第6章 磁路与铁心线圈电路

一、磁场的基本物理量1.磁感应强度磁感应强度B是表示磁场空间某点的磁场强弱和方向的物理量。它是矢量。磁场对电流(或运动电荷)有作用，而电流(或运动电荷)也将产生磁场。电流(或运动电荷)电流(或运动电荷)磁场单位：特斯拉、高斯1特斯拉=104高斯第6章磁路与铁心线圈电路§6.1磁路及其分析方法磁感应强度B

在面积S

上的通量积分称为磁通如果是均匀磁场，即磁场内各点磁感应强度的大小和方向均相同，且与面积S

垂直，则该面积上的磁通为或故又可称磁感应强度的数值为磁通密度。2.磁通如果用磁力线描述磁场，磁力线的密度就反映了磁场的大小。通过某一面积的磁力线总数应表示通过该面积的磁通的大小。由于磁通的连续性，磁力线是闭合的空间曲线。根据电磁感应公式磁通的单位为伏·秒(V·s)，由此，磁感应强度的单位也可表示为韦伯每平方米

(Wb/m2)。3.磁场强度磁场强度

H

是计算磁场时常用的物理量，也是矢量。通过它来确定磁场与电流之间的关系。

工程上常根据安培环路定律来确定磁场与电流的关系上式左侧为磁场强度矢量沿闭合回线的线积分；右侧是穿过由闭合回线所围面积的电流的代数和。磁场强度的单位是安每米（A/m）。磁导率μ是表示磁场空间媒质磁性质的物理量，是物质导磁能力的标志量。它与磁场强度的乘积就等于磁感应强度，即磁导率的单位真空磁导率μ0：实验测得，真空的磁导率4.磁导率相对磁导率：某种物质的磁导率μ与真空磁导率μ0的比值称为相对磁导率，用μr表示。上式说明，在同样电流的情况下，磁场空间某点的磁感应强度与该点媒质的磁导率有关，若媒质的磁导率为μ，则磁感应强度B

将是真空中磁感应强度的μr倍。非磁性材料的相对磁导率为常数且接近于1；磁性材料的相对磁导率则很大。磁性材料主要是指铁、钴、镍及其合金。它们主要的磁性能如下。1.

高导磁性磁性材料的磁导率很大，μr>>1，可达102~105量级。由于高导磁性，在具有铁心的线圈中通入不大的励磁电流，便可以产生足够大的磁通和磁感应强度。二、磁性材料的磁性能磁性物质因磁化产生的磁场是不会无限制增加的，当外磁场(或激励磁场的电流)增大到一定程度时，这时的磁感应强度将达到饱和值（红色曲线）。HB，μOμBμ与H的关系磁性物质的磁导率，由于B与H不成正比，所以不是常数，随H而变。2.磁饱和性

在铁心线圈通有交变电流时，铁心将受到交变磁化。但当H减少为零时，B并未回到零值，出现剩磁Br。BHO磁感应强度滞后于磁场强度变化的性质称为磁滞性。如图为磁性物质的磁滞回线。要使剩磁消失，通常需进行反向磁化。将B=0时的H

值称为矫顽磁力

Hc，（见图中3和6所对应的点。）12356143.磁滞性

根据滞回曲线和磁化曲线的不同，大致分成三类：(1)软磁材料其矫顽磁力较小，磁滞回线较窄。(铁心)(2)永磁材料其矫顽磁力较大，磁滞回线较宽。(磁铁)(3)矩磁材料其剩磁大而矫顽磁力小，磁滞回线为矩形。(记忆元件)HBHBHB磁性物质的分类铸铁、铸钢及硅钢片的磁化曲线铸铁铸钢硅钢片铸铁铸钢硅钢片材料名称常用磁性材料的最大相对磁导率、剩磁及矫顽磁力NI为了使励磁电流产生尽可能大的磁通，在电磁设备或电磁元件中要放置一定形状的铁心。绝大部分磁通将通过铁心形成闭合路径——磁路。如图所示的磁路，根据安培环路定律得出N——线圈匝数l——磁路（闭合曲线）的平均长度H——磁路铁心的磁场强度三、磁路的分析方法线圈匝数与电流的乘积NI称为磁通势，用字母F表示，即磁通就是由它产生的，其单位为安[培]（A）。将和代入，可得Rm

为磁阻，是磁路对磁通具有阻碍作用的物理量；S为磁路的截面积。此式与电路中的欧姆定律在形式上相似，称为磁路的欧姆定律。两者对照如下：磁路电路磁通Φ磁感应强度B磁阻R=l/S电动势

E电流

I电流密度J电阻

R=l/γSNI+–EIR磁通势

F变压器是基于电磁感应原理而制成的电器设备用途变电压，变电流，变阻抗构造心式和壳式两种心式变压器壳式变压器§6-3变压器一、变压器的用途、构造初级绕组N1名词介绍次级绕组N2一次绕组N1二次绕组N2原绕组副绕组电源侧负载侧什么是变压器空载运行？u~Z2s

一次绕组接电源二次绕组负载开路二、变压器的工作原理I0U1U20u~Z2s空载电流空载运行的结论一、二次绕组的电压之比等于其匝数之比，等于常数k，这就是变压器的变电压作用变压器空载运行时Z2

一次绕组接电源二次绕组接负载u~U1I1I2直接接在电源上的阻抗模|Z1|接在二次侧的负载阻抗模|Z2|任载运行结论变电流作用变电压作用变阻抗作用或变压器任载运行电压保持不变，变压器任载后，由于一、二次侧均有电流通过，必然在一次侧、二次侧内阻抗上产生电压降，从而使二次电压随负载电流增加变小。称为变压器的外特性。变压器外特性三、变压器的外特性和额定值1.外特性

通常希望电压U2的变动愈小愈好。从空载到额定负载，二次绕组电压的变化程度用电压变化率U表示，即一般变压器中，由于其电阻和漏磁感抗均很小，电压变化率约为5％左右。一般变压器的额定值在其铭牌上给出。额定电压一次额定电压U1N正常时一次绕组所加电压的有效值。二次额定电压U2N一次电压为U1N时，变压器空载时对应二次侧的空载电压有效值，即U20=U2N额定频率额定频率50Hz2.额定值额定容量指二次侧的输出额定视在功率即：额定电流一次额定电流I1N一次绕组加额定电压，正常工作时一次绕组允许长期通过的最大电流有效值。二次额定电流I2N一次绕组加额定电压，正常工作时二次绕组允许长期通过的最大电流有效值。变压器损耗△p包括铁心中的铁损△pFe

和绕组上的铜损△pCu

。铁损与铁心内磁感应强度的最大值Bm有关，铜损与负载大小有关。一次侧输入功率p1

，二次侧输出功率p2，效率为η△p=△pFe

+△pCu变压器的功率损耗很小，效率通常可达95%以上。四、变压器的损耗和效率1.自耦变压器结构特点是二次绕组是一次绕组的一部分。2.电流互感器~利用电流互感器将大电流变换为小电流。五、特殊变压器按电压分升压变压器降压变压器按绕组分双绕组变压器多绕组变压器自耦变压器按相数分单相变压器三相变压器按绝缘介质分干式变压器油浸变压器气体绝缘变压器变压器的分类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。衔铁的动作可使其他机械装置发生联动。当电源断开时，电磁铁的磁性随着消失，衔铁或其他零件即被释放。铁心线圈衔铁一、结构二、工作原理通电的铁心线圈对衔铁会产生吸力§6-4电磁铁铁心线圈衔铁衔铁的吸合在瞬间完成铁心线圈衔铁通电演示电磁铁的吸力是其主要参数之一。计算吸力的基本公式为：铁心中的磁通是交变的，设吸力平均值由f=1/2Fm(1-cos2wt)可知，吸力在零与最大值之间脉动。因而衔铁以两倍频率在颤动，引起噪声，同时触点容易损坏。为了消除这种现象，可在磁极的部分端面上套一个分磁环。在分磁环中产生感应电流，以阻碍磁通变化，使磁极两部分中的磁通之间产生一相位差，因而磁极各部分的吸力也就不会同时降为零，就消除了衔铁的颤动，也出去了噪音。交流电磁铁的铁心是由钢片叠成，直流电磁铁中，铁心是用整个软钢制成的。电流恒定，无感应电动势产生无磁滞和涡流损耗，可使用整块铁心3.吸合后，励磁电流不变，F1.吸力是交变的，铁心需加分磁环2.励磁电流吸合前大，吸合后减小。前后吸力不变3.铁心和衔铁均由硅钢片叠成，为减小铁损。交、直流电磁铁的特点直流电磁铁特点交流电磁铁特点磁悬浮列车德国：常规磁铁吸引式悬浮系统EMS系统，利用常规的电磁铁与一般铁性物质相吸引的基本原理，把列车吸引上来，悬空