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1、第四章铁磁材料与磁路 4 1铁磁材料的磁特性 4 2磁路的基本知识 4 3同名端的概念 小结 习题四 返回总目录 磁介质 磁场中的物质称为磁介质 导磁性 物质对磁场的影响能力非铁磁材料 空气 木材 瓷 胶木 铜 铝之类的磁介质 其导磁能力 即对磁场的增强程度 很弱且接近 这类磁介质统称为非铁磁材料 又称为非铁磁物质 铁磁材料 铁 钴 镍和它们的合金及氧化物之类的磁介质 其导磁能力很强 这类磁介质统称为铁磁材料 又称为铁磁物质 第一节铁磁材料的磁特性 一 铁磁物质的磁化 用金相显微镜观察到的磁畴 铁磁材料的磁化 若将铁磁材料放入通电线圈中 线圈称为励磁线圈 电流称为励磁电流 在励磁电流产生的外磁
2、场的作用下 各磁畴的磁场方向趋向于外磁场的方向 产生一个很强的附加磁场 使合成的总磁场大大增强 这种现象称为铁磁材料的磁化 磁畴的体积约为10 9cm3 天然磁化区 磁畴 磁畴内部的分子电流排列整齐 每个磁畴相当于一个小磁体 对外显示着很强的磁性 起始磁化曲线 0A段 近似正比的增加 线性段 AB段 增加缓慢 膝部 B点以后 几乎不增加 饱和段 由于大量磁畴转向 剩余少量磁畴转向 空心线圈 二 磁化曲线 铁心线圈 没有磁畴可转向 为了用较小的励磁电流获得尽可能大的非饱和磁通 磁路设计的最大工作磁通 一般都取在靠近膝部的A点附近 三 磁滞回线 当铁磁材料的励磁电流交变时 如图 2 磁滞现象 的变
3、化落后于的变化 1 i减小为零时 铁磁材料中仍保留一部分剩余磁通 称为剩磁 使材料完全退磁需要反向i达到一定数值的现象称为磁滞现象 3 磁滞损失 磁畴反复转向引起的能量损失 磁滞损失 使铁芯发热 i 铁磁材料的磁特性是 导磁能力强 磁通与励磁电流为非线性关系 具有磁滞性和磁饱和性 磁特性的根源在于铁磁材料内部存在着磁畴 软磁物质 磁滞损失小 硅钢 纯铁 铸铁 铁镍合金 软磁材料的磁滞现象不明显 剩磁及磁滞损失小 磁滞回线 瘦 细狭长 适宜制作交流电气设备中的铁心 硬磁物质 磁滞损失大 铬钢 钴钢 钨钢及铝镍钴合金 硬磁材料的磁滞现象显著 剩磁及磁滞损失大 磁滞回线 肥胖 适宜制作永久磁铁 铁磁
4、材料的分类 返回 第二节磁路的基本知识 一 磁路的概念 变压器 电机 电磁铁等电气设备的工作需要强磁场 且要求绝大部分磁通集中在主要由铁磁材料构成的路径上 这一路径称为磁路 a b 称为无分支磁路 c 称为有分支磁路 主磁通 在磁路中穿过的磁通称为主磁通 又称为工作磁通 漏磁通 在线圈周围的空气及其他非铁磁材料中穿过的磁通称为漏磁通 漏磁通相对主磁通很小 计算不予考虑 磁阻 截面S 长度l 材料相同的均匀磁路段引进的类似于电阻的量 称磁介质的磁导率 单位是H m Rm的单位是1 H 真空的磁导率 0 4 10 7H m 其他非铁磁材料的磁导率 0 且为常数 铁磁材料的 很大 但不是常数 直流磁
5、路 由直流电流励磁的磁路中 磁通的方向不变 这样的磁路称为直流磁路 又称为恒定磁通的磁路 二 直流磁路 无分支磁路的欧姆定律式 F NI称为磁动势 单位与电流单位相同 Rm为闭合磁路的总磁阻 铁磁材料的 不是常数 不能用式进行计算 只能对磁路进行定性分析 直流磁路中的磁通不变 励磁线圈中没有感应电动势 励磁电流I仅由励磁线圈的外加电压U和线圈电阻R决定 I U R 励磁线圈的电阻是不变的 当外加电压一定时 若磁路状况 中心长度 截面 材料 不同 则总磁阻和磁通也不同 交流磁路 在由交流电流励磁的磁路中 磁通随时间不断交变 这样的磁路称为交流磁路 交流铁心线圈 交流磁路的励磁线圈称为交流铁心线圈
6、两种损耗 磁滞 涡流 三 交流磁路 当磁路中的磁通交变时 会在铁心中感应出旋涡状的电流 1 涡流 涡流损失 涡流使铁心发热并消耗能量 称为涡流损失 铁损 铁心中的磁滞损失与涡流损失总称铁心损失 减小涡流损失 绝缘层的硅钢片叠成交流磁路铁心 交流电机 变压器 交流接触器等 高频交流铁心则一般采用铁淦氧磁体等 涡流应用 电磁炉 高频感应电炉 电工仪表中利用涡流产生的阻尼力矩 使仪表指针尽快停摆 2 交流铁心线圈的电磁关系 励磁线圈外加的正弦交流电压与磁通的关系 法拉第定律 若不计铁心损失 线圈电阻和漏磁通的影响 交流铁心线圈的特点 电源的频率及线圈的匝数一定时 如线圈电压有效值不变 m不变 电压的
7、有效值改变时 m与U成 正比改变 而与磁路情况无关 返回 第三节同名端的概念 同名端 一般地说 在具有互感关系的两个线圈中的任意一个线圈的任意一端 通入任意变化 增大或减小 的电流 由于自感电动势和互感电动势的作用 在两上线圈中 总有一对端钮 它们分属两个线圈 相对于另一对端钮 同时为高电位或低电位 这样的一对端钮称为同名端 又称为同极性端 其标记符号是 或 同名端是由两个线圈的绕向决定 若在同名端的两个端钮分别各自通进电流 则它们产生的磁通方向一致 若在异名端分别各自通进电流 则它们产生的磁通方向相反 判断已知绕向的两个线圈的同名端方法 例4 1 判断图4 9所示两线圈的同名端 例4 2 利
8、用同名端的定义可以判断互感电动势的方向 图4 10是已知同名端但不知绕向的两个互感线圈 试判断当i1减小时 在第二个线圈中产生互感电动势e2的方向 图中的M表示两线圈间具有互感关系 返回 小结 1 铁磁材料因内部存在磁畴而具有磁特性 2 均匀磁路段的磁阻Rm l S 闭合直流磁路的磁通 NI Rm F Rm 常利用该式定性分析直流磁路 直流磁路没有磁滞损失和涡流损失 交流磁路存在磁滞损失和涡流损失 交流铁心线圈外加的正弦交流电压与磁通最大值的关系是U 4 44fN m 3 同名端又叫同极性端 返回 习题四 4 1铁磁材料的磁特性有哪些 它具有磁特性的根源是什么 4 2什么是铁磁材料的磁滞现象
9、4 3软磁材料和硬磁材料各自的特点是什么 4 4如图4 11所示 图所示磁滞回线所对应的铁磁材料适宜用作交流电气设备的磁路 图所示磁滞回线所对应的铁磁材料适宜制作永久磁铁 4 5将一个空心线圈先后接到直流电源和交流电源上 然后在这个线圈中插入铁心 再接上述直流电源和交流电源 交流电源电压的有效值和直流电源电压相等 试比较上述四种情况下线圈电流的大小 4 6直流磁路仅作如下之一变化 磁通将如何变化 1 励磁线圈外加电压增大 2 线圈匝数增多 3 磁路中心长度增加 4 磁路截面增大 5 在由铁磁材料构成的磁路段上切开一小段变成气隙 4 7交流铁心线圈仅作如下之一的变化 对磁通和励磁电流的大小有何影响 1 外加电压减小 2 电源频率减小 3 励磁线圈匝数减小 4 铁心截面增大 4 8判断图4 12所示两线圈的同名端 4 9对图4 13所示电路 判断当开关S闭合时线圈 的互感电动势e2的方向 标在图中 返回
