磁路与铁芯线圈电路

澧县职业中专学校机电专业电工基础教案第四章 磁路与铁芯线圈电路概述本章教学目的及基本要求：1。了解磁路的定义，掌握磁路的基本物理量 ；2。了解交流铁芯线圈电路的组成，掌握其电压的计算和铁损的组成;3。了解电磁铁的原理和构成，掌握磁路欧姆定律的应用 ；4。了解变压器的应用，掌握变压器电压比、电流比和阻抗比的计算本章教学内容的重点和难点：教学重点:1.磁路的基本物理量；2 .磁路欧姆定律；3。变压器电压比、电流比和阻抗比的计算。教学难点：变压器电压比、电流比和阻抗比的计算本章教学内容的深化和拓宽：1。磁性材料的类型和特点；2. 左右手定则。本章教学方法、方式：讲授启发讨论本章主要参考资料：1。秦曾煌主编：电工学简明教程（第2版） 高等教育出版社。2007。12 .3。澧县职业中专学校机电专业电工基础单元 教案首页20 09年11月10日第10周课题：第四章 磁路与铁芯线圈电路课次：8教学方法：讲授、讨论、启发教具：多媒体教学目的：1。掌握磁路的基本物理量；2了解交流铁芯线圈电路电压的计算和铁损的组成;3 掌握磁路欧姆定律的应用4。掌握变压器电压比、电流比和阻抗比的计算教学重点：1. 磁路的基本物理量2 .磁路欧姆定律3。变压器电压比、电流比和阻抗比的计算教学难点：变压器电压比、电流比和阻抗比的计算教学过程时间分配 新课导入3分钟讲授新课7 0分钟巩固练习15分钟 作业布置2分钟课后记:教学过程设计【新课导入】磁路和电路往往是相关联的，很多电气设备中不仅有电路的问题 ，同时还有 磁路的问题，因此我们在研究电路的同时还要对磁路以及电路与磁路的关系进 行研究。【新课传授】？一、磁路及基本物理量1。磁路:磁通通过的闭合路径。由于铁磁材料是良导磁物质，所以它的磁导率比其他物质的磁导率大得多， 能把分散的磁场集中起来，使磁力线绝大部分经过铁芯而形成闭合的磁路.2。磁场的基本物理量(1) 磁感应强度E 国际单位为特斯拉，简称特(T)磁感应强度B是表示空间某点磁场强弱和方向的物理量，其大小可用通过垂 直于磁场方向的单位面积内磁力线的数目来表示。由电流产生的磁场方向可用 右手螺旋法则确定。(2) 磁通 国际单位为韦伯(W b)磁感应强度B与垂直于磁力线方向的面积 S的乘积称为穿过该面的磁通 ，即=BS磁通又表示穿过某一截面S的磁力线根数，磁感应强度B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(3 )磁场强度H国际单位是安培/米 ( A/ m).磁场强度沿任一闭合路径1的线积分等于此闭合路径所包围的电流的代数 和.磁场强度H的它的方向与磁感应强度 B的方向相同。(4)磁导率卩 国际单位为亨/米(H/m)。磁导率卩是用来表示物质导磁性能的物理量，某介质的磁导率是指该介质 中磁感应强度和磁场强度的比值，即卩=B/Ho自然界的物质,就导磁性能而言，可分为铁磁物质和非铁磁物质两大类。非铁磁物 质和空气的磁导率与真空磁导率0很接近，0 4 10 ?H/m。3。磁性材料与磁滞回线(1)磁性材料的分类物质按其导磁性能大体上分为磁性材料和非磁性材料两大类。 磁性材料 主要是指铁、镍、钻及其合金而言，其具有高导磁性、磁饱和性和磁滞性的特点, 按磁化特性的不同，铁磁性材料可以分成三种类型。1)软磁材料。具有较小的矫顽力，磁滞回线较窄。一般用来制造电机、电 器及变压器等的铁心常用的有铸铁、硅钢、坡莫合金及铁氧体等。铁氧体在 电子技术中应用也很广泛，可做计算机的磁心 ，磁鼓以及录音机的磁带、磁头2 )硬磁性材料永磁材料具有较大的矫顽力，磁滞回线较宽。一般用 来制造永久磁铁。常用的有碳钢、钻钢及铁镍铝钻合金等。3 )矩磁材料。具有较小的矫顽力和较大的剩磁， 磁滞回线接近矩形，稳定性也良好。在计算机和控制系统中可用作记忆元件、开关元件和逻辑元件.常用的有镁锰铁氧体及1J51型铁镍合金。(2)磁滞回线当铁芯线圈中通有大小和方向变化的 电流时，铁芯就产生交变磁化，磁感应强 度B随磁场强度H变化的关系如图所示。 Oc段B随H增加而增加,当磁化曲线达到 c时，减小电流使H由H m逐渐减小，B将 沿另一条位置较高的曲线b下降。当H=0 时， 仍有B =Br,B r为剩余磁感应强度，简称剩 磁。欲使B= 0 ,需通有反向电流加反向磁场 -He,H c称为矫顽力。当达到-H m时，磁性材 料达到H反向减小，曲线回升；Em到H=0时相应有一Br,为反向剩磁。再使H从 零正向增加到Hm,即又正向磁化到饱和，便 得到一条闭合的对称于坐标原点的回线，这 就是磁滞回线。二、交流铁芯线圈与电磁铁1 .交流铁芯线圈有关。铁芯线圈可以通入直流电来励磁(如电磁铁)，产生的磁通是恒定的，在线圈 和铁芯中不会感应出电动势来，在一定的电压下，线圈中的电流和线圈的电阻 设电压、电流和磁通及感应电动势的 参考方向如左图所示，由基尔霍夫电 压定律有：u +e+es Ri = 0 或 u= R i +(e)+ ( e s)式中:e为产生的感应电动势es为s产生的感应电动势。大多数情况 下，线圈的电阻R很小,漏磁通c较 小，即 u = e根据法拉第电磁感应定律有由于电源电压与产生的磁通同频变化， 设N Nd d二msi nw t,则 u= w N msi n(w t+90° )=2 n f N msd tdt in ( w t+90°)电压的有效值为 U= 4。44fNm即当铁芯线圈上加以正弦交流电压时，铁芯线圈中的磁通也是按正弦规律变化。 在相位上，电压超前于磁通90° ;在数值上，端电压有效值为U=4°44fNm。在交流磁通作用下，铁芯中有能量损耗，称为铁损。铁损主要由两部分组 成：(1) 涡流损耗。涡流在铁芯内部流动时，在所经回路的导体电阻上产生的 能量损耗。减少途经：一是采用较薄的硅钢片叠成铁芯，二是提高铁芯材料电阻率.(2) 磁滞损耗.克服各种阻滞作用而消耗的那部分能量.其一般转化为热能 使贴磁材料发热。减少途经是采用软磁材料。2. 电磁铁电磁铁是利用载流铁芯线圈产生的电磁吸力来操纵机械装置，以完成预期 动作的一种电器。它是将电能转换为机械能的一种电磁元件.。三、磁路定律与计算1。磁路欧姆定律如右图所示为一个线圈匝数为N、通有电流为I、闭合磁路的平均长度为L、截面积为S的均匀磁路铁芯，材料的磁导率为卩，在铁 芯中的磁场强度为H ,磁感应强度为B。故铁 芯种的磁通为：'O=B S=H S根据安培环路定律有：H=N I / L上式中线圈匝数与电流乘积称为磁通势，用字母F表示,即F=NI磁通势的单位是安培(A)联立上面几个式子，则HS NI 有L / S如果线圈中的铁芯换上导磁性能差的非磁性材料，而磁通势NI仍保持不变, 那么，由于非磁性材料的磁导率很小，磁路中的磁通将变得很小。在磁路中也有磁阻 Rm对磁通磁阻可用下式BSNIL / S(可看做磁流)起阻碍作用根据推导, F 来决定R m2。磁路基尔霍夫定律匸|r* I钉1111114Tx11i *J11(1111C1111L)11111 1)111(L111)111104如1i11I、h1出k2 E 2 N 2 u1 EU巾）折算到 次鏡组的馨垃開抗磁力线是闭合的，因此磁通是连续的，对 于磁路中任一闭合面、任一时刻穿入的磁通， 必定等于穿出的磁通，在一个有分支的磁路中 的节点处取一闭合面，磁通的代数和为零，这 就是磁路基尔霍夫第一定律。在节点 A处作 一闭合面，若设穿入闭合面的磁通为正，穿出 闭合面的磁通为负,则有一12+3 = 0即艺=0考虑到在磁路的任一闭合路径中，磁场强 度与磁通势的关系应符合安培环路定律，故有艺NI=艺H L四、变压器如右图所示为单相变压器的 原理图，与电源相连的称为一次 绕组（又称原边绕组），与负载相 连的称为二次绕组（又称副边绕 组）.一次绕组、二次绕组的匝数分别为N 1和Nu1时， 次绕组中便有电流i1通过。电流1 1在铁芯中产生闭合磁通 ，磁通随i负 载，贝恠二次绕组和负载组成的回路中有负载电流产生。变压器中一、二次绕组的电压之比为变压器的电压比，即变压器中一、二次绕组的电流Ii Ni 1 之比为I7 I打 '阻抗变换可得丨z' |=k2 | ZL |五、例题讲解1 .教材P63例4 12.教材P6 3例42【巩固练习】 教材P 64思考题与习题 4 1 4 - 2 4-3 4 -4【课后作业】 教材P6 4思考题与习题 474 8