磁路与铁心线圈电路.ppt
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1、第6章 磁路与铁心线圈电路,6.2 交流铁心线圈电路,6.3 变压器,6.4 电磁铁,6.1 磁路及其分析方法,在很多电工设备(像变压器、电机、电磁铁电工测量仪器等)中,不仅有电路的问题,同时还有磁路的问题。只有同时掌握了电路和磁路的基本理论,才能对以上电工设备进行全面分析。,本章结合磁路和铁心线圈电路的分析,讨论变压器和电磁铁的工作原理,作为应用实例。,磁路和电路往往是相关的,因此在这里要研究磁路和电路的关系以及磁和电的关系。,在电机、变压器及各种铁磁元件中常用磁性材料做成一定形状的铁心。铁心的磁导率比周围空气或其它物质的磁导率高的多,磁通的绝大部分经过铁心形成闭合通路,磁通的闭合路径称为磁
2、路。,直流电机的磁路,四极直流电机和交流接触器的磁路,6.1 磁路及其分析方法,6.1.1 磁场的基本物理量,1.磁感应强度,磁感应强度B : 表示磁场内某点磁场强弱和方向的物理量。,磁感应强度B的大小:,磁感应强度B的方向: 与电流的方向之间符合右手螺旋定则。,磁感应强度B的单位: 特斯拉(T),1T = 1Wb/m2,均匀磁场: 各点磁感应强度大小相等,方向相同的 磁场,也称匀强磁场。,(F=NI 磁通势),2. 磁通,磁通 :穿过垂直于B方向的面积S中的磁力线总数。,说明: 如果不是均匀磁场,则取B的平均值。,在均匀磁场中 = B S 或 B= /S,磁感应强度B在数值上可以看成为与磁场
3、方向垂直的单位面积所通过的磁通,故又称磁通密度。,磁通 的单位:韦伯(Wb) 1Wb =1Vs,3.磁场强度,磁场强度H :是计算磁场时所引用的一个物理量,也是矢量,通过它来确定磁场与电流之间的关系。,磁场强度H的单位 :安培/米(A/m),任意选定一个闭合回线的围绕方向,凡是电流方向与闭合回线围绕方向之间符合右螺旋定则的电流作为正、反之为负。,式中: 是磁场强度矢量沿任意闭合 线(常取磁通作为闭合回线)的线积分;,I 是穿过闭合回线所围面积的电流的代数和。,安培环路定律电流正负的规定:,即:安培环路定律,所以安培环路定律将电流与磁场强度联系起来。,在均匀磁场中 Hl = IN,由实验可测得:
4、真空的磁导率为:,4. 磁导率,磁导率 :表示磁场媒质磁性的物理量,衡量物质 的导磁能力。它与磁场强度的乘积就等于磁感应强度,即:,磁导率 的单位:亨/米(H/m),因为它是一个常数,将其它物质的磁导率和它比较是很方便的。,4.磁导率,相对磁导率 r: 任一种物质的磁导率 和真空的磁导率0的比值。,也即当磁场媒质是某种物质时某点的磁感应强度B与在同样电流下真空时该点的磁感应强度B0之比的倍数。,自然界的所有物质按磁导率的大小,大体上可分为磁性材料和非磁性材料。,6.1.2 磁性材料的磁性能,1. 高导磁性,磁性材料的磁导率通常都很高,即 r 1 (如坡莫合金,其 r 可达 2105 ) 。 磁
5、性材料能被强烈的磁化,具有很高的导磁性能。,磁性材料主要指铁、镍、钴及其合金等。,磁性物质的高导磁性被广泛地应用于电工设备中,如电机、变压器及各种铁磁元件的线圈中都放有铁心。在这种具有铁心的线圈中通入不太大的励磁电流,便可以产生较大的磁通和磁感应强度。,磁性物质由于磁化所产生的磁化磁场不会随着外磁场的增强而无限的增强。,2.磁饱和性,BJ 磁场内磁性物质的磁化磁场 的磁感应强度曲线;,B0 磁场内不存在磁性物质时的 磁感应强度直线;,B BJ曲线和B0直线的纵坐标相 加即磁场的 B-H 磁化曲线。,BJ,B,a,b,磁化曲线,磁性物质由于磁化所产生的磁化磁场不会随着外磁场的增强而无限的增强。当
6、外磁场增大到一定程度时,磁性物质的全部磁畴的磁场方向都转向与外部磁场方向一致,磁化磁场的磁感应强度将趋向某一定值。如图。,B-H 磁化曲线的特征: Oa段:B 与H几乎成正比地增加; ab段:B 的增加缓慢下来; b点以后:B增加很少,达到饱和。,有磁性物质存在时,B 与 H不成正比,磁性物质的磁导率不是常数,随H而变。,有磁性物质存在时,与 I 不成正比。,磁性物质的磁化曲线在磁路计算上极为重要,其为非线性曲线,实际中通过实验得出。,磁化曲线,B和与H的关系,3.磁滞性,磁性材料在交变磁场中反复磁化,其B-H关系曲线是一条回形闭合曲线,称为磁滞回线。,磁滞性:磁性材料中磁感应强度B的变化总是
7、滞后于 外磁场变化的性质。,磁滞回线,Br,Hc,剩磁感应强度Br (剩磁) : 当线圈中电流减小到零(H=0)时,铁心中的磁感应强度。,例如: 永久磁铁的磁性就是由剩磁产生的;,3. 磁滞性,磁滞回线,Br,Hc,但剩磁也存在着有害的一面,例如,当工件在平面磨床上加工完毕后,由于电磁吸盘有剩磁,还将工件吸住。为此要通入反向去磁电流,去掉剩磁,才能取下工件。,矫顽磁力Hc: 使 B = 0 所需的 H 值。,磁性物质不同,其磁滞回线和磁化曲线也不同。,几种常见磁性物质的磁化曲线,按磁性物质的磁性能,磁性材料分为三种类型: (1)软磁材料 具有较小的矫顽磁力,磁滞回线较窄。一般用来制造电机、电器
8、及变压器等的铁心。常用的有铸铁、硅钢、坡莫合金即铁氧体等。 (2)永磁材料 具有较大的矫顽磁力,磁滞回线较宽。一般用来制造永久磁铁。常用的有碳钢及铁镍铝钴合金等。 (3)矩磁材料 具有较小的矫顽磁力和较大的剩磁,磁滞回线接近矩形,稳定性良好。在计算机和控制系统中用作记忆元件、开关元件和逻辑元件。常用的有镁锰铁氧体等。,6.1.3 磁路的分析方法,磁路的欧姆定律是分析磁路的基本定律,环形线圈如图,其中媒质是均 匀的,磁导率 为, 试计算线圈内部 的磁通 。,解:根据安培环路定律,有,设磁路的平均长度为 l,则有,1. 引例,式中:F=NI 为磁通势,由其产生磁通; Rm 称为磁阻,表示磁路对磁通
9、的阻碍作用; l 为磁路的平均长度; S 为磁路的截面积。,2. 磁路的欧姆定律,若某磁路的磁通为,磁通势为F ,磁阻为Rm,则,即有:,此即磁路的欧姆定律。,3. 磁路与电路的比较,4. 磁路分析的特点,(1)在处理电路时不涉及电场问题,在处理磁路时离不开磁场的概念;例如在讨论电机时,常常要分析电机磁路的气隙中磁感应强度的分布情况。,(2)在处理电路时一般可以不考虑漏电流,在处理磁路时一般都要考虑漏磁通;,(3)磁路欧姆定律和电路欧姆定律只是在形式上相似。由于 不是常数,其随励磁电流而变,磁路欧姆定律不能直接用来计算,只能用于定性分析;,(4)在电路中,当 E=0时,I=0;但在磁路中,由于
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