电工技术8磁路

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,1,实际电路中有大量电感元件的线圈中有铁心。线圈通电后铁心就构成磁路，磁路又影响电路。因此电工技术不仅有电路问题，同时也有磁路问题。,磁路,2,一、磁感应强度,（磁通密度,flux density,）,与磁场方向相垂直的单位面积上通过的磁通（,磁力线,）。,单位：,韦伯,1 Tesla = 10,4,高斯,B,的单位：,特斯拉,（Tesla）,6.1 磁场的基本物理量,磁场的特性可用,磁感应强度、磁通、磁场强度、磁,磁导率,等几个物理量表示,。,矢量,3,二、磁通,(flux),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。,单位：韦伯（Wb）,B,单位：特斯拉（T）,单位：,伏秒,4,三、磁场强度,H,(magnetizing force),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。,单位：,B,：特斯拉,：,亨/米,：,安/米,5,（亨/米）,真空中,的磁导率( )为常数,一般材料的磁导率 和真空中的磁导率之比，,称为这种材料的相对磁导率,，则称为,磁性材料,，则称为,非磁性材料,四、磁导率,（Permeability）,6,磁性材料主要是指由过渡元素铁、钴、镍极其合金等材料。,分子电流和磁畴理论,：,分子中电子的绕核运动和自转将形成分子电流，分子电流将产生磁场，每个分子都相当于一个小磁铁。,由于磁性物质分子的相互作用，使分子电流在局部形成有序排列而显示出磁性，这些小区域称为磁畴。,6.2 磁性材料的磁性能,7,高磁导率的成因,磁性物质没有外场时，各磁畴是混乱排列的，磁场互相抵消；当在外磁场作用下，磁畴就逐渐转到与外场一致的方向上，即产生了一个与外场方向一致的磁化磁场，从而磁性物质内的磁感应强度大大增加,物质被强烈的磁化了。,磁性物质被广泛地应用于电工设备中，电动机、电磁铁、变压器等设备中线圈中都含有的铁心。就是利用其磁导率大的特性，使得在较小的电流情况下得到尽可能大的磁感应强度和磁通,。,非磁性材料没有磁畴的结构，所以不具有磁化特性。,8,磁性物质的磁化示意图,(a)无外场，磁畴排列杂乱无章。,(b)在外场作用下，磁畴排列逐渐进入有序化。,9,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。,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B,J,达到饱和值,。,高导磁性、磁饱和性、磁滞性、非线性,10,磁化曲线,B,和,与H的关系,注,当有磁性物质存在,时,B,与,H,不成比例，,与,I,也不成比例,。,三、磁滞性,characteristics of hysteresis,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。,11,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,B,r,根据,磁性能，,磁性材料又可分为,三种,：,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）。,返回,12,磁性物质的分类,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),H,B,H,B,H,B,13,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,14,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,6.3 磁路及其基本定律,磁路的基本概念,15,一. 安培环路定律（全电流律）：,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。,I,1,I,2,I,3,电流方向和磁场强度的方向,符合,右手定则,的，电流取正；,否则取负。,16,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，安培环路定律可写成：,磁路,长度,L,线圈,匝数,N,I,HL,：,称为磁压降。,NI,：,称为磁动势。,一般用,F,表示。,F,=,NI,17,总磁动势,在非均匀磁路,（磁路的材料或截面积不同，或磁场强度不等）中，,总磁动势等于各段磁压降之和。,例：,I,N,18,对于均匀磁路,磁路中的,欧姆定律,二. 磁路的欧姆定律：,则：,I,N,S,L,注：,由于磁性材料 是非线性的，磁路欧姆定律多用作定性,分析，不做定量计算。,令：,R,m,称为磁阻,19,磁路,和,电路,的比较,磁,路,电,路,磁通,I,N,R,+,_,E,I,磁压降,磁动势,电动势,电流,电压降,U,20,21,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,FNI,。,计算均匀磁路要用磁场强度,H，,即,NIHl,，,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。,NIH,1,l,1,H,2,l,2,（H l）,22,解,磁路的平均长度为,l,（1015）2）,39.2cm,查铸钢的磁化曲线,，,当,B0.9T,时,，,H,1,500Am,于是,H,1,l,1,195A,空气隙中的磁场强度为,H,0,B,0,0,0.9（4,*,10,7,）7.2*10,5,A/m,有一环形铁心线圈，其内径为,10cm，,外径为,15cm，,铁心材料为铸钢。磁路中含有一空气气隙，其长度等于0.2cm。设线圈中通有1A电流，如要得到0.9T的磁感应强度，试求,线圈匝数,。,例题6.1,23,H,0,7.2,10,5,0.2,10,-2,1440A,总磁通势为,NI,（H,l,）H,1,l,1,H,0,19514401635,线圈匝数为,N,NII1635,若要得到相等的磁感应强度，采用磁导率高的铁心材料，可使线圈的,用铜量,大为,降低。,若线圈中通有同样大小的励磁电流，要,得到相等的磁通,，采用磁导率高的铁心材料，可使铁心的,用铁量,大为,降低,当磁路中含有空气隙时，由于其,磁阻较大,，,要得到相等的磁感应强度,，,必须增大励磁电流（,线圈匝数一定）,结论,返回,24,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,6.4 交流铁心线圈电路,25,I,U,直流磁路的特点:,直流磁路,和电路中的,恒压源,类似,直流电路中,E,固定,I,随,R,变化,随 变化,直流磁路中,F,固定,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,26,二.交流磁路的分析 (交流铁心线圈电路),：主磁通,：漏磁通,u,i,1. 电磁关系,27,电路方程：,一般情况下 很小,交流激励 线圈中产生感应电势,：主磁通,：漏磁通,u,i,的感应电势,和 产生,2.电压电流关系,28,假设,则,最大值,有效值,u,i,29,一定时磁动势,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:,交流磁路,和电路中的,恒流源,类似,交流磁路中：,固定,F,随 变化,直流电路中：,I,S,固定,U,随,R,变化,u,i,30,F,线圈,铁心,衔铁,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。,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,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,电磁铁,31,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：,电磁铁的吸力,气隙截,面积,气隙,磁感应,强度,交流电磁铁中磁场是交变的，设,32,交流电磁铁,：,铁心由硅钢片叠成，可减小铁损；其在吸合过程中，随着气隙的减小，磁阻减小，线圈的电感和感抗增大，因而电流逐渐减小。,直流电磁铁,：,铁心用整块软钢制成,；,励磁电流仅与线圈电阻有关，不因气隙大小而变。,则吸力为：,平均值为：,返回,33,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。,i,u,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：,34,(,U,不变，,I,不变）,(,I,随,R,m,变化）,（,U,不变时， 基本不变,）,直流磁路,交流磁路,磁路小结,（,随,R,m,变化）,35,铁损,P,Fe,:,磁滞损耗:,P,h:,由于磁滞回线,交变磁化产生。,涡流损耗,P,e:,铁心中感应的电动势和电流。,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,Pc,u: ,线圈电阻R上的损耗（ ）.,铁心线圈交流电路的有功功率为：,36,