磁路与铁芯线圈电路课件.ppt
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- 磁路 线圈 电路 课件
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1、磁场的基本物理量磁场的基本物理量铁磁材料的磁性能铁磁材料的磁性能磁路的基本定律磁路的基本定律1.磁感应强度磁感应强度 磁感应强度是表示磁场内某点的磁场强弱及方向的物理量。磁感应强度是表示磁场内某点的磁场强弱及方向的物理量。若磁场内各点磁感应强度大小相等若磁场内各点磁感应强度大小相等,方向相同方向相同,则为则为匀强磁场匀强磁场.在国际单位制中,磁感应强度的在国际单位制中,磁感应强度的单位单位是特斯拉(是特斯拉(T),简),简称特。称特。2.磁通磁通 在匀强磁场中,磁感应强度与垂直于磁场方向的面积在匀强磁场中,磁感应强度与垂直于磁场方向的面积 的乘积,的乘积,称为通过该面积的磁通称为通过该面积的磁
2、通,在数值上可以看成与磁场方向相垂在数值上可以看成与磁场方向相垂直的单位面积所通过的磁通,故又称磁通密度。直的单位面积所通过的磁通,故又称磁通密度。在国际单位制中,在国际单位制中,单位单位是韦伯是韦伯(Wb)3.磁导率磁导率 磁导率磁导率 是表示物质是表示物质导磁性能导磁性能的物理量,它的单的物理量,它的单位是亨位是亨/米(米()。任意一种物质的磁导率与)。任意一种物质的磁导率与真空的磁导率之比称为相对磁导率。真空的磁导率之比称为相对磁导率。4.磁场强度磁场强度 磁场强度磁场强度 是进行磁场分析时引用的一个辅助物是进行磁场分析时引用的一个辅助物理量,为了从磁感应强度中理量,为了从磁感应强度中
3、除去磁介质的因素除去磁介质的因素。mH 物质按其导磁性能可分为两大类。物质按其导磁性能可分为两大类。一类称为一类称为铁磁材料铁磁材料,如,如铁、钢、镍、钴铁、钢、镍、钴等,这类材等,这类材料的导磁性能好,磁导率料的导磁性能好,磁导率 值大;值大;另一类为另一类为非铁磁材料非铁磁材料,如铜、铝、纸、空气等,此,如铜、铝、纸、空气等,此类材料的导磁性能差,磁导率类材料的导磁性能差,磁导率 值小(接近真空的磁值小(接近真空的磁导率导率)。)。铁磁材料是制造变压器、电动机等各种铁磁材料是制造变压器、电动机等各种电工设备的主要材料。电工设备的主要材料。铁磁材料的磁性能对电磁器件的性能和铁磁材料的磁性能对
4、电磁器件的性能和工作状态有很大影响。工作状态有很大影响。铁磁材料的磁性能主要表现为铁磁材料的磁性能主要表现为高导磁性高导磁性、磁饱和和磁滞性、磁饱和和磁滞性。磁芯线圈中通过交变电流时,磁芯线圈中通过交变电流时,H的大的大小和方向都会改变,铁心在交变磁场中反复磁化的过小和方向都会改变,铁心在交变磁场中反复磁化的过程中,程中,B的变化总是滞后于的变化总是滞后于H的变化,这种现象称为的变化,这种现象称为;当;当H减为零时减为零时B并不为零。并不为零。磁导率可达磁导率可达102104,由软磁材料组成的,由软磁材料组成的磁路磁阻很小,在线圈中通入较小的电流即可获得较磁路磁阻很小,在线圈中通入较小的电流即
5、可获得较大的磁通。大的磁通。B不会随不会随H的增强而无限增强,的增强而无限增强,H增大到增大到一定值时,一定值时,B不能继续增强。不能继续增强。1.高导磁性高导磁性 铁磁材料具有很强的导磁能力铁磁材料具有很强的导磁能力,在外磁在外磁场作用下场作用下,其内部的磁感应强度会大大增其内部的磁感应强度会大大增强强.相对相对磁导率可达102104 铁磁材料之所以具有高导磁性,是因为在它们的内部具有一种特殊的物质结构。铁磁材料内铁磁材料内部的磁畴排列部的磁畴排列,因此对,因此对外不显示磁性。外不显示磁性。铁磁材料之所以具有高导磁铁磁材料之所以具有高导磁性,是因为在它们的内部具有一性,是因为在它们的内部具有
6、一种特殊的物质结构种特殊的物质结构。磁畴因受外磁场作用而顺着外磁畴因受外磁场作用而顺着外磁场的方向发生归顺性重新排列,磁场的方向发生归顺性重新排列,在内部形成一个很强的在内部形成一个很强的。使铁磁才材料内的磁感应强度大大使铁磁才材料内的磁感应强度大大增强增强.这就是这就是磁化现象磁化现象.2.磁饱和性磁饱和性 铁磁材料磁化过程中铁磁材料磁化过程中,随着励磁电流的随着励磁电流的增大增大,外磁场和附加磁场都将增大外磁场和附加磁场都将增大.但当励但当励磁电流增大到一定值时磁电流增大到一定值时,几乎所有磁畴都与外磁场方向一致,附加磁场磁感应强度不能继续增强,这种现象称为磁饱和现象.BHBHBHBH(A
7、)(B)(C)(D)磁化曲线磁化曲线OHB曲线HB 大致分为四段大致分为四段开始开始M的增加比较缓慢的增加比较缓慢后来增加较快后来增加较快之后又慢下来之后又慢下来,最后达到饱和磁感应强最后达到饱和磁感应强度度(Bs)附点附点,漆点漆点,饱和点饱和点磁化曲线磁化曲线OH曲线H磁导率磁导率是是B-H曲线上曲线上的斜率的斜率铁刺材料的磁化起始段铁刺材料的磁化起始段和饱和段和饱和段值都不大值都不大,但但在漆点附近达到最大值在漆点附近达到最大值.所以所以,电器工程上通常要电器工程上通常要求铁刺材料工作在求铁刺材料工作在漆点漆点附近附近.OHB3.磁滞性磁滞性 芯线圈中通过交变电流时,H的大小和方向都会改
8、变,铁心在交变磁场中反复磁化的过程中,B的变化总是滞后于H的变化,这种现象称为;当H减为零时B并不为零。BHHcBsBrIu电路部分电路部分磁路部分磁路部分磁磁滞回线滞回线饱和饱和饱和饱和当当H减小到零时,减小到零时,MMr,表示材料在,表示材料在无外磁场时仍保持了一定程度的磁无外磁场时仍保持了一定程度的磁性性。称为剩磁称为剩磁.如果要如果要除掉剩磁除掉剩磁,使使M0,则必须加上一反向磁则必须加上一反向磁场场Hc,Hc称为矫顽力。称为矫顽力。表示表示铁刺材料反抗退磁的能力铁刺材料反抗退磁的能力退磁过程中退磁过程中M(或或B)的变化落后于)的变化落后于H的变化,这种现象称为磁滞现象。的变化,这种
9、现象称为磁滞现象。当反向当反向H继续增加时,最后又可以达到继续增加时,最后又可以达到反向饱和点,再沿正方向增加反向饱和点,再沿正方向增加H,则又,则又通过另一条途径达到正向饱和点。通过另一条途径达到正向饱和点。在交变磁场的每一周内,在交变磁场的每一周内,M(B)-H曲线构成一个封闭回路,曲线构成一个封闭回路,这个回路曲线称为磁滞回线。这个回路曲线称为磁滞回线。磁滞回线与磁畴的关系磁滞回线与磁畴的关系磁滞现象是由于掺磁滞现象是由于掺杂和内应力等的作杂和内应力等的作用,当撤掉外磁场用,当撤掉外磁场时磁畴的畴壁很难时磁畴的畴壁很难恢复到原来的形状,恢复到原来的形状,而表现出来。而表现出来。磁滞回线中
10、磁滞回线中H为为零时零时B并不为零并不为零 的现象说明铁的现象说明铁磁材料具有磁材料具有。BH0cbaoa段是段是ab段是段是bc段是磁化曲线的段是磁化曲线的C点以后是点以后是起始磁化起始磁化曲线反映曲线反映了什么?了什么?起始磁化曲线的起始磁化曲线的ab段反映了铁磁材料的段反映了铁磁材料的;c点以后说明铁磁材料具有点以后说明铁磁材料具有。磁滞回线中磁滞回线中B的变化总的变化总是落后于是落后于H的变化的变化说明说明铁磁材料具有铁磁材料具有退磁方法退磁方法你知道么你知道么?(1)(1)加热法加热法 当铁磁质的温度升高到某一温度时,磁性消失,由铁磁质变为顺磁质,当铁磁质的温度升高到某一温度时,磁性
11、消失,由铁磁质变为顺磁质,该温度为居里温度该温度为居里温度 Tc c。当温度低于。当温度低于Tc c 时,又由顺磁质转变为铁磁质。时,又由顺磁质转变为铁磁质。铁的居里温度铁的居里温度 Tc=770,30%的坡莫合金居里温度的坡莫合金居里温度 Tc=70原因:原因:由于加热使磁介质中的分子、原子的振动加剧,提供由于加热使磁介质中的分子、原子的振动加剧,提供了磁畴转向的能量,使铁磁质失去磁性。了磁畴转向的能量,使铁磁质失去磁性。(2)(2)敲击法敲击法:通过振动可提供磁畴转向的能量,使介质失去磁性。如敲击通过振动可提供磁畴转向的能量,使介质失去磁性。如敲击永久磁铁会使磁铁磁性减小。永久磁铁会使磁铁
12、磁性减小。(3)3)加反向磁场法:加反向磁场法:加反向磁场,提供一个矫顽力加反向磁场,提供一个矫顽力Hc,Hc,使铁磁质退磁。使铁磁质退磁。(4)(4)加交变衰减的磁场加交变衰减的磁场:使介质中的磁场逐渐衰减为使介质中的磁场逐渐衰减为0 0,应用在录音机,应用在录音机中的交流抹音磁头中。中的交流抹音磁头中。铁磁材料分类铁磁材料分类根据铁磁质的矫顽力的大小,将磁性材料分成根据铁磁质的矫顽力的大小,将磁性材料分成软磁、硬磁和矩磁材料软磁、硬磁和矩磁材料(1)(1)软磁材料软磁材料 具有较高的磁导率和较高的饱和磁感应强度;较小的矫顽力(矫顽力很小,即磁场的方向和大小发生变化时磁畴壁很容易运动)和较低
13、磁滞损耗,磁滞回线很窄;在磁场作用下非常容易磁化;取消磁场后很容易退磁化 象软铁、坡莫合金、硅钢片、象软铁、坡莫合金、硅钢片、铁铝合金、铁镍合金等。铁铝合金、铁镍合金等。由于软磁材料磁滞损耗小,适由于软磁材料磁滞损耗小,适合用在交变磁场中,如变压器合用在交变磁场中,如变压器铁芯、继电器、电动机转子、铁芯、继电器、电动机转子、定子都是用软件磁性材料制成定子都是用软件磁性材料制成。软磁材料主要应用软磁材料主要应用制造磁导体,变压器、继电器的磁芯制造磁导体,变压器、继电器的磁芯(铁芯铁芯)、电动机转子和定子、磁路中的连接元件、电动机转子和定子、磁路中的连接元件、磁极头、磁屏蔽材料、感应圈铁芯、电子磁
14、极头、磁屏蔽材料、感应圈铁芯、电子计算机开关元件和存储元件等。计算机开关元件和存储元件等。磁屏蔽器件磁屏蔽器件(2)硬磁材料硬磁材料硬磁材料又称永磁材料,难于磁化又难硬磁材料又称永磁材料,难于磁化又难于退磁。于退磁。主要特点主要特点 具有较大的矫顽力,典型值Hc104106A/m;磁滞回线较粗,具有较高的最大磁能积(BH)max;剩磁很大;这种材料充磁后不易退磁,适合做永久磁铁。硬磁性材料如碳钢、铝镍钴合金和铝钢等。硬磁材料主要应用用于制造各种永磁体,以便提供磁场空间;用于制造各种永磁体,以便提供磁场空间;可用于各类电表和电话、录音机、电视机中以及利用磁可用于各类电表和电话、录音机、电视机中以
15、及利用磁性牵引力的举重器、分料器和选矿器中性牵引力的举重器、分料器和选矿器中。(3)矩磁材料矩磁材料-铁氧体铁氧体铁氧体是含铁酸盐的陶瓷氧化物磁性材料,一般呈现出亚铁磁性。磁滞回线呈矩形,又称矩磁材料,磁滞回线呈矩形,又称矩磁材料,剩磁接近于磁饱合磁感应强度剩磁接近于磁饱合磁感应强度 具有高磁导率、高电阻率具有高磁导率、高电阻率 由由Fe2O3和其他二价的金属氧化物和其他二价的金属氧化物(如如NiO,ZnO等等)粉末混合烧结而成粉末混合烧结而成。在两个方向上的剩磁可用于表示计在两个方向上的剩磁可用于表示计 算机二进制中的算机二进制中的“0”“0”和和“1”“1”,可作,可作磁性记忆元件,如高速
16、存储器。磁性记忆元件,如高速存储器。3.2.1电磁关系电磁关系3.2.2功率损耗功率损耗3.2.3电磁铁电磁铁 如图如图 所示是交流铁芯线圈电路,线圈的匝数为所示是交流铁芯线圈电路,线圈的匝数为 N,当,当在线圈两端加上正弦交流电压在线圈两端加上正弦交流电压 时,就有交变励磁电流时,就有交变励磁电流 i流流过。设线圈电阻为过。设线圈电阻为 R。根据磁路定析可得:。根据磁路定析可得:上式给出了铁芯线圈在正弦交上式给出了铁芯线圈在正弦交流电压作用下,铁芯中磁通最大流电压作用下,铁芯中磁通最大值与电压有效值的数量关系。值与电压有效值的数量关系。dtdNedtdNummmfNfNNU44.42221线
17、圈上损耗线圈上损耗:铜损铜损 铜损铜损(PGU):绕组导线电阻所致。要绕制变压器需:绕组导线电阻所致。要绕制变压器需要用大量的铜线,这些铜导线存在着要用大量的铜线,这些铜导线存在着电阻电阻,电流流过,电流流过时这电阻会消耗一定的功率,这部分损耗往往时这电阻会消耗一定的功率,这部分损耗往往变成热变成热量而消耗量而消耗,我们称这种损耗为,我们称这种损耗为“铜损铜损”。铁心中损耗铁心中损耗:铁损铁损(磁滞损耗磁滞损耗,涡流损耗涡流损耗)1.磁滞损耗磁滞损耗 铁磁材料交变磁化的铁磁材料交变磁化的磁滞现象所产生的铁损磁滞现象所产生的铁损称为磁滞称为磁滞损耗。它是由铁磁材料内部磁畴反复转向,磁畴间相互摩损
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