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1、邯郸大学机电系 杨佩兰,第6章 磁路与铁心线圈电路,返回,6.1 磁路及其分析方法 6.2 交流铁心线圈电路 6.3 变压器 6.4 电磁铁,目 录,返回,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。,一、磁感应强度,与磁场方向相垂直的单位面积上通过的磁通（磁 力线），可表示磁场内某点的磁场强弱和方向。,B的单位：特斯拉（T） 1T104Gs 的单位：韦伯,矢量,6.1.1 磁场的基本物理量,高斯,二、磁通 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。,如 磁场内各点的磁感应强度的大小相等，方向相同， 这样的磁场则称为均匀磁场。,BS,的单位：
2、伏秒，通称为韦伯 Wb 或麦克斯韦Mx 1Wb108Mx,三、磁场强度,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。,H的单位：安米 的单位：亨米,安培环路定律（全电流定律）： 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.即,矢量,电流方向和磁场强度的方向 符合右手定则，电流取正； 否则取负。,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，如环形线圈，安培环路定律可写成：,其中,l x2 x是半径为x的圆周长 Hx是半径 x 处的磁场强度 FNI即线圈匝数与电流的乘积，称磁通势 单位为安培（A）,四、磁导率 磁导率 是一个
3、用来表示磁场媒质磁性和衡量物质导磁能力的物理量。,讨论,磁场内某一点的磁场强度H与有关吗？,由上两式可知，磁场内某一点的H只与电流大小、线圈匝数及该点的几何位置有关，而与 无关,真空中的磁导率为常数,一般材料的磁导率 和真空磁导率 0 的比值，称为 该物质的相对磁导率 r,或,返回,磁性材料的磁性能,一、高导磁性 指磁性材料的磁导率很高， r1，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BJ达到饱和值。,6.1.2 磁性材料的磁性能,高导磁性、磁饱和性、磁滞性、非线性,磁化曲线图
4、6.1.5,B和与H的关系图6.1.3,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 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。,磁滞回线图6.1.4,剩磁：当线圈中电流减到零 （H0），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Br,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
5、矩形。可用做记忆元件）。,返回,一、磁路,线圈通入电流后，产生磁通，分主磁通和漏磁通S。,线圈,铁心,6.1.3 磁路的分析方法,二、磁路的欧姆定律,对于环形线圈,磁路的 欧姆定律,说明,F=NI为磁通势 Rm为磁阻 l为磁路的平均长度 S为磁路的截面积,磁路与电路对照,磁路,电路,磁通势F,电动势E,磁通,电流I,磁感应强度B,电流密度J,磁阻Rm,电阻R,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
6、段组 成，则磁路由磁阻不同的几段串联而成。 NIH1 l1H2 l2（H l）（6.1.4）,如：由三段串联而成的 继电器磁路,图6.1.7继电器的磁路,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， H1500Am 于是 H1 l1195A 空气隙中的磁场强度为 H0B0 00.9（4 107）7.2105A/m,H07.2 105 0.2 10-21440A 总磁通势为 NI（H l）H1 l1H0 19514401635 线圈匝数为 NNII1635,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
7、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,6.2.1、电磁关系,铁心线圈分为：直流铁心线圈和交流铁心线圈,图6.2.1铁心线圈的交流电路,6.2 交流铁心线圈电路,图6.2.2 和 L 与 i 的关系,注,励磁电流 i与之间线性关系 i 与 之间不存在线性关系,6.2.2电压电流关系,铁心中磁感应 强度的最大值,铁心截面积,6.2.4式,6.2.5式,6.2.3 功率损耗,铜损Pcu：线圈电阻R上的功率损耗。 铁损Pfe：在交变磁通的作用下，由
8、磁滞和涡流 产生的功率损耗。包括磁滞损耗Ph 和涡流损耗Pe。,返回,Ph,Pe,变压器的功能：变电压、变电流、变阻抗,变压器的种类,6.3 变压器, 额定电压 变压器副边开路（空载）时，原、副边绕组允 许的电压值。, 额定电流 变压器满载运行时，原、副边绕组允许的电流值。,变压器的铭牌数据（以单相变压器为例）,6.3.1 变压器的工作原理,电磁关系,原绕组,副绕组,图6.3.2,电压变换,根据交流磁路的分析可得： E14.44fN1m E24.44fN2m,空载时副绕 组的端电压,变比,结论：改变匝数比，可得到不同的输出电压,电流变换,由于变压器铁心的导磁率高，空载电流（i0）很小， 可忽略
9、。写成相量为,结论：变压器原、副绕组的电流与匝数成反比,(6.3.8),(6.3.9),(6.3.10),阻抗变换,结论：变压器原边的等效负载，为副边所带负载乘以变比的平方。,（1）匝数比为,信号源输出功率为,图6.3.6,（2）当将负载直接接在信号源上时,6.3.2 变压器的外特性 副边输出电压和输出电流的关系 U2f（I2）,U20：原边加额定电压、副边开路时，副边的输出电压,图6.3.8变压器的外特性曲线,例6.3.2作业,二次绕组从空载到额定负载电压变化率,6.3.3 变压器的损耗与效率 变压器的功率损耗包括铁心中的铁损Pfe和绕组 上的铜损Pcu。,变压器的效率：,6.3.4 特殊变
10、压器,1. 自耦变压器,图6.3.9,2. 电流互感器,注意！,1. 副边不能断开，以防产生高电压； 2. 铁心、低压绕组的一端接地，以防在绝缘损坏时，在副边出现过压。,图6.3.11,6.3.5变压器绕阻的极性,当电流流入两个线圈(或 流出）时，若产生的磁通 方向相同，则两个流入端 称为同极性端（同名端）。 或者说，当铁芯中磁通变 化（增大或减小）时，在 两线圈中产生的感应电动 势极性相同的两端为同极 性端。,图6.3.13,两绕阻串联,两绕阻并联,若将两绕阻的其中一个线圈反绕， 则1和4为同极性端,注,返回,图6.3.13,注意：变压器几个功率的关系,变压器的功率因数,变压器的效率,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,6.4 电磁铁,图6.4.1,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,（6.4.1）,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,（6.4.2）,（6.4.3）,结 束,第 6 章,返回,
