B的变化总是落后于磁场强度H的变化，这种现象称为磁滞现象。第17页，共39页，2022年，5月20日，14点16分，星期五

磁路的基础知识铁磁材料的分类：

铁磁材料按其磁性能可分为软磁材料、硬磁材料、矩磁材料三种类型。不同类型的磁滞回线。第18页，共39页，2022年，5月20日，14点16分，星期五

磁路的基础知识软磁材料

软磁材料的剩磁和矫顽磁力较小，磁滞回线形状较窄，但磁化曲线较陡，即磁导率较高，所包围的面积较小。它即容易磁化，又容易退磁，一般用于有交变磁场的场合，如用来制造镇流器、变压器、电动机的铁芯。常见的软磁材料有纯铁、硅钢、合金材料等。第19页，共39页，2022年，5月20日，14点16分，星期五

磁路的基础知识硬磁材料硬磁材料的剩磁和矫顽磁力较大，磁滞回线形状较宽，所包围的面积较大。适用于制作永久磁铁，如扬声器、耳机、电话机、录音机（不容易轻易消磁）。常见的硬磁材料有碳钢、钴钢、铁镍铝钴合金等。第20页，共39页，2022年，5月20日，14点16分，星期五

磁路的基础知识矩磁材料矩磁材料的磁滞回线近似于矩形，剩磁很大，接近饱和磁感应强度，但矫顽磁力较小，易于翻转。常在计算机和控制系统中用做记忆原件（汽车上的机油更换提醒装置）和开关元件（声控开关、光控开关）。第21页，共39页，2022年，5月20日，14点16分，星期五

磁路的基础知识三、磁路的基本定律

1、磁路在通电的线圈周围和内部存在着磁场。在工程上为了得到较强的磁场常用导磁性能好的铁磁材料制成一定形状的铁芯，而将线圈绕在铁芯上。当线圈中通过电流时，铁芯即被磁化，使得其中的磁场大为增强，故通电线圈产生的磁通主要集中在由铁芯构成的闭合路径内，这种磁通集中通过的路径便称为磁路。第22页，共39页，2022年，5月20日，14点16分，星期五

磁路的基础知识用于产生磁场的电流称为励磁电流，通过励磁电流的线圈称为励磁线圈或励磁绕组。电路有之流和交流之分，磁路也分为直流磁路（如直流电磁铁和直流电动机）和交流磁路（如变压器、交流电磁铁、交流电动机），它们各具有不同的特点。此外，也有永久磁铁构成的磁路，它不需要励磁绕组。第23页，共39页，2022年，5月20日，14点16分，星期五

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2、磁路的欧姆定律在线圈中通入电流I时，在铁芯中就会有磁通Ø通过。铁芯中的磁通必与通过线圈的电流I、线圈匝数N以及磁路的截面积S成正比，与磁路的长度成反比，还与组成磁路的材料的导磁率μ成正比。

Ø为磁通μ为导磁率

I为流过的电流F为磁场力

N为线圈匝数Rm为磁阻

S为磁路的横截面积

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磁路的基础知识Ø为磁通μ为导磁率I为流过的电流F为磁场力N为线圈匝数Rm为磁阻S为磁路的横截面积

第25页，共39页，2022年，5月20日，14点16分，星期五

磁路的基础知识磁路与电路的类似处第26页，共39页，2022年，5月20日，14点16分，星期五交流铁芯线圈电路一、电磁关系交流铁芯线圈电路，线圈的匝数为N，当在线圈两端加上正弦交流电压时，就有交变励磁电流i通过。在交变磁通IN的作用下产生交变磁通，其绝大部分通过铁芯，称为主磁通Ø，其余小部分从附近空气中通过，称为漏磁通Øδ。这两种交变的磁通都将在线圈中产生感应电动式。设线圈电阻为R，主磁通在线圈上产生的感应电动式为e，漏磁通产生的感应电动式为eδ,由基尔霍夫电压定律得它们之间的关系为:u=Ri-e-eδ第27页，共39页，2022年，5月20日，14点16分，星期五交流铁芯线圈电路u=Ri-e-eδ在式中由于线圈电阻上的电压降Ri和漏磁通Øδ产生的感应电动式eδ都很小，与主磁通Ø产生的感应电动势e比较，可以忽略不计，故上式可写为:u≈-e上式是求磁路中的感应电动式，那么磁路中的外加电压U与那些参数有关呢？U=4.44fNØm式中，Øm磁通的单位是韦伯（Wb）;f频率的单位是赫兹（Hz）；U外加电压的单位是伏特（V）。第28页，共39页，2022年，5月20日，14点16分，星期五交流铁芯线圈电路二、功率消耗在交流铁芯线圈电路中，除了在线圈电阻上有功率损耗外，在铁心中也会有功率损耗。线圈上损耗的功率称为铜损；铁芯上损耗的功率称为铁损，铁损包括磁滞耗损和涡流损耗两部分。第29页，共39页，2022年，5月20日，14点16分，星期五

1、磁滞损耗铁磁材料交变磁化的磁滞现象所产生的铁损称为磁滞损耗。它是由铁磁材料内部磁畴反复转向，磁畴间相互摩擦引起铁芯发热而造成的损耗。铁芯单位体积内每周期产生的磁滞损耗与磁滞回线所包围的面积成正比。为了减小磁滞损耗，交流铁芯均有软磁材制成。第30页，共39页，2022年，5月20日，14点16分，星期五2、涡流损耗铁磁材料不仅有导磁能力，同时也有导电能力，因而在交变磁通的作用下铁芯内将产生感应电动势和感应电流，感应电流在垂直于磁通的铁芯平面内围绕磁力线呈漩涡状，故称为涡流。涡流使铁芯发热，其功率损耗为涡流损耗。第31页，共39页，2022年，5月20日，14点16分，星期五为了减小涡流，可采用硅钢片叠成的铁芯，它不仅有较高的导磁率，还有较大的电阻率，可使铁芯的电阻增大，涡流减小，同时，硅钢片的两面涂有绝缘漆，使硅片之间互相绝缘，可把涡流限制在一些狭长的界面内流动，从而减小了涡流损耗。所以各种交流电动机、变压器等电气设备的铁芯普遍采用硅钢片叠成。第32页，共39页，2022年，5月20日，14点16分，星期五三、电磁