第十一章-磁路和有铁心的交流优秀文档.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第十一章 磁路和有铁心线圈的交流电路,1.,恒定磁通,磁路的基本概念与计算;2.,交变磁通,磁路的基本概念与计算第一节 磁场和磁路的基本概念,一、磁场的基本概念,磁场,能量的储存方式,磁感应强度,（magnetic induction strength）,B,表示某点磁场性质的基本物理量，它反映了磁力线分布的疏密程度，其方向与各点的切线方向一致，是单位面积的磁通量也称为,磁通密度,（flux density）,主要内容:,磁场强度（magnetic field strength）,H,：它沿场中任意闭合路径的线积分只与产生磁场的宏观,传导电流,有关，与场中的介质无关：,：衡量磁介质导磁能力的物理量其变化就是所谓的磁化曲线非铁磁物质,为,直线,，铁磁物质为一条,曲线,磁导率,磁通量,（flux）：磁感应强度的通量,二、磁路的基本概念,磁路,（magnetic circuit）,利用铁磁物质组成一定结构，人为地造成磁通的,路径,磁路,特点,：,可以认为磁通全部（或主要）集中在磁路里，磁路路径就是磁力线的轨迹。

磁路常可分为几段，使每段具有相同的截面积和相同的磁介质在各磁路段中,磁场强度处处相同,，,方向与磁路路径一致在磁路的任一个截面上，磁通都是,均匀分布,的磁路,问题实质上是局限在一定范围内的,磁场,问题三、铁磁材料的主要特性及磁滞回线,1、高导磁性,0,2、磁饱和性与非线性,非铁磁物质,B,-,H,为一条通过坐标原点的,直线,，即,=,B,/,H,为一常量铁磁物质,B,与,H,的关系是一条曲线，称为该种材料的磁化曲线，通常也称为,B,-,H,曲线,曲线,:,被测试铁磁材料的起始磁化曲线基本上可以分为,三段,：,开始的,Oa,段，,B,值随着,H,缓慢增加；ab段，,B,迅速上升；,bc段，,B,值又转为缓慢上升，这称饱和段过了,c,点，达到,磁饱和,，曲线几乎变成像非铁磁物质的磁化曲线（直线,）趋近于一条直线B,H,O,a,b,c,B,H,、,H,曲线,例：无分支磁路正面问题计算,例、一带铁心线圈，已知线圈电阻R ，漏电抗X=1,在外加工频电压U=100V时,测得I=10A,P=200W一、涡流损耗（eddy current liss）:,在各磁路段中磁场强度处处相同，方向与磁路路径一致。

因此不能用磁路的欧姆定律计算设线圈外加电压为正弦波：,开始的Oa段，B值随着H缓慢增加；,由于B与H的关系是非线性的，不是一个常量当i 的参考方向与假定绕行方向符合右手螺旋法则时，Ni(F)取正号，否则取负号解：取一半磁路，截面积相同,支路：磁路中通过同一磁通的分支考虑磁滞现象时,BH 之间的关系不能用平均磁化曲线而必须用磁滞回线来描述,仍忽略漏磁,线圈中电阻损耗,忽略涡流3）为了减小因磁通变化在铁心中感应的涡流，铁心常用薄钢片叠成1）画出铁心段的磁压、磁通曲线：,在磁场中，H矢量沿任何闭合曲线的线积分（或H矢量沿任一闭合曲线的环流），等于这闭合曲线所包围的各传导电流强度的代数和利用铁磁物质组成一定结构，人为地造成磁通的路径曲线,：,随磁场强度,H,变化的曲线由于,B,与,H,的关系是非线性的，,不是一个常量r,0,B,H,O,a,b,c,B,H,、,H,曲线,当,H,值下降到零时，,B,值并不为零，保留着,B,r,1,值(Od)，称为剩余磁通密度，简称,剩磁,要退磁使,B,值降到零（e点），必须将,H,的方向反过来并达到,H,=-,H,c1,，这个使,B,=0的反向磁场,-,H,c1,称为矫顽磁场强度，简称,矫顽力,。

3、磁滞性与磁滞回线,B,H,O,a,b,c,起始磁化曲线,H,m,H,c1,-H,c1,-H,m,f,g,h,c,d,B,r,1,e,4、基本磁化曲线（平均磁化曲线）,基本磁化曲线，是对一种磁铁材料取多个不同的,H,m,值，得到一系列不同的对称磁滞回线，再把各磁滞回线的正顶点联成曲线(Oc)基本磁化曲线,亦称,平均磁化曲线,磁通密度,B,的变化总是滞后于磁场强度,H,的变化，这种现象称为,磁滞,，这样得到的闭合磁化曲线称为,磁滞回线,矫顽力大的材料称为“硬”磁材料，矫顽力小的材料称为“软”磁材料B,H,O,磁滞回线,H,m,H,c,-H,c,-H,m,c,B,r,-B,r,第二节 磁路的基本定律,一、安培环路定律（复习）,在磁场中，,H,矢量沿任何闭合曲线的线积分（或,H,矢量沿任一闭合曲线的环流），等于这闭合曲线所包围的各传导电流强度的代数和I,1,I,3,I,2,例：,按照右螺旋定则决定,I,的正负二、磁路基本定律,1、磁路欧姆定律,设铁心的平均长度,l,，截面积,S,，则据安培环路定律得：,F,m,：,磁通势,（magnetomotive force）围绕磁路某一线圈的电流与其匝数的乘积，称为该线圈产生的磁通势。

磁通势方向由,右手螺旋法则,确定，单位安匝称为磁阻（reluctance），单位：,H,-1,对于一段材料一致且截面相同的局部磁路，若其长度为,l,，则：,Hl,磁压降(magnetic potential difference),磁压降也称磁压或磁位差，其方向与磁场方向一致，单位安（A）,非铁磁物质磁阻为常数,；,铁磁物质磁阻因,随,B,或,变化而不是常数，,与,F,m,（或,R,m,）,不成正比例关系，其关系应用,B,H,曲线决定因此不能用磁路的欧姆定律计算称为,磁导,（permeance）,2、磁路基尔霍夫第一定律,任一包围面，在任意时刻穿过该包围面的各分支磁路段的磁通量的代数和为零，也称为,磁通连续性定理,支路：磁路中通过同一磁通的分支3、磁路基尔霍夫第二定律,设沿,l,1,和,l,3,两段的,H,值分别为,H,1,和,H,3,，并分别处处与,l,1,、,l,3,平行沿着,l,1,、,l,3,组成的闭合路径，根据安培环路定律：,沿着,l,1,、,l,2,组成的闭合路径,（绕行方向为顺时针方向），,根据安培环路定律：,N,2,i,2,项前面有,负号,是因为闭合路径的绕行方向与,i,2,的参考方向不符合右螺旋法则,；,H,2,l,2,即,2,R,m2,项前有,负号,是因为绕行方向与第二段路径上的,H,2,、,B,2,、,2,的参考方向相反。

安培环路定律,任意时间沿磁路中任一闭合路径，各段磁路的磁压降的代数和,等于,围绕此闭合路径的所有磁通势的代数和当,i,的参考方向与假定绕行方向符合,右手螺旋法则,时，,Ni,(,F,)取,正号,，否则取负号而,（即,B,、,H,）的参考方向与绕行方向相同时，,R,m,(,Hl,)取正号，否则取负号上式中,各,磁路段,截面,相同，磁通相同,磁密,B,相同，又因为磁介质相同,磁场强度,H,相同当激磁电流为,直流,时，磁路中产生恒定磁通，此磁路称为,恒定磁通磁路,；,当激磁电流为,交流,时，磁路中产生交变磁通，此磁路称为,交变磁通磁路,第三节 恒定磁通磁路计算,磁路特性的非线性,磁路不能象电路中的集总参数元件来表示，各部分特性与其形状、尺寸、材料有关1）铁心的磁特性取其平均磁化曲线2）磁路长度一般取其平均长度（中心线长度）,（3）为了减小因磁通变化在铁心中感应的涡流，铁心常用薄钢片叠成第一类,已知,磁通,磁通势,F,第二类,已知磁通势,F,磁通,（4）在空气隙中，磁通会向外扩张，引起边缘效应：,一、,无分支磁路,计算,磁路材料、尺寸已定且只有一个回路，则各处的,磁通相同,1）正面问题的计算：,计算程序,：,例：无分支磁路,正面问题,计算,解：,（1）按磁路截面和材质将磁路分为两段。

例,（4）据磁路的,基尔霍夫第二定律计算磁通势,（2）求各段磁路的磁感应强度：,（3）求各段磁路的磁场强度：,例：无分支磁路反面问题计算,解：试探法求解,1）,第一次试探：,按正面问题验算磁通势：,2）,第二次试探,：,按,正面问题,验算磁通势,：,例,3),第三次试探,：,验算结果:,（2）反面问题的计算：,试探法：先忽略铁磁物质的磁阻，计算空气隙的磁通，以此为第一次试探值，按正面问题计算磁通势然后与给定磁通势比较，据比较结果修正第一次试探值，再计算磁通势，再比较，直至算得的磁通势与给定磁通势相近（5以内）图解法,：磁路看作铁心段与气隙段的串联磁路，其图解法与非线性电阻电路的图解法相似1）画出铁心段的磁压、磁通曲线：,2）画出空气隙的磁压、磁通曲线：,3）,交点,为所求磁通,二、,有分支磁路,的计算,（1）,对称,有分支磁路：,可取其,一半,计算,例,：,正面问题的计算,：,解：取一半磁路，截面积相同,磁路的平均长度,铁心中的磁密：,反面问题的计算：,例：上例若已知磁通势为310A，求中间柱的磁通,解：取对称磁路的一半,（2）不对称有分支磁路的计算,正面问题,的计算,：,反面问题,的计算,（已知磁通势求磁通）,1）试探法：同前,2）图解法,作业:11-2，3,4,5,课堂练习题,图示恒定磁通磁路，已知,=,40cm,S,=,20cm,2,，,N,1,=600匝,N,2,=200匝,磁通,=,I,1,不计漏磁,。

求电流,I,2,第四节 磁饱和与磁滞对电压、电流及磁通波形的影响,一、交流磁路,特点,：,（1）与直流磁路不同，交流磁路的铁心始终处于反复磁化之中；磁滞回线的饱和性和不可逆性导致线圈电流和磁通不能同时为正弦波2）交流磁路除受磁路的基尔霍夫两定律的约束外，还要受电磁感应定律的约束变化的磁通要产生感应电动势，对电路的电压、电流有影响3）交流磁路的线圈电流和磁通不能同时为正弦波其分析方法既不能用线性方法也不能用相量法在,直流激励,下，,稳态时,磁通是恒定的，不产生感应电动势，对电路的电压、电流没有影响，故,其,电路,和,磁路,的分析,可以分开,（过渡过程则涉及磁通变化对电路的影响）；,在,正弦激励,下，,对,其,电路,的分析与,磁路,分析,不可分开,分析的,出发点,：以,电流、磁路的基本约束关系,以及,反映磁与电,联系的,电磁感应定律,二、带铁心线圈电路,（1）,磁饱和,对电流及磁通波形的影响,磁路为无分支均匀磁路，先忽略漏磁及线圈中的电阻损耗，也忽略磁滞与涡流则有：,设线圈外加电压为正弦波,：,t,结论,：,线圈外施电压为正弦时，磁通为正弦，相位滞后线圈电压90，由于磁路的饱和，,线圈电流,发生严重,畸变,。

设线圈电流为正弦波：,t,结论,:,线圈中通过电流为正弦时，由于磁路的饱和,磁通为平顶波,，且同时最大,同时过零（同相）电压波形,发生严重的,畸变,2）,磁滞,对电压电流及磁通波形的影响,：,考虑磁滞现象时,B,H,之间的关系不能用平均磁化曲线而必须用磁滞回线来描述,仍忽略漏磁,线圈中电阻损耗,忽略涡流,设线圈外加电压为正弦波：,t,设线圈电流为正弦波：绘制的磁通波形为圆钝形,电压波形为尖削形,畸变显著.,铁心中由于交变磁化而产生的功率损耗，称为,铁损,（iron loss）,P,Fe,铁损由铁心中涡流和磁滞产生一、涡流损耗（eddy current liss）:,交变磁通在铁心中产生感应电流，此电流垂直磁通呈旋涡状流动，称为,涡流,（eddy current）,涡流存在,一方面改变磁通的分布产生磁效应，一方面产生热效应形成功率，即涡流损耗,P,e,涡流损耗与电源频率的平方及磁通的幅值平方成正比第五节 铁心中的功率损耗,减小涡流损耗的措施,：1、用电工硅钢片叠装成铁心，片间加绝缘涂料，减小叠片厚度2、钢片中加硅增大其电阻率，减小涡流涡流的应用,：制成感应式电炉和金属感应热处理装置；制成实现无损检测传感器。

二、磁滞损耗（hysteresis loss）,铁心在交变磁化下，内部磁踌不断改变排列方向和发生畴壁位移造成。