模块6 磁路简介《电工技术基础》教学课件

《电工技术基础》✩精品课件合集第X章XXXX模块6

磁路简介第二篇

电机与控制第六章

磁路简介第七章变压器第八章电动机第九章继电-接触器控制电路设计与分析第六章磁路简介第一节磁场的基础知识第二节磁性材料第三节磁路基础和磁路的基本定律第四节直流磁路第五节交流磁路与交流铁芯线圈第六节电磁铁第一节磁场的基础知识一、磁感应强度B二、磁通Ф三、磁场强度H四、磁导率

五、磁场能量六、安培环路定律很多电气设备的工作原理既涉及到电路问题又涉及到磁路问题，如电动机、变压器、继电器、电磁阀以及电工测量仪表等。磁感应强度是描述磁场强弱和方向的基本物理量。B也被称为磁通量密度或磁通密度。定义：单价正电荷在磁场中以单位速度沿与磁场垂直方向运动时所受的最大磁场力。它的方向与产生磁场的励磁电流的方向遵循右手螺旋定则，即一、磁感应强度B

B的单位为特斯拉（Tesla），简称特（T）。磁通又称磁通量，是通过某一截面积的磁力线总数。定义：二、磁通Ф

如果磁场中的B大小处处相等，方向相同，这样的磁场为均匀磁场。如果磁场方向与所取截面S垂直，则

B越大，S越大，穿过这个面的磁感线条数就越多，磁通量就越大。

的单位为韦伯（Wb）。磁场强度是线圈安匝数的一个表征量，反映磁场的强弱。磁场强度H与磁感应强度B关系式：三、磁场强度H

H的单位为安/米（A/m）。磁导率是表征磁介质磁性的物理量。物质按导磁性能分为铁磁物质和非铁磁物质两类。四、磁导率

的单位为亨利/米（H/m）。

任意一种物质的磁导率

和真空的磁导率

0的比值，称为该物质的相对磁导率

γ

，即真空磁导率:

当线圈中通有电流时，线圈中就要储存磁场能量。五、磁场能量磁场能量和电场能量有许多相同的特点：（1）磁场能量和电场能量在电路中的转化都是可逆的。

（2）磁场能量的计算公式，在形式上与电场能量的计算公式相同。安培环路定律也称全电流定律，在磁场中，任取一闭合路径，沿此路径对磁场强度H的矢量的线积分恒等于积分线所环链的传导电流的代数和，即六、安培环路定律电流的正负确定：任意选定一个闭合回线的绕行方向，凡与绕行方向成右手旋螺旋关系时为正，反之为负。第二节磁性材料一、磁性材料的主要特性二、磁性材料的分类一、磁性材料的主要特性磁性材料主要是指铁、镍、钴及合金。无论磁性材料还是非磁性材料在无外界磁场的环境中都不显磁性，一旦有外界磁场，磁性材料就会显示很强的磁性，即磁性材料被磁化了。磁性材料的磁化示意图(a)无外磁场磁畴排列杂散(b)在外磁场作用下，磁畴排列趋于一致B非磁性材料没有磁畴结构，不具有磁化特性。1.磁导率高磁性材料在磁化过程中，磁感应强度B随外加磁场强度H变化的曲线称为磁化曲线。1

是合成的总磁场的磁化曲线；2

是磁性材料的磁化曲线；3

是真空的磁化曲线磁性材料因磁化产生的磁场是不会无限制增加，当外磁场增大到一定程度时，全部磁畴都会转向与外场方向一致。这时的磁感应强度将达到饱和值（即磁性材料的磁饱和性）。2.磁饱和性一、磁性材料的主要特性3.磁滞现象

(1)磁滞回线。磁滞性则主要表现在当将一块尚未磁化的铁磁材料放在磁场内反复交变磁化，便可获得一个对称于原点的闭合曲线，称为磁滞回线。一、磁性材料的主要特性（2）矫顽磁力。Bm为饱和磁感应强度，当磁化电流减小使H为0时，B的变化滞后于H，有剩磁Br。为消除剩磁，须加反向磁场Hc，称为矫顽磁力。（3）磁滞损耗。产生磁滞现象的原因是铁磁材料中磁分子在磁化过程中彼此具有摩擦力而互相牵制。由此引起的损耗叫磁滞损耗。三、磁性材料的分类

根据磁性材料特性各用途通常分为三大类：H0B永磁材料

0HB矩磁材料H0B软磁材料其剩磁较大而矫顽力较高，磁滞回线面积较大。其矫顽磁力较小，磁滞回线较窄。

其剩磁大而矫顽磁力小，磁滞回线为矩形。三、磁性材料的分类几种常用磁性材料的磁化曲线第三节磁路基础和磁路的基本定律一、磁路基础二、磁路的基本定律三、磁路的分析与计算一、磁路基础

磁路是由铁芯与线圈构成，使磁通绝大部分通过的闭合回路。磁路通常由铁磁材料及空气隙两部分组成。

典型磁路示意图

构成磁路的重要材料是铁磁性材料，铁磁性材料主要有铸钢、硅钢片、铁及与钴镍的合金、铁氧体等，它们在外磁场的作用下将被强烈地磁化，使磁场显著增强，可以把绝大部分磁力线集中在其内部和一定的方向上。二、磁路的基本定律1.磁路欧姆定律

设由某种铁磁材料构成的均匀磁路，其长度为l，截面积为S，由于磁路上各点的µ值、B值相等，磁场强度H也相等，故通过S截面的磁通Φ可表示为根据安培环路定律，对于均匀磁路有N为绕组的匝数，由于积分与路径无关，只与路径内包含的导体电流的大小和方向有关，可见电流是产生磁场的源泉，即Fm称为磁通势二、磁路的基本定律1.磁路欧姆定律令磁阻磁路欧姆定律二、磁路的基本定律2.磁路的基尔霍夫第一定律穿过任一闭合面的磁通等于穿出该闭合面的磁通。二、磁路的基本定律3.磁路的基尔霍夫第二定律在任一闭合磁路中，磁动势NI之和等于各段上磁压降Hl之和。三、磁路的分析与计算例：一闭合均匀铁心磁路，线圈匝数N＝300匝，磁路平均长度l＝0.45m，要求在铁心中产生0.9T的磁感应强度B。试求：①当磁路用铸铁材料时，线圈中励磁电流I；

②当用硅钢片时，线圈中励磁电流I。

解：从B─H磁化曲线上查出磁场强度

解：从B─H磁化曲线上查出磁场强度

铸铁铸钢硅钢片铸铁铸钢硅钢片B=0.9TH铸＝9000A/mH硅＝260A/m三、磁路的分析与计算H铸＝9000A/m

H硅＝260A/m

励磁电流I

在不同材料的磁路中要得到同样大小的磁感应强度，所需的激励电流大小不同，而且相差很大。采用高导磁材料做铁心，材料用量下降，设备体积相应减少。三、磁路的分析与计算第四节直流磁路

铁芯线圈的电磁关系有两种：一种是用直流励磁，另一种是用交流励磁。

直流励磁的铁芯线圈，磁通恒定，电流I的大小只与线圈电阻R有关，功率损耗也只有I

2R，即所谓铜损。

交流铁芯线圈的电磁关系与功率损耗等是比较复杂的，它也是变压器与交流电机的基础。直流磁路的计算例1：有一线圈，其匝数N＝800匝，绕在由铸钢制成的闭合铁芯上，铁芯的截面积SFe=20cm

2，铁芯的平均长度lFe＝40cm。如果要在铁芯中产生磁通Ф=0.002Wb，试求线圈中应该通入多大的直流电？

解：从B─H磁化曲线上查出磁场强度

查铸钢的磁化曲线图得（T）直流磁路的计算例2：如果上题的铁芯中含有δ=0.3cm的空气隙（与铁芯柱垂直），由于空气隙较短，磁通的边缘扩散可以忽略不计，试问线圈中的电流必须多大才可以使铁芯中的磁感应强度保持上题中的数值？解：由上题可知查从B─H磁化曲图得直流磁路的计算例3：一个环形线圈如图所示，其外径D1=86mm，内径D2＝74mm，线圈匝数N＝100匝，励磁电流I＝1.25A。若环形线圈的心子分别采用铸钢、电工钢片和非磁性材料塑料制成，试分别计算磁路中的磁通和它们的磁导率。解：磁路的平均长度l（m）（A/m）环形铁芯的截面积S直流磁路的计算例3：一个环形线圈如图所示，其外径D1=86mm，内径D2＝74mm，线圈匝数N＝100匝，励磁电流I＝1.25A。若环形线圈的心子分别采用铸钢、电工钢片和非磁性材料塑料制成，试分别计算磁路中的磁通和它们的磁导率。查B─H磁化曲图得，H＝500A/m时铸钢的磁感应强度B＝0.64T电工硅钢片的磁感应强度B＝1.25T。解：l=0.25mH=500A/mS=2.8310-5m2直流磁路的计算解：l=0.25mH=500A/mS=2.8310-5m2铸钢B＝0.64T硅钢片B＝1.25T。塑料（Wb）（Wb）（Wb）（H/m）（H/m）（H/m）（T）第五节交流磁路与交流铁芯线圈一、磁通与电压的关系

二、铁芯线圈的功率损耗

三、交流铁芯线圈的等效电路交流铁心线圈电路铁心线圈分为两种直流铁心线圈电路

直流铁心线圈外加直流产生的磁通是恒定的，在线圈和铁心中不会产生感应电动势。如：直流电机的励磁线圈、电磁吸盘及各种直流电器的线圈。交流铁心线圈外加正弦交流电压产生的磁通是正弦交变磁通，其建立的磁场是正弦交变磁场。如：交流电机、变压器及各种交流电器的线圈。一、磁通与电压的关系

磁通的绝大部分在铁芯内流通，这部分磁通称为主磁通Ф。

Ф产生的主磁电动势为e。极少部分通过周围的空气闭合，称为漏磁通Фσ。

Фσ产生的漏磁电动势为eσ交流铁心线圈电路一、磁通与电压的关系KVL：一、磁通与电压的关系

因漏磁通Фσ和线圈电阻R均较小，则1.铜损耗铜损功率损耗铁损磁滞损耗涡流损耗二、铁芯线圈的功率损耗铜损是指电流在线圈导线电阻上产生的损耗，即2.铁损耗(1)磁滞损耗

磁滞损耗是指铁磁物质在交变磁化过程中，由于磁滞现象而引发的能量损耗。二、铁芯线圈的功率损耗2.铁损耗(1)磁滞损耗(2)涡流损耗导体在非均匀磁场中移动或处在随时间变化的磁场中时，导体内感生电流导致的能量损耗，叫涡流损耗。三、交流铁芯线圈的等效电路例：将一个匝数N＝100匝的铁芯线圈接到电压US＝220V的工频正弦电源上，测得线圈的电流I＝4A，功率P＝100W。不计线圈电阻及漏磁通，试求铁芯线圈的主磁通Φm，串联电路模型的Z0，并联电路模型的Y0。解：由US＝4.44fNΦm得

三、交流铁芯线圈的等效电路第六节电磁铁一、直流电磁铁

二、交流电磁铁

三、电磁铁的应用电磁铁是自动控制系统中广泛应用的一种执行元件。它是利用通电线圈在铁芯中产生磁场、电磁场对磁性材料产生吸力的原理制造的机构，统称为电磁铁。电磁铁的种类很多，但基本结构是相同的。一般由励磁线圈、铁芯及衔铁三部分构成电磁铁电磁铁按励磁电流分为直流电磁铁和交流电磁铁两种。

直流电磁铁衔铁所受到的吸力F的大小和两极间的磁感应强度B成正比。此外，在B为一定值的情况下，若气隙磁路的面积S越大，则吸力也越大。电磁力为一、直流电磁铁F单位为N（牛顿）

直流电磁铁中没有涡流损耗，所以铁芯由整块的硅钢制成。另外，在直流电磁铁中，励磁电流的大小仅与线圈的导线电阻有关，不因气隙的大小而变化，当电压一定时电流也为定值。