《电路分析》课件8.3.ppt

1、 内容简介内容简介 本教材理论推导从简，计算思路交待详细，概念述本教材理论推导从简，计算思路交待详细，概念述明来龙去脉，增加例题数量和难度档次，章节分明来龙去脉，增加例题数量和难度档次，章节分“重计重计算算”及及“重概念重概念”两类区别对待，编排讲究逐步引深的两类区别对待，编排讲究逐步引深的递进关系，联系工程实际，训练动手能力，尽力为后续递进关系，联系工程实际，训练动手能力，尽力为后续课程铺垫。借助类比及对偶手法，语言朴实简练，图文课程铺垫。借助类比及对偶手法，语言朴实简练，图文印刷结合紧密，便于自学与记忆，便于节省理论教学时印刷结合紧密，便于自学与记忆，便于节省理论教学时数。适用于数。适用于

2、应用型本科应用型本科及及高职高专高职高专电力类、自动化类、电力类、自动化类、机电类、电器类、仪器仪表类、电子类及测控技术类专机电类、电器类、仪器仪表类、电子类及测控技术类专业。业。第第8章章 磁路和铁芯线圈电路的概念磁路和铁芯线圈电路的概念第一节、磁路的主要物理量和基本性质第一节、磁路的主要物理量和基本性质第二节、铁磁材料的磁化曲线及其分类第二节、铁磁材料的磁化曲线及其分类第三节、磁路定律及磁路、电路的比较第三节、磁路定律及磁路、电路的比较第四节、交流磁路中电压、磁通及电流间的关系第四节、交流磁路中电压、磁通及电流间的关系第五节、第五节、交流铁心线圈的电路模型交流铁心线圈的电路模型8.3 磁路

3、定律及磁路、电路的比较磁路定律及磁路、电路的比较 磁路主要由铁磁材料组成，中间也包括气隙，气隙往磁路主要由铁磁材料组成，中间也包括气隙，气隙往往是电磁力的作用空间。往是电磁力的作用空间。铁磁材料的磁导率比周围的空气大许多倍，所以绝大铁磁材料的磁导率比周围的空气大许多倍，所以绝大部分磁通在铁心中闭合，称为主磁通部分磁通在铁心中闭合，称为主磁通 ；极少数磁通经；极少数磁通经周围空气闭合，称为漏磁通周围空气闭合，称为漏磁通 。理想情况下，忽略漏磁通，则磁通均在铁心组成的理想情况下，忽略漏磁通，则磁通均在铁心组成的磁路中闭合磁路中闭合。8.3.1 磁路的基尔霍夫第一定律磁路的基尔霍夫第一定律 有分支的

4、磁路，对任有分支的磁路，对任一分支点上的封闭面而言，一分支点上的封闭面而言，磁路的基尔霍夫第一定律磁路的基尔霍夫第一定律表达式为：表达式为：12300 123 进入和穿出任一封闭面磁通的代数和等于零。进入和穿出任一封闭面磁通的代数和等于零。进入封闭面的磁通量等于穿出该封闭面的磁通量。进入封闭面的磁通量等于穿出该封闭面的磁通量。8.3.2 磁路的基尔霍夫第二定律磁路的基尔霍夫第二定律 图示无分支磁路，可按磁路材料不同、横截面积图示无分支磁路，可按磁路材料不同、横截面积不同分为三段，每段都为匀强磁场。磁路的基尔霍夫不同分为三段，每段都为匀强磁场。磁路的基尔霍夫第二定律表达式为：第二定律表达式为：1

5、 12 20 0 HlN iH lH lH lN i 沿任一闭合磁路，各段磁路上的磁压之和恒等于沿任一闭合磁路，各段磁路上的磁压之和恒等于磁动势的代数和。磁动势的代数和。磁动势是磁路中有磁场存在的根源磁动势是磁路中有磁场存在的根源。N iHl磁动势磁动势（磁势（磁势）磁压（磁压降）磁压（磁压降）8.3.3 磁路的欧姆定律磁路的欧姆定律 这段磁路由磁导率为这段磁路由磁导率为 的的材料构成，长为材料构成，长为 ，横截面积为，横截面积为S，穿过的磁通为，穿过的磁通为，其磁压为，其磁压为lmmSSBlUHlllR 该段磁路该段磁路 的磁阻的磁阻 mmSmFUlR1/亨利（亨利（1/H）磁通磁通与磁动势

6、与磁动势Fm成正比，与磁阻成正比，与磁阻Rm成反比。当成反比。当磁通势磁通势FmN 一定时，一定时，Rm越大，磁通越大，磁通越小；反之越小；反之Rm越小，越小，磁通磁通越大。越大。i 磁阻磁阻Rm是反映磁路阻碍磁通经过作用大小的物理量，是反映磁路阻碍磁通经过作用大小的物理量，是磁路的固有特性，与磁路长度成正比、与面积成反比，是磁路的固有特性，与磁路长度成正比、与面积成反比，磁材料磁导率越高磁阻越小。磁材料磁导率越高磁阻越小。mmSmFUlR磁路的磁阻磁路的磁阻计算时需根据基本磁化曲线，对每一个计算时需根据基本磁化曲线，对每一个H 值查对应的值查对应的B。应特别注意：铁磁材料的应特别注意：铁磁材

7、料的 值不是常数，导致值不是常数，导致Rm也也不是常数。所以以下公式仅有定性意义，不便实际计算。不是常数。所以以下公式仅有定性意义，不便实际计算。BHmSlRmmFR 磁路进入磁饱和后，磁路进入磁饱和后，值下降，磁阻值下降，磁阻Rm增加增加。8.3.4 交流线圈的电抗交流线圈的电抗交流线圈的电感系数交流线圈的电感系数L为为 22 mmmmFNNNN iNSLNiiiRiRRl 交流线圈的电感系数交流线圈的电感系数L与线圈匝数与线圈匝数N的平方成正比，的平方成正比，与磁导率及铁心横截面积与磁导率及铁心横截面积S成正比，与铁心长度成反比。成正比，与铁心长度成反比。交流线圈交流线圈的电抗为的电抗为2

8、22 2 LmNsXLffNRl 电抗与电抗与 f 、线圈匝数的平方成正比、与磁阻成反比。线圈匝数的平方成正比、与磁阻成反比。铁心饱和时，铁心饱和时，值下降，值下降，Rm增加，电抗随之减小。增加，电抗随之减小。8.3.5 磁路与电路的比较磁路与电路的比较磁路和电路的差别：磁路和电路的差别：（1）导线中有电流时，就有功率损耗；而在直流）导线中有电流时，就有功率损耗；而在直流磁路中，磁通大小不变，铁心中没有功率损耗，仅交磁路中，磁通大小不变，铁心中没有功率损耗，仅交流磁路有损耗存在。流磁路有损耗存在。（2）铁磁材料的相对磁导率仅为非磁性材料的）铁磁材料的相对磁导率仅为非磁性材料的10000倍左右。

9、因此磁路不可能短路和开路。通常需考倍左右。因此磁路不可能短路和开路。通常需考虑通过空气闭合的漏磁通。虑通过空气闭合的漏磁通。（3）电阻率）电阻率在一定温度下恒定不变，而铁磁材料在一定温度下恒定不变，而铁磁材料的磁导率的磁导率不是常数，磁饱和时不是常数，磁饱和时值下降。磁路各量之值下降。磁路各量之间为非线性关系。间为非线性关系。p66例例8-1 解解（1）首先求出磁场强度）首先求出磁场强度H。24210cm10 10 m40.0011 T10 10BS查图查图89铸钢的磁化曲线，铸钢的磁化曲线，时时,H=700A/m 1 TB 311.43 10 H/m700BH270075100.35A150

10、0HliN233475 10524.5 10 1/H1.43 1010 10mlRS（2）当线圈通入）当线圈通入2.5A电流时，磁场强度为电流时，磁场强度为 p66例例8-1续续-215002.55000 A/m75 10NiHl1.6 TB 再查图再查图89铸钢的磁化曲线，铸钢的磁化曲线，H=5000A/m时时,30.32 10 H/mBH233475102343.810 1/H0.32101010mlRS32.5 15000.0016Wb2343.8 10mINR 从该例计算可得到结论：2.5A电流太大，使磁路进入了磁饱和，结果使绝电流太大，使磁路进入了磁饱和，结果使绝对磁导率对磁导率值下

11、降了值下降了4.5倍，磁阻倍，磁阻Rm增加了增加了4.5倍。电倍。电流从流从0.35A到到2.5A增加了增加了7倍多，换取磁通的增长仅为倍多，换取磁通的增长仅为1.6倍。倍。p66例例8-1续续 p66例例8-2解解(1)用用安培环路安培环路定律计算定律计算 磁场强度磁场强度 励磁电流励磁电流磁动势磁动势 7/1/5000 410159A/mH B159 0.347.7AmFHl2/47.7/500 9.54 10 AmiFN (2)用用磁路欧姆磁路欧姆定律计算定律计算磁通磁通磁阻磁阻磁动势磁动势励磁电流励磁电流441 9 109 10 WbBS 4740.35.3 10 1/H5000 41

12、09 10mlRS 449 105.3 1047.7AmmFR 2/47.7/5009.54 10 AmiFN p66例例8-30l 解解 由于空气隙很短，可将空气隙和铸钢的横由于空气隙很短，可将空气隙和铸钢的横截面积看成相等，磁感应强度也相等。截面积看成相等，磁感应强度也相等。磁路平均长度为磁路平均长度为 1210/2 15/222 3.1439.2cm22rrl0.9 TB 查铸钢的磁化曲线，查铸钢的磁化曲线，时时,H1=540 A/m，铸钢段的磁压为，铸钢段的磁压为21 1540(39.20.2)10210.6AH l空气隙中的磁场强度空气隙中的磁场强度 50700.97.2 10 H/

13、m410BH空气隙的磁压空气隙的磁压 520 07.2 100.2 101440AH l1 10 0210.6 1440 1650.6AmFNiHlHlH l1 10 01650.61650.6 1H lH lNi匝 结论：大部分磁动势都用在了空气隙上，空气结论：大部分磁动势都用在了空气隙上，空气隙虽然很短但磁压很大，是由于空气隙的磁阻比铸隙虽然很短但磁压很大，是由于空气隙的磁阻比铸钢铁心的磁阻要大得多（钢铁心的磁阻要大得多（6.8倍）。倍）。2511m141(39.2 0.2)1011.7 10 1/H0.9S2 10540llRBSH 250m0-7400.2 1079.6 10 1/HS

14、4102 10lR 铸钢段铸钢段的磁阻的磁阻 空气隙空气隙的磁阻的磁阻 p66例例8-3续续总磁压总磁压 p66例例8-4 解（解（1）查铸铁的磁化曲线）查铸铁的磁化曲线，时时,H1=8250 A/m。0.9 TB-3110.90.11 10 H/m8250BH118250 0.4512.375A300H liN （2）查硅钢片的磁化曲线）查硅钢片的磁化曲线，时时,H2=280 A/m。0.9 TB-3220.93.2 10 H/m280BH222800.450.42A300H liN磁导率较大磁导率较大 磁导率较小磁导率较小 所需电流大所需电流大所需电流小所需电流小 例例8-4结论：结论：要得到同样大的磁感应强度要得到同样大的磁感应强度B,材料磁导材料磁导率越大，所需磁动势越小，所需电流越小。率越大，所需磁动势越小，所需电流越小。