电路课件：附录A磁路和铁心线圈.ppt

附录附录A 磁路和铁心线圈磁路和铁心线圈首首 页页磁场和磁路磁场和磁路A1铁磁物质的磁化曲线铁磁物质的磁化曲线A2磁路的基本定律磁路的基本定律A3恒定磁通磁路的计算恒定磁通磁路的计算A4交变磁通磁路简介交变磁通磁路简介A5铁心线圈铁心线圈A6本章重点本章重点返 回4.4.铁磁物质的特性铁磁物质的特性l 重点：重点：2.2.磁路的基本定律磁路的基本定律1.1.磁场和磁路的概念磁场和磁路的概念3.3.恒定磁通磁路的计算恒定磁通磁路的计算A.1 磁场和磁路磁路 根据电磁场理论，磁场是由电流产生的，它与根据电磁场理论，磁场是由电流产生的，它与电流在空间的分布和周围空间磁介质的性质密切相电流在空间的分布和周围空间磁介质的性质密切相关描述磁场的基本物理量是磁感应强度关描述磁场的基本物理量是磁感应强度B和磁场和磁场强度强度H下 页上 页1.1.磁感应强度磁感应强度B根据安培力定义根据安培力定义B 安培经过大量的实验确定了磁场对一个恒定电安培经过大量的实验确定了磁场对一个恒定电流元作用力的大小及方向：流元作用力的大小及方向：返 回磁感应强度磁感应强度或磁通密度或磁通密度FBIdl定义定义T（Wb/m2）安培力安培力1T=104（GS）根据根据洛仑兹力洛仑兹力定义定义B 电流是电荷以某一速度运动形成的，所以磁电流是电荷以某一速度运动形成的，所以磁场对电流的作用可以看作是对运动电荷的作用。

场对电流的作用可以看作是对运动电荷的作用下 页上 页返 回dFBv洛仑兹力洛仑兹力定义定义3.3.磁通连续性原理磁通连续性原理 定义定义穿过磁场中给定曲面穿过磁场中给定曲面S的磁感应强度的磁感应强度B 的的通量为磁通：通量为磁通：Wb(韦伯)下 页上 页返 回若若S面为闭合曲面面为闭合曲面磁通连续性原理磁通连续性原理注意 磁通磁通 是标量磁通是标量磁通连续性原理表明磁力线连续性原理表明磁力线是无头无尾的闭合曲线，这一性质是建立在自然是无头无尾的闭合曲线，这一性质是建立在自然界不存在磁荷的基础上界不存在磁荷的基础上Wb(韦伯)下 页上 页返 回 几乎所有的气体、液体和固体，不论其内部结几乎所有的气体、液体和固体，不论其内部结构如何，放入磁场中都会对磁场产生影响，表明所构如何，放入磁场中都会对磁场产生影响，表明所有的物质都有磁性，但大部分媒质的磁性较弱，只有的物质都有磁性，但大部分媒质的磁性较弱，只有铁磁物体才有较强的磁性有铁磁物体才有较强的磁性4.4.磁场强度磁场强度H引入磁场中感受轻微推斥力的物质引入磁场中感受轻微推斥力的物质所有的有机化合物和大部分无机化合所有的有机化合物和大部分无机化合物是抗磁体。

物是抗磁体抗磁体抗磁体引入磁场中感受轻微吸引力拉向强磁引入磁场中感受轻微吸引力拉向强磁场的物质铝和铜等金属是顺磁体场的物质铝和铜等金属是顺磁体顺磁体顺磁体下 页上 页返 回铁磁体铁磁体引入磁场中感受到强吸引力的物质（所引入磁场中感受到强吸引力的物质（所受磁力是顺磁物质的受磁力是顺磁物质的5000倍）铁和磁倍）铁和磁铁矿等是铁磁体铁矿等是铁磁体定义：磁场强度定义：磁场强度 A/m考虑媒质的磁化，引入磁场强度考虑媒质的磁化，引入磁场强度H磁化强度磁化强度对于线性均匀各向同性的磁介质对于线性均匀各向同性的磁介质磁化率磁化率相对磁导率相对磁导率下 页上 页返 回注意式中式中0为真空中的磁导率，它与真空电容率和为真空中的磁导率，它与真空电容率和真空中光速满足关系：真空中光速满足关系：顺磁体和抗磁体的顺磁体和抗磁体的磁导率可近似为磁导率可近似为0铁磁体的铁磁体的磁导率是磁导率是0的的103-104倍，且不是常量倍，且不是常量5.5.安培环路定律安培环路定律 在磁场中，对在磁场中，对H的任意闭合线积分等于穿过闭的任意闭合线积分等于穿过闭合路径所界定面的传导电流的代数和：合路径所界定面的传导电流的代数和：下 页上 页返 回注意磁通势磁通势 定律中电流定律中电流 i 的正负取决于电流的方向与积的正负取决于电流的方向与积分回路的绕行方向是否符合右螺旋关系，符合时分回路的绕行方向是否符合右螺旋关系，符合时为正，否则为负。

为正，否则为负下 页上 页返 回6.磁路的基本概念磁路的基本概念 由于铁磁材料的高磁导率，铁芯有使磁感应通由于铁磁材料的高磁导率，铁芯有使磁感应通量集中到自己内部的作用工程上把由磁性材料组量集中到自己内部的作用工程上把由磁性材料组成的、成的、（可包括气隙），可包括气隙），能使磁力线集中通过的整能使磁力线集中通过的整体，称为磁路体，称为磁路磁路特点铁心中的磁场比周围空气中的磁场强得多；铁心中的磁场比周围空气中的磁场强得多；在限定的区域内利用较小的电流获得较强的磁场在限定的区域内利用较小的电流获得较强的磁场;主磁通远远大于漏磁通；主磁通远远大于漏磁通；下 页上 页返 回空心线圈磁场分布空心线圈磁场分布铁心线圈磁场分布铁心线圈磁场分布下 页上 页返 回半封闭铁心线圈磁场分布半封闭铁心线圈磁场分布 全封闭铁心线圈磁场分布全封闭铁心线圈磁场分布下 页上 页返 回全封闭铁心线圈空间的少量漏磁全封闭铁心线圈空间的少量漏磁下 页上 页返 回(a)变压器(b)接触器(c)继电器(d)四极电机(e)永磁式电磁仪表 几种常见的磁路下 页上 页返 回A.2 铁磁物质的磁化曲线铁磁物质的磁化曲线1.1.铁磁质的磁特性铁磁质的磁特性用用BH曲线来描述曲线来描述磁滞曲线下 页上 页返 回 磁滞回线磁滞回线剩磁剩磁Br铁磁质反复磁化时的铁磁质反复磁化时的 B-H 曲线，曲线，通通常通过实验的方法获得常通过实验的方法获得。

矫顽力矫顽力HC去掉磁化场后，铁磁质还保留的剩余去掉磁化场后，铁磁质还保留的剩余磁感应强度磁感应强度使铁磁质完全退磁所需的反向磁场使铁磁质完全退磁所需的反向磁场基本磁化曲线基本磁化曲线 许多不饱和磁滞回线许多不饱和磁滞回线的正顶点的连线的正顶点的连线下 页上 页返 回注意磁化曲线与温度有关，磁导率磁化曲线与温度有关，磁导率 一般随温度的一般随温度的升高而下降，高于某一温度时（居里点）可能升高而下降，高于某一温度时（居里点）可能完全失去磁性材料的磁性；完全失去磁性材料的磁性；磁导率磁导率 随随H变化，变化，B与与H为非线性关系为非线性关系下 页上 页返 回2.2.铁磁质的分类铁磁质的分类 软磁材料软磁材料 磁滞回线较窄，磁滞回线较窄，大，大，HC、Br小，小，断电后断电后能立即消磁能立即消磁如硅钢、矽钢等如硅钢、矽钢等 磁损小，用于电机、磁损小，用于电机、变压器、整流器、继电器等电磁设备的铁芯变压器、整流器、继电器等电磁设备的铁芯硬磁材料硬磁材料 磁滞回线较宽，磁滞回线较宽，小，小，HC、Br大，大，充磁充磁后剩磁大如铁氧体后剩磁大如铁氧体 、钕铁硼、钕铁硼 用于永磁电机、电用于永磁电机、电表、电扇，电脑存贮器等器件中的永磁体。

表、电扇，电脑存贮器等器件中的永磁体下 页上 页返 回A.3 磁路的基本定律磁路的基本定律 磁路定律是磁场的磁通连续性原理和安培环路磁路定律是磁场的磁通连续性原理和安培环路定律的具体应用，把其写成与电路定理相似的形式，定律的具体应用，把其写成与电路定理相似的形式，从而可以借用有关电路的一些概念和分析问题的方从而可以借用有关电路的一些概念和分析问题的方法分析的假设条件漏磁很小，只考虑主磁通；漏磁很小，只考虑主磁通；因此，应用因此，应用磁路定理计算实际只是一种估算磁路定理计算实际只是一种估算铁心中的磁铁心中的磁通平行磁路中心线且均匀分布通平行磁路中心线且均匀分布下 页上 页返 回1.1.磁路的基尔霍夫第一定律磁路的基尔霍夫第一定律磁通连续性原理磁通连续性原理 穿过磁路中不同截面结合处的磁通的代数和等穿过磁路中不同截面结合处的磁通的代数和等于零该定律形式上类似于电路中的于零该定律形式上类似于电路中的KCL下 页上 页返 回注意磁通的注意磁通的参考方向参考方向2.2.磁路的基尔霍夫第二定律磁路的基尔霍夫第二定律安培环安培环路定律路定律 磁路中由磁路段的中心线组成的环路上各磁路磁路中由磁路段的中心线组成的环路上各磁路段的段的Hl 的代数和等于中心线（环路）交链的磁通势的代数和等于中心线（环路）交链的磁通势的代数和。

此定律形式上类似于电路中的的代数和此定律形式上类似于电路中的KVL下 页上 页返 回 当磁通参考方向与电流方向呈右螺旋关当磁通参考方向与电流方向呈右螺旋关系，系，i 取正，否则取负取正，否则取负注意下 页上 页返 回磁势磁势磁阻磁阻3.3.磁阻的概念磁阻的概念磁压磁压注意 磁阻类似于电路中的非线性电阻上式表磁阻类似于电路中的非线性电阻上式表示的磁阻是静态磁阻，由于示的磁阻是静态磁阻，由于 不是常数，直接计算磁不是常数，直接计算磁阻不很方便阻不很方便下 页上 页返 回4.4.磁路与电路对比磁路与电路对比磁磁 压压 Um=Rm磁磁 势势 Fm=Ni 磁路公式可以写成与电路公式相似的形式磁路公式可以写成与电路公式相似的形式电电 压压 U=iR电电路路磁磁路路电电 势势 电电 流流 I 磁通量磁通量 磁导率磁导率 电导率电导率 电电 阻阻 磁磁 阻阻 磁路定理磁路定理下 页上 页返 回-+-+下 页上 页返 回A.4 恒定磁通磁路的计算恒定磁通磁路的计算恒定磁通磁路恒定磁通磁路 磁路中各励磁线圈的电流是磁路中各励磁线圈的电流是直流，磁路中的磁通和磁通直流，磁路中的磁通和磁通势都是恒定的势都是恒定的。

磁路计算的问题磁路计算的问题已知磁通（或磁感应强度已知磁通（或磁感应强度B），求所需磁通势），求所需磁通势；已知给定的磁通势，计算磁路中的磁通已知给定的磁通势，计算磁路中的磁通磁路计算目的是在已知磁路结磁路计算目的是在已知磁路结构、尺寸及材料的情况下，找构、尺寸及材料的情况下，找出磁通与磁动势之间的关系出磁通与磁动势之间的关系一般分为两类问题：一般分为两类问题：下 页上 页返 回磁阻与磁路的几何尺寸、磁导率磁阻与磁路的几何尺寸、磁导率有关为常数是线性磁路，为常数是线性磁路，为磁场场量的函数是为磁场场量的函数是非线性磁路非线性磁路注意一般不计空气隙的边缘效应一般不计空气隙的边缘效应如考虑边缘扩如考虑边缘扩张效应（气隙张效应（气隙很小）：很小）：有效面积（矩形）有效面积（矩形）有效面积（圆形）有效面积（圆形）下 页上 页返 回1.1.线性磁路的计算线性磁路的计算磁阻磁阻，问电流问电流I？并求气隙的磁压并求气隙的磁压Umo若在磁路中产生若在磁路中产生 已知磁路已知磁路 L=20cm，截面积截面积 例例解解这是一无分支均匀磁路这是一无分支均匀磁路下 页上 页返 回磁势磁势电流电流磁压磁压-+下 页上 页返 回侧柱侧柱对称性对称性解法一 中间柱中间柱 有一对称磁路，中间柱截面积为有一对称磁路，中间柱截面积为 ,试求侧柱的磁通。

试求侧柱的磁通两侧柱截面积两侧柱截面积例例这是一有分支的磁路这是一有分支的磁路下 页上 页返 回侧柱磁通侧柱磁通Wb-+下 页上 页返 回 磁路是对称的，取其一半，则磁路是对称的，取其一半，则磁阻磁阻磁势磁势侧柱磁通侧柱磁通Wb解法二下 页上 页返 回 设磁通方向设磁通方向,求各磁路磁阻求各磁路磁阻 已知气隙中的磁通为已知气隙中的磁通为0，线圈匝数为，线圈匝数为N，铁芯材料磁铁芯材料磁导率为导率为,截面积分别为截面积分别为S2 和和S1,试求电流试求电流I各磁路磁压各磁路磁压例例解解下 页上 页返 回2.2.非线性磁路的计算非线性磁路的计算例例1 1 一圆环形磁路及基本磁化曲线如图所示，平均磁路长度一圆环形磁路及基本磁化曲线如图所示，平均磁路长度 l=100 cm，截面积截面积 A=5 cm2，若要求产生若要求产生 210-4 Wb 的的磁通，试求磁势为多少磁通，试求磁势为多少？解解这是均匀无分支磁路这是均匀无分支磁路下 页上 页返 回查磁化曲线查磁化曲线 H=300 A/m磁势磁势 反。