磁路与铁心线圈电路

关于磁路与铁心线圈电路第1页，共47页，2023年，2月20日，星期五一、磁路3.1磁路及其分析方法磁路：主磁通所经过的闭合路径。i

线圈通入电流后，产生磁通，分主磁通和漏磁通。：主磁通：漏磁通铁心（导磁性能好的磁性材料）线圈第2页，共47页，2023年，2月20日，星期五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。1、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）

1T＝104Gs的单位：韦伯矢量二、磁场的基本物理量第3页，共47页，2023年，2月20日，星期五2、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，这样的磁场则称为均匀磁场。＝BS的单位：伏•秒，通称为韦[伯]Wb

或麦克斯韦Mx1Wb＝108Mx

第4页，共47页，2023年，2月20日，星期五3、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：亨／米矢量4、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。第5页，共47页，2023年，2月20日，星期五•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

或第6页，共47页，2023年，2月20日，星期五磁性材料的磁性能

一、高导磁性

指磁性材料的磁导率很高，

r>>1，使其具有被强烈磁化的特性。三、磁性材料的磁性能高导磁性、磁饱和性、磁滞性、非线性

磁性物质的磁化第7页，共47页，2023年，2月20日，星期五二、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：B和与H的关系第8页，共47页，2023年，2月20日，星期五三、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（H＝0），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第9页，共47页，2023年，2月20日，星期五BrHcH（I）B(φ)0BrHcH（I）B(φ)0BrHcH（I）B(φ)0铁磁材料分类：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（磁滞回线接近矩形。可用做记忆元件）。第10页，共47页，2023年，2月20日，星期五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。1、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.即四、磁路的分析方法第11页，共47页，2023年，2月20日，星期五其中lx＝2x是半径为x的圆周长Hx是半径

x

处的磁场强度F＝NI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，各处的磁场强度相等）中，如环形线圈，安培环路定律可写成：第12页，共47页，2023年，2月20日，星期五讨论磁场内某一点的磁场强度H与有关吗？

由上式可知，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H与B不成比例第13页，共47页，2023年，2月20日，星期五2、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为磁路的截面积磁路长度L线圈匝数NI第14页，共47页，2023年，2月20日，星期五磁路和电路的比较（一）磁路电路磁通INR+_EI磁压降磁通势电动势电流电压降U第15页，共47页，2023年，2月20日，星期五基本定律

磁阻磁感应强度安培环路定律磁路IN欧姆定律电阻电流强度基氏电压定律基氏电流定律磁路与电路的比较(二)电路R+_EI第16页，共47页，2023年，2月20日，星期五3、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F＝NI。

计算均匀磁路要用磁场强度H，即NI＝Hl，

如磁路由不同的材料、长度和截面积的几段组成，则磁路由磁阻不同的几段串联而成。

NI＝H1l1＋H2l2＋＝（Hl）第17页，共47页，2023年，2月20日，星期五如：由三段串联而成的继电器磁路NI＝H1l1＋H2l2＋H0б＝（Hl）第18页，共47页，2023年，2月20日，星期五励磁电流：在磁路中用来产生磁通的电流励磁电流直流

-------直流磁路

交流

-------交流磁路磁路分析直流磁路交流磁路3.2交流铁心线圈电路铁心线圈分为：直流铁心线圈和交流铁心线圈第19页，共47页，2023年，2月20日，星期五IU直流磁路的特点:

一定一定磁动势F=IN一定磁通和磁阻成反比（线圈中没有反电动势）（R

为线圈的电阻）一.直流磁路的分析第20页，共47页，2023年，2月20日，星期五二.交流磁路的分析(交流铁心线圈电路)：主磁通：漏磁通ui1.电磁关系第21页，共47页，2023年，2月20日，星期五电路方程：一般情况下交流激励线圈中产生感应电势：主磁通：漏磁通的感应电势

和产生2.电压电流关系ui+-++--第22页，共47页，2023年，2月20日，星期五假设则最大值有效值ui+-++--第23页，共47页，2023年，2月20日，星期五一定时磁动势IN随磁阻的变化而变化。当外加电压U、频率f

与线圈匝数N一定时，便基本不变。根据磁路欧姆定律，当

交流磁路的特点:ui+-++--第24页，共47页，2023年，2月20日，星期五交流磁路中磁阻对电流的影响

电磁铁吸合过程的分析：

在吸合过程中若外加电压不变,则基本不变。iu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

如果气隙中有异物卡住，电磁铁长时间吸不上，线圈中的电流一直很大，将会导致过热，把线圈烧坏。

注意：第25页，共47页，2023年，2月20日，星期五(U不变，I不变）(I

随Rm

变化）（

U不变时，基本不变）直流磁路交流磁路磁路小结（随Rm变化）第26页，共47页，2023年，2月20日，星期五铁损PFe:磁滞损耗:

Ph:磁滞现象引起铁芯发热造成的损失。涡流损耗Pe:交变磁通在铁芯中产生的感应电流（涡流），造成的损失。克服方法:1.磁滞损耗:选用软磁材料.2.涡流损耗:采用硅钢片,叠加而成3.功率损耗铜损Pcu:——线圈电阻R上的损耗（）.铁心线圈交流电路的有功功率为：Ph=UIh=KhfBmVPe=UIe=Kef2BmV2=1.62Bm<1TBm>1T第27页，共47页，2023年，2月20日，星期五变压器是变换各种交流电压的电器。它是利用电磁感应定律并通过磁路的耦合作用,把某一个数量级的交流电压，变换成同频率的另一个数量级的交流电压的能量变换装置。3.3变压器

发电厂1.05万伏输电线22万伏升压变电站1万伏降压

变压器应用举例实验室380/220伏降压仪器36伏降压…降压第28页，共47页，2023年，2月20日，星期五变压器铁心:硅钢片叠压而成。变压器绕组:高强度漆包线绕制而成。其它部件:油箱、冷却装置、保护装置等。铁心线圈2.构造壳式变压器心式变压器铁心线圈按用途分:

电力变压器，特种用途变压器。按相数分:单相、三相和多相变压器。按绕组数分:双绕组、多绕组及自耦变压器。1.分类概述第29页，共47页，2023年，2月20日，星期五各式各样的变压器第30页，共47页，2023年，2月20日，星期五单相变压器铁芯一次绕组二次绕组结构：3.3.1变压器的工作原理第31页，共47页，2023年，2月20日，星期五电磁关系：N1N2变压器符号：N1N2第32页，共47页，2023年，2月20日，星期五空载运行：一次绕组接入电源，二次绕组开路。接上交流电源

一次绕组电流i1等于励磁电流i10

产生感应电动势

i10

产生磁通（交变）1.电压变换-+-+第33页，共47页，2023年，2月20日，星期五结论：改变匝数比，就能改变输出电压。K为变比根据交流磁路的分析可得：时第34页，共47页，2023年，2月20日，星期五负载运行：Z

二次绕组带负载后对磁路的影响：在二次绕组感应电压的作用下，二次绕组线圈中有了电流i2。此电流在磁路中也会产生磁通，从而影响一次绕组电流i1。但当外加电压、频率不变时，铁芯中主磁通的最大值在变压器空载或有负载时基本不变

。所以，带负载后磁动势的平衡式为：2.电流变换第35页，共47页，2023年，2月20日，星期五结论：一次、二次绕组电流与匝数成反比

由于变压器铁芯材料的导磁率高、空载励磁电流很小，可忽略。即：第36页，共47页，2023年，2月20日，星期五从一次绕组等效：结论：变压器一次绕组侧的等效负载，为二次绕组所带负载乘以变比的平方。

3.阻抗变换u1i1RL’第37页，共47页，2023年，2月20日，星期五例：扬声器上如何得到最大输出功率RsRL信号源设：信号电压的有效值:U1=50V;信号内阻：Rs=100;负载为扬声器，其等效电阻：RL=8。求：负载上得到的功率解：（1）将负载直接接到信号源上，得到的输出功率为：第38页，共47页，2023年，2月20日，星期五Rs（2）将负载通过变压器接到信号源上。输出功率为：设变比则：结论：由此例可见加入变压器以后，输出功率提高了很多。第39页，共47页，2023年，2月20日，星期五二次输出电压和输出电流的关系。即：U2I2U20U20：一次边加额定电压、二次边开路时，二次边的输出电压。一般供电系统希望要硬特性（随I2的变化，U2

变化不多）3.3.2变压器的外特性第40页，共47页，2023年，2月20日，星期五为防止涡流损失，铁芯一般由一片片导磁材料叠成(如硅钢片)。变压器的损耗包括两部分：铜损(PCU)：绕组导线电阻所致。磁滞损失：磁滞现象引起铁芯发热，造成的损失。涡流损失：交变磁通在铁芯中产生的感应电流（涡流），造成的损失。铁损()：PFE3.3.3变压器的损耗与效率()第41页，共47页，2023年，2月20日，星期五一.自耦变压器ABP

使用时，改变滑动端的位置，便可得到不同的输出电压。实验室中用的调压器就是根据此原理制作的。注意：原、副边千万不能对调使用，以防变压器损坏。因为N变小时，磁通增大，电流会迅速增加。3.3.4特殊变压器简介（调压器）第42页，共47页，2023年，2月20日，星期五二.电流互感器：用低量