第十三章磁路和铁心变压器PPT课件.ppt

1、 第十三章 磁路和铁心变压器 第一节 磁场的基本物理量及基本性质 第二节 铁磁物质的磁化 第三节 磁路及磁路定理 第四节 恒定磁通磁路的计算 第五节 交变磁通下的铁心损耗 第六节 交流铁心线圈中的电压、电流及磁通 第七节 交流铁心线圈的等效电路 第八节 电磁铁 一、磁感应强度一、磁感应强度（磁通密度）（磁通密度）若在磁场中的一点垂直于磁场方向放置一段若在磁场中的一点垂直于磁场方向放置一段长为长为l、通有电流通有电流I的导体，其受到的磁力的导体，其受到的磁力为为F F，则该点磁感应强度的大小为：，则该点磁感应强度的大小为：lIFB1 Tesla=104 高斯高斯B 的单位：特斯拉（的单位：特斯拉

2、（Tesla）13.1 13.1 磁场的基本物理量及基本性质磁场的基本物理量及基本性质二、磁通及磁通的连续性原理二、磁通及磁通的连续性原理某一面积某一面积S的磁感应强度的磁感应强度B的通量称为的通量称为磁通磁通SSdsBdBS如果磁场如果磁场均匀均匀且磁场方向且磁场方向垂直垂直于于S面，则面，则磁通的连续性原理：磁通的连续性原理：磁场中任何封闭曲面的磁通恒等于零。磁场中任何封闭曲面的磁通恒等于零。SdSB0三、磁导率三、磁导率：表征各种材料导磁能力的物理量：表征各种材料导磁能力的物理量（亨（亨/米）米）70104 真空中的磁导率真空中的磁导率()为常数为常数0一般材料的磁导率一般材料的磁导率

3、和真空中的磁导率之比，和真空中的磁导率之比，称为这种材料的相对磁导率称为这种材料的相对磁导率r0r1r，则称为磁性材料，则称为磁性材料1r，则称为非磁性材料，则称为非磁性材料四、磁场强度四、磁场强度 H 及及（全电流定律）（全电流定律）1、磁场强度磁场强度是计算磁场所用的物理量，其大小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。为磁感应强度和导磁率之比。单位：单位：B：特斯拉：特斯拉：亨：亨/米米H：安：安/米米BH 2、全电流定律（安培环路定律）全电流定律（安培环路定律）磁场中任何闭合回路磁场强度的线积分，等于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

4、。通过这个闭合路径内电流的代数和。HI1I2I3IlHd电流方向和磁场强度的方向电流方向和磁场强度的方向符合右手定则，电流取正；符合右手定则，电流取正；否则取负。否则取负。一、起始磁化曲线一、起始磁化曲线 1.非线性非线性大大小小BH)(I)BH 2.磁滞性磁滞性13.2 13.2 铁磁物质的磁化铁磁物质的磁化 二、磁滞回线二、磁滞回线 根据磁性能，磁性材料又可分为三种：软磁材根据磁性能，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（滞料（磁滞回线宽。常用做永久磁铁）、矩磁材料

5、（滞回线接近矩形。可用做记忆元件）。回线接近矩形。可用做记忆元件）。三、基本磁化曲线三、基本磁化曲线磁路：主磁通所经过的闭合路径。磁路：主磁通所经过的闭合路径。1u2uis13.3 13.3 磁路及磁路定律磁路及磁路定律1 1、磁路磁路 线圈通入电流后，产线圈通入电流后，产生磁通，分主磁通和漏生磁通，分主磁通和漏磁通。磁通。s：主磁通主磁通：漏磁通漏磁通铁心铁心（导磁性能好（导磁性能好 的磁性材料）的磁性材料）线圈线圈2 2、磁路的基尔霍夫第一定律磁路的基尔霍夫第一定律 对于有分支磁路，其分支汇集处称为磁路对于有分支磁路，其分支汇集处称为磁路的节点，磁路的任意节点所连接的各分支磁路的的节点，磁

6、路的任意节点所连接的各分支磁路的代数和等于零。代数和等于零。01I I1 1N N1 132N N2 2I I2 20321即：即：HLNI 在无分支的均匀磁路在无分支的均匀磁路（磁路的材料和截面积相同，（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：各处的磁场强度相等）中，安培环路定律可写成：磁路磁路长度长度L线圈线圈匝数匝数NIHL：称为磁压降。称为磁压降。NI：称为磁动势。一般称为磁动势。一般 用用 F 表示。表示。F=NI3 3、磁路的基尔霍夫第二定律磁路的基尔霍夫第二定律HLNI总磁动势总磁动势 在非均匀磁路在非均匀磁路（磁路的材料或截面积不同，或磁场（磁路的材

7、料或截面积不同，或磁场强度不等）中，强度不等）中，总磁动势等于各段磁压降之和。总磁动势等于各段磁压降之和。00lHIHNI例：例：INl0l对于均匀磁路对于均匀磁路 LSLBHLNI磁路中的磁路中的欧姆定律欧姆定律四、磁路的欧姆定律：四、磁路的欧姆定律：则：则：mRLSNIFINSL注：由于磁性材料注：由于磁性材料 是非线性的，磁路欧姆定律多用作定性是非线性的，磁路欧姆定律多用作定性 分析，不做定量计算。分析，不做定量计算。SLRm令：令：Rm 称为磁阻称为磁阻磁路和电路的比较（一）磁路和电路的比较（一）磁磁路路电电路路磁通磁通INI磁压降磁压降HL磁动势磁动势INF 电动势电动势电流电流电压

8、降电压降UEIR+_EU基本定律基本定律mRF 磁阻磁阻SlRm磁感应磁感应强度强度SB 安培环路安培环路定律定律HLNI0磁磁 路路IN欧姆定律欧姆定律电阻电阻电流电流强度强度克氏克氏电压定律电压定律克氏克氏电流定律电流定律0IUEREI SlRSIJ磁路与电路的比较磁路与电路的比较(二二)电电 路路R+_EI励磁电流：励磁电流：在磁路中用来产生磁通的电流在磁路中用来产生磁通的电流励磁电流励磁电流直流直流 -直流磁路直流磁路 交流交流 -交流磁路交流磁路磁路分析磁路分析直流直流磁路磁路交流交流磁路磁路13.4 13.4 恒定磁通磁路的计算恒定磁通磁路的计算 线圈中的励磁电流为直流时，磁路中的

9、磁线圈中的励磁电流为直流时，磁路中的磁通不随时间而变化，这样的磁路就叫通不随时间而变化，这样的磁路就叫恒定磁通磁恒定磁通磁路路。磁路的计算的目的：磁路的计算的目的：找出磁通与磁动势之间的关系。找出磁通与磁动势之间的关系。一、已知磁通求磁动势一、已知磁通求磁动势计算程序为：计算程序为：)(HlINHlHB二、已知磁动势求磁通二、已知磁动势求磁通无分支的均匀磁路，计算不复杂。无分支的均匀磁路，计算不复杂。不均匀磁路，采用试探法。不均匀磁路，采用试探法。13.5 13.5 交变磁通下的铁心损耗交变磁通下的铁心损耗一、磁滞损耗一、磁滞损耗由于磁滞现象引起的能量损耗称为由于磁滞现象引起的能量损耗称为磁滞

10、损耗磁滞损耗。为了减少磁滞损耗，应尽量选用磁滞回线狭窄为了减少磁滞损耗，应尽量选用磁滞回线狭窄的铁磁材料制作铁心。的铁磁材料制作铁心。二、涡流损耗二、涡流损耗处在交变磁场中的铁心，电磁感应会在铁心处在交变磁场中的铁心，电磁感应会在铁心内产生感应电流，称之为涡流内产生感应电流，称之为涡流。减小涡流损耗采用的两种措施：减小涡流损耗采用的两种措施：一是增大铁心材料的电阻率一是增大铁心材料的电阻率 二采用互相绝缘的薄钢片沿着顺磁场方向叠成铁心。二采用互相绝缘的薄钢片沿着顺磁场方向叠成铁心。三、铁损三、铁损铁损铁损磁滞损耗磁滞损耗涡流损耗涡流损耗13.613.6 交变铁心线圈中的电压、电流及磁通交变铁心

11、线圈中的电压、电流及磁通一、电压与磁通的关系一、电压与磁通的关系交流激励交流激励 线圈中产生感应电势线圈中产生感应电势tNeuddNiue假设假设tmsin则则tfNtNummcos2cos最大值最大值mmfNU2有效值有效值mmfNUU44.42mNfU44.4uLeeimRIN m一定时磁动势一定时磁动势IN随磁阻随磁阻 的变化而变化。的变化而变化。mR当外加电压当外加电压U、频率、频率 f 与与线圈匝数线圈匝数N一定时，一定时，便便确定下来。根据磁路欧姆确定下来。根据磁路欧姆定律定律 ，当，当 m 交流磁路的特点交流磁路的特点:交流磁路和电路中的恒流源类似交流磁路和电路中的恒流源类似直流

12、磁路中：直流磁路中：mRF 固定固定mRF随随 变化变化直流电路中：直流电路中：RIUS IS固定固定U 随随 R 变化变化交流磁路中磁阻交流磁路中磁阻 对电流的影响对电流的影响mR电磁铁吸合过程的分析：电磁铁吸合过程的分析：在吸合过程中若外加电压在吸合过程中若外加电压不变不变,则则 基本不变。基本不变。iumRmRIN 电磁铁吸合前电磁铁吸合前(气隙大）气隙大）大大 起动电流大起动电流大 电磁铁吸合后电磁铁吸合后(气隙小）气隙小）小小 电流小电流小mR 如果气隙中有异物卡住，电磁铁长时间吸不上，线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。圈中的

13、电流一直很大，将会导致过热，把线圈烧坏。注意：注意：RUI(U不变，不变，I不变）不变）mRIN mRIN(I 随随 Rm 变化）变化）fNUm44.4m（U不变时，不变时，基本不变基本不变）直流磁路直流磁路交流磁路交流磁路磁路磁路小结小结（随随Rm变化）变化）13.7 13.7 交流铁心线圈的等效电路交流铁心线圈的等效电路一、不考虑线圈内阻和漏磁通时的等效电路模型一、不考虑线圈内阻和漏磁通时的等效电路模型对应的等效电路模型为：对应的等效电路模型为：0XU0R202020)(RIUXIPRFe其中其中二、考虑线圈内阻和漏磁通时的等效电路模型二、考虑线圈内阻和漏磁通时的等效电路模型U0R0XrX

14、S2022202020)()()(RIUXIPrRrIUXIPRSFe13.8 13.8 电磁铁电磁铁电磁铁电磁铁：是利用通电铁心线圈对铁磁物质产是利用通电铁心线圈对铁磁物质产 生电磁吸力而工作的一种电气设备。生电磁吸力而工作的一种电气设备。SNFNS电磁铁电磁铁线圈线圈铁心铁心衔铁衔铁电磁吸力是电磁铁的技术指标之一。计算吸力电磁吸力是电磁铁的技术指标之一。计算吸力的基本公式是：的基本公式是：SBF02021）直流电磁铁中，由于线圈励磁电流的大小仅取决于）直流电磁铁中，由于线圈励磁电流的大小仅取决于电源电压和线圈内阻，而与磁路的磁阻无关空气隙越大，电源电压和线圈内阻，而与磁路的磁阻无关空气隙越大，则磁阻越大，磁通和磁感应强度越小，吸力越小。则磁阻越大，磁通和磁感应强度越小，吸力越小。2）在交流电磁铁中，磁通和磁感应强度都随时间而变）在交流电磁铁中，磁通和磁感应强度都随时间而变化，所以吸力也随时间变化。化，所以吸力也随时间变化。注意：注意：第十三章 结束