第11章磁路和铁心线圈

第１１章磁路和铁心线圈本章要点理解磁感应强度、磁通、磁导率等基本物理量的意义和单位。理解磁性材料的磁性能以及导磁体与非导磁体，磁饱和性，磁滞性，磁化曲线与磁滞回线及其性质。了解分析磁路的基尔霍夫定律，磁阻与磁导，电路与磁路各物理量的类比关系。理解交流铁心线圈电路中波形畸变的情况和磁滞损耗、涡流损耗的特点。了解交流铁心线圈电路中的电磁关系、电压电流关系以及电路模型。2第１１章磁路和铁心线圈主要理论及工程应用导航在工程上广泛应用的电磁铁、电机、变压器、继电器等电气设备一般都具有铁心线圈。线圈通电后铁心就构成磁路，在分析时不仅有电路问题，同时也有磁路问题，因此必须研究磁和电之间的相互作用及其转化关系，掌握磁路的基本规律，才能对各种电工设备进行全面的分析。本章先复习有关电磁方面的基本知识，介绍铁磁物质的磁化曲线及磁路的基本概念和定律，说明交变磁通磁路的波形畸变和铁心损耗，最后分析交流铁心线圈及其等效电路。3１１．１磁路的基本物理量及性质我们在物理课的学习中已经对基本的磁现象有所了解。在磁极或任何电流回路的周围以及被磁化后的物体内外，都对磁针或运动电荷具有磁力作用，这种有磁力作用的空间称为磁场。磁路实质上是局限在一定路径内的磁场，因此磁路的分析计算实际上是磁场的求解问题。描述磁场的几个主要物理量及磁场的基本性质是分析磁路的基础。所以我们先对磁场的基本知识做一回顾。4１１．１．１磁感应强度5１１．１．２磁通6１１．１．２磁通7１１．１．３磁导率8１１．１．４磁场强度9１１．１．５磁场的基本性质１．磁通连续性原理２．安培环路定理（或称全电流定理）10１１．２铁磁物质的磁化曲线为了能在一定的励磁磁动势作用下激励较强的磁场，从而使电机及变压器等器件的尺寸缩小，重量减轻，性能改善，就必须增加磁路的磁导率μ，由于铁磁物质具有高磁导性能，工程上往往利用它来使尽可能多的磁通约束在有限的范围内，所以电机和变压器的铁心用导磁率较高的铁磁材料组成。本节专门介绍铁磁材料的磁化特性。11１１．２．１铁磁物质的磁化12１１．２．２磁化曲线１．起始磁化曲线２．磁滞回线13１１．２．２磁化曲线３．基本磁化曲线14１１．３磁路和磁路定律11.3.1磁路工程上需要强磁场的场合，都用磁路来实现，如各种电机、变压器、继电器、接触器、电磁铁和电磁仪表等电器设备中都有铁磁材料制成的磁路，如图１１-７所示。15１１．３．２磁路的基本定律１．磁路的基尔霍夫第一定律２．磁路的基尔霍夫第二定律16１１．３．２磁路的基本定律３．磁路的欧姆定律17１１．３．３磁路和电路的类比和区别１．磁路和电路的类比２．电路与磁路的区别18１１．４交变磁通磁路１１．４．１磁损耗１．磁滞损耗２．涡流损耗19１１．４．２线圈电压与磁通的关系20１１．４．３正弦电压作用下磁化电流的波形21１１．４．４正弦电流作用下磁通的波形22１１．４．４正弦电流作用下磁通的波形23１１．５交流铁心线圈含铁心的线圈是电工中常见的器件。由于其中的磁饱和、磁滞及涡流现象的存在，对它的精确分析比较复杂，也难以建立准确的电路模型。本节将利用等效正弦波的处理方法建立铁心线圈在交流电路中的近似电路模型，即采用等效正弦电流替代实际的非正弦电流，其条件是两者的有效值相等，并保持有功功率不变。当然，这只有在高次谐波不显著时才相对准确。按照上述处理方法，下面分析在不同条件下，铁心线圈在交流电流电路中的近似模型。2411.5.1不考虑线圈电阻及漏磁通的电路模型由磁路计算或由实验测得励磁电流后，根据图１１-１３（ａ）所示的相量关系，可以作出铁心线圈在这种情形下的电路模型如图１１-１３（ｂ）所示，它由一个电纳和一个电导并联组成，有2511.5.1不考虑线圈电阻及漏磁通的电路模型2