附录A磁路和铁心线圈

会计学1附录附录A 磁路和铁心线圈磁路和铁心线圈 磁路的基本概念 由于铁磁材料的高磁导率，铁芯有使磁感应通量集中到自己内部的作用。工程上把由磁性材料组成的、（ 可包括气隙），能使磁力线集中通过的整体，称为磁路。 磁路特点铁心中的磁场比周围空气中的磁场强得多； 在限定的区域内利用较小的电流获得较强的磁场;主磁通远远大于漏磁通； A.1 磁场和磁路第1页/共28页(a) 变压器(b) 接触器(c) 继电器(d) 四极电机(e) 永磁式电磁仪表 几种常见的磁路第2页/共28页 根据电磁场理论，磁场是由电流产生的，它与电流在空间的分布和周围空间磁介质的性质密切相关。描述磁场的基本物理量是磁感应强度B和磁场强度H。1. 磁感应强度B磁感应强度是根据洛仑兹力定义的。 定义穿过磁场中给定曲面S的磁感应强度B 的通量为磁通：单位是：特斯拉（T）第3页/共28页sSB dWb (韦伯) 若S面为闭合曲面0dSB 磁通 是标量。磁通连续性原理表明磁力线是无头无尾的闭合曲线，定义穿进闭合曲面的磁通为负，穿出闭合曲面的磁通为正，两者的绝对值相等，这就是磁通连续性原理。这一性质是建立在自然界不存在磁荷的基础上。sSB dWb (韦伯) 第4页/共28页 几乎所有的气体、液体和固体，不论其内部结构如何，放入磁场中都会对磁场产生影响，表明所有的物质都有磁性，但大部分媒质的磁性较弱，只有铁磁物体才有较强的磁性。4.磁场强度H引入磁场中感受轻微推斥力的物质。所有的有机化合物和大部分无机化合物是抗磁体。抗磁体引入磁场中感受轻微吸引力拉向强磁场的物质。铝和铜等金属是顺磁体。顺磁体第5页/共28页定义：磁场强度 单位：A/m考虑媒质的磁化，引入磁场强度H 由于磁性材料的不是常量，在磁路中上述关系为非线性关系。HB 在磁场中，对H的任意闭合线积分等于穿过闭合路径所界定面的传导电流的代数和：)( dm安匝FNillH安培环路定律：第6页/共28页A.2 铁磁物质的磁化曲线1.铁磁质的磁特性用BH曲线来描述磁滞曲线第7页/共28页 磁滞回线剩磁Br铁磁质反复磁化时的 B- H 曲线，通常通过实验的方法获得。去掉磁化场后，铁磁质还保留的剩余磁感应强度。基本磁化曲线 许多不饱和磁滞回线的正顶点的连线。第8页/共28页磁化曲线与温度有关，磁导率 一般随温度的升高而下降，高于某一温度时（居里点）可能完全失去磁性材料的磁性； 磁导率 随H变化，B与H为非线性关系。第9页/共28页2.铁磁质的分类 软磁材料 磁滞回线较窄，大，HC、Br小，断电后能立即消磁。 如硅钢、矽钢等 。磁损小，用于电机、变压器、整流器、继电器等电磁设备的铁芯。 硬磁材料 磁滞回线较宽， 小，HC、Br大， 充磁后剩磁大。如铁氧体 、钕铁硼 。用于永磁电机、电表、电扇，电脑存贮器等器件中的永磁体。第10页/共28页A.3 磁路的基本定律 磁路定律是磁场的磁通连续性原理和安培环路定律的具体应用，把其写成与电路定理相似的形式，从而可以借用有关电路的一些概念和分析问题的方法。分析的假设条件 漏磁很小，只考虑主磁通；因此，应用磁路定理计算实际只是一种估算。 铁心中的磁通平行磁路中心线且均匀分布。第11页/共28页1.磁路的基尔霍夫第一定律磁通连续性原理0dk21S SB 穿过磁路中不同截面结合处的磁通的代数和等于零。该定律形式上类似于电路中的KCL 。 0d 2211SkkSBSBSBSB或： 0SB or 0 11niiinii第12页/共28页0321注意磁通的参考方向2. 磁路的基尔霍夫第二定律安培环路定律 磁路中由磁路段的中心线组成的环路上各磁路段的Hl 的代数和等于中心线（环路）交链的磁通势的代数和。此定律形式上类似于电路中的KVL。第13页/共28页 当磁通参考方向与电流方向呈右螺旋关系，i 取正，否则取负。NilHlHlHlHlkk2211dm1kk1kkFINlHmknk22110022211)(iNiNLHLLHLH第14页/共28页n1kkkkkn1kkkk1kkSllBlHnkn1kkkRkkkkkkkSllHRm1mkkFkkmkINF磁势磁阻3. 磁阻的概念磁压 磁阻类似于电路中的非线性电阻。上式表示的磁阻是静态磁阻，由于 不是常数，直接计算磁阻不很方便。第15页/共28页4. 磁路与电路对比磁 压 Um =Rm磁 势 Fm =Ni 磁路公式可以写成与电路公式相似的形式电 压 U=iR电路磁路电 势 电 流 I 磁通量 磁导率 电导率 电 阻 SlR磁 阻 SlR m n1kmkk1kkmkRlHFnk磁路定理第16页/共28页A.4 恒定磁通磁路的计算恒定磁通磁路 磁路中各励磁线圈的电流是直流，磁路中的磁通和磁通势都是恒定的。磁路计算的问题 已知磁通（或磁感应强度B），求所需磁通势 ； 已知给定的磁通势，计算磁路中的磁通。 磁路计算目的是在已知磁路结构、尺寸及材料的情况下，找出磁通与磁动势之间的关系。一般分为两类问题：第17页/共28页例1.线性磁路的计算H11056000mAlR,H1 10561mAlR磁阻，问电流I？并求气隙的磁压Umo。 Wb104 . 041000,mm2 . 00NL,若在磁路中产生 已知磁路 L=20cm ， 截面积 2cm1A100r解这是一无分支均匀磁路第18页/共28页A400)(1m0mmRRF磁势A4 . 0/mNFI电流A2000m0mRU磁压m1Rm0R-+mF第19页/共28页 如果给定无分支磁路的磁通势而要求出该磁通势在磁路中激发的磁通，由于磁路各段的磁导率不是常数，因此需要采用试探法或图解法计算。 有分支的恒定磁通磁路的计算比较复杂，一般也要采用试探法或图解法求解。第20页/共28页A.5 交变磁通磁路简介 交变磁通磁路的计算比较复杂，需要计及磁饱和、磁滞和涡流等的影响。 1.磁滞损耗 在反复磁化的循环过程中铁芯内单位体积损耗的能量为磁滞损耗。工程上采用下列经验公式计算磁滞损耗。 hhmnPfB Vf 工作频率；Bm 磁感应强度最大值；V 铁心体积；n 与Bm 有关的系数。第21页/共28页PPBB+dB设在dt时间内磁化状态由P到P线圈感应电势证tdd电源做功BINSItIAddddlNInIH/ BVHBSlHAdddBHPdd单位体积损耗可以证明磁滞损耗等于磁滞回线所包围的面积。第22页/共28页2.涡流损耗涡流当导体置于交变的磁场中，与磁场正交的曲面上将产生闭合的感应电流，即涡流。涡流的特点热效应 涡流是自由电子的定向运动，与传导电流有相同的热效应，即产生涡流损耗。第23页/共28页3.磁场与电流的关系 铁磁物质的B与H之间不成线性关系，所以磁路中的磁通也就与励磁电流之间不成线性关系。当磁通是正弦形时，励磁电流则为非正弦形；反之，当励磁电流是正弦形时，磁通为非正弦形。交变磁通磁路的计算比较复杂，因为要涉及磁饱和、磁滞和涡流的影响。第24页/共28页A.6 铁心线圈 铁心线圈中通以交变电流时，其中便有交变磁通，下面分析铁心线圈的电压和电流关系。 IIrIa(c)+-(b)+-(a)iu1NUUIIaIrG0B0主磁通漏磁通电阻电压感应电压 Ruuuu1匝数第25页/共28页忽略线圈电阻和漏磁通磁化电流有功电流raIIIIIrIa(c)+-(b)+-(a)iu1NUUIIaIrG0B0IIrIa(c)+-(b)+-(a)iu1NUUIIaIrG0B0等效电路)sin( tm设：)cos(2)cos(ddmmtfNtNtNu)cos(2)cos(ddmmtfNtNtNuSfNBNUmm44. 42第26页/共28页 考虑线圈电阻和漏磁通+- +-+-+-(b)(a)IIrIaUURU1URURUjLU1UG0B0等效电路1jRUUUURIL IU+- +-+-+-(b)(a)IIrIaUURU1URURUjLU1UG0B0 认为漏磁通链与电流之间有线性关系，漏电感为线性电感， 第27页/共28页