《第八章铁心线圈与变压器PPT讲稿.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《第八章铁心线圈与变压器PPT讲稿.ppt（85页珍藏版）》请在taowenge.com淘文阁网|工程机械CAD图纸|机械工程制图|CAD装配图下载|SolidWorks_CaTia_CAD_UG_PROE_设计图分享下载上搜索。
1、第八章铁心线圈与变压器第1页，共85页，编辑于2022年，星期三2.了解变压器的基本结构、工作原理、运行特性和绕了解变压器的基本结构、工作原理、运行特性和绕组的同极性端，理解变压器额定值的意义；组的同极性端，理解变压器额定值的意义；3.3.掌握变压器电压、电流和阻抗变换作用；掌握变压器电压、电流和阻抗变换作用；掌握变压器电压、电流和阻抗变换作用；掌握变压器电压、电流和阻抗变换作用；4 4.了解三相电压的变换方法；了解三相电压的变换方法；了解三相电压的变换方法；了解三相电压的变换方法；本章要求：本章要求：第第7章章 磁路与铁心线圈电路磁路与铁心线圈电路5.了解电磁铁的基本工作原理及其应用知识。了
2、解电磁铁的基本工作原理及其应用知识。1.理解磁场的基本物理量的意义，了解磁性材料的基本理解磁场的基本物理量的意义，了解磁性材料的基本知识及磁路的基本定律，会分析计算交流铁心线圈电知识及磁路的基本定律，会分析计算交流铁心线圈电路；路；第2页，共85页，编辑于2022年，星期三7.1 磁场的基本物理量磁场的基本物理量7.1.1 磁感应强度磁感应强度磁感应强度磁感应强度磁感应强度磁感应强度B B:表示磁场内某点磁场强弱和方向的物理量。表示磁场内某点磁场强弱和方向的物理量。表示磁场内某点磁场强弱和方向的物理量。表示磁场内某点磁场强弱和方向的物理量。磁感应强度磁感应强度磁感应强度磁感应强度B的大小的大小
3、:磁感应强度磁感应强度磁感应强度磁感应强度B的方向的方向的方向的方向:与电流的方向之间符合右手螺旋定则。与电流的方向之间符合右手螺旋定则。磁感应强度磁感应强度B的单位的单位的单位的单位:特斯拉特斯拉(T T)，1 1 1 1T=1Wb/mT=1Wb/m2 均匀磁场均匀磁场均匀磁场均匀磁场:各点磁感应强度大小相等，方向相同的各点磁感应强度大小相等，方向相同的 磁场，也称磁场，也称匀强磁场匀强磁场匀强磁场匀强磁场。第3页，共85页，编辑于2022年，星期三7.1.2 磁通磁通磁通磁通 ：穿过垂直于穿过垂直于B B方向的面积方向的面积方向的面积方向的面积S中的磁力线总数。中的磁力线总数。中的磁力线总
4、数。中的磁力线总数。说明说明说明说明:如果不是均匀如果不是均匀如果不是均匀如果不是均匀磁场，则取磁场，则取B的平均值。的平均值。的平均值。的平均值。在在均匀磁场中均匀磁场中均匀磁场中均匀磁场中 =B S 或或或或 B=B=/S 磁感应强度磁感应强度B B在数值上可以看成为与磁场方向垂直的单在数值上可以看成为与磁场方向垂直的单在数值上可以看成为与磁场方向垂直的单在数值上可以看成为与磁场方向垂直的单位面积所通过的磁通位面积所通过的磁通位面积所通过的磁通位面积所通过的磁通,故又称故又称故又称故又称磁通密度磁通密度。磁通磁通磁通磁通 的单位的单位:韦韦 伯伯(Wb)1Wb=1V 1Wb=1Vs7.1.
5、3 磁场强度磁场强度磁场强度磁场强度磁场强度磁场强度H ：介质中某点的磁感应强度介质中某点的磁感应强度 B 与介质与介质 磁导率磁导率磁导率磁导率 之比。之比。磁场强度磁场强度HH的单位的单位的单位的单位 ：安培安培安培安培/米（米（米（米（A/m)第4页，共85页，编辑于2022年，星期三 任意选定一个闭合回线的围绕方向，凡是电流方向与闭任意选定一个闭合回线的围绕方向，凡是电流方向与闭任意选定一个闭合回线的围绕方向，凡是电流方向与闭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、反之合回线围绕方向之间符合右螺旋定则的电流作为正、反之合回线围绕方向
6、之间符合右螺旋定则的电流作为正、反之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。为负。为负。为负。式中：式中：是磁场强度矢量沿任意闭合是磁场强度矢量沿任意闭合 线线(常取磁通作为闭合回线常取磁通作为闭合回线)的线积分；的线积分；I I 是穿过闭合回线所围面积的电流的代数和。是穿过闭合回线所围面积的电流的代数和。是穿过闭合回线所围面积的电流的代数和。是穿过闭合回线所围面积的电流的代数和。安培环路定律安培环路定律安培环路定律安培环路定律电流正负的规定电流正负的规定电流正负的规定电流正负的规定：安培环路定律（全电流定律）安培环路定律（全电流定律）安培环路定律（全电流定律）安培环路定律（全
7、电流定律）I1HI2安培环路定律将安培环路定律将电流与磁场强度联系起来。电流与磁场强度联系起来。在在均匀磁场中均匀磁场中均匀磁场中均匀磁场中 Hl=IN Hl=IN 第5页，共85页，编辑于2022年，星期三 例例例例:环形线圈如图，其中媒质是均匀的，环形线圈如图，其中媒质是均匀的，环形线圈如图，其中媒质是均匀的，环形线圈如图，其中媒质是均匀的，试计算试计算试计算试计算 线线 圈内部各点的磁场强度。圈内部各点的磁场强度。解解:取磁通作为闭合回线，以取磁通作为闭合回线，以 其其方向作为回线的围绕方向，则有：方向作为回线的围绕方向，则有：方向作为回线的围绕方向，则有：方向作为回线的围绕方向，则有：
8、S Sx x HHx xI IN N匝匝匝匝第6页，共85页，编辑于2022年，星期三线圈匝数与电流的乘积线圈匝数与电流的乘积NI ，称为，称为，称为，称为磁通势磁通势，用字母，用字母 F F 表示，则有表示，则有 F=NI 磁通由磁通势产生，磁通势的单位是安磁通由磁通势产生，磁通势的单位是安磁通由磁通势产生，磁通势的单位是安磁通由磁通势产生，磁通势的单位是安 培培培培。式中：式中：N 线圈匝数；线圈匝数；l lx=2 x是是是是半径为半径为半径为半径为x x的圆周长；的圆周长；的圆周长；的圆周长；HHx 半径半径半径半径x处的磁场强度；处的磁场强度；NI 为线圈匝数与电流的乘积。为线圈匝数与
9、电流的乘积。为线圈匝数与电流的乘积。为线圈匝数与电流的乘积。故得：故得：S Sx x HHx xI IN N匝匝匝匝第7页，共85页，编辑于2022年，星期三真空的磁导率为常数，用真空的磁导率为常数，用 0表示，有：表示，有：表示，有：表示，有：7.1.4 磁导率磁导率磁导率磁导率 ：表示磁场媒质磁性的物理量，衡量物质表示磁场媒质磁性的物理量，衡量物质 的导磁能力的导磁能力的导磁能力的导磁能力。相对磁导率相对磁导率相对磁导率相对磁导率 r r：任一种物质的磁导率任一种物质的磁导率 和真空的磁导率和真空的磁导率和真空的磁导率和真空的磁导率 0 0的比值的比值的比值的比值。磁导率磁导率磁导率磁导率
10、 的单位：的单位：的单位：的单位：亨亨亨亨/米（米（米（米（H/mH/m）第8页，共85页，编辑于2022年，星期三 例：例：例：例：环形线圈如图，其中媒质是均匀环形线圈如图，其中媒质是均匀的，磁导率为的，磁导率为，试计算线圈内部各试计算线圈内部各点的磁感应强度。点的磁感应强度。解：解：半径为半径为半径为半径为x处各点的磁场强度为处各点的磁场强度为故相应点磁感应强度为故相应点磁感应强度为S Sx x HHx xI IN N匝匝匝匝 由上例可见由上例可见由上例可见由上例可见,磁场内某点的磁场强度磁场内某点的磁场强度磁场内某点的磁场强度磁场内某点的磁场强度 H H 只与电流大小、只与电流大小、只与
11、电流大小、只与电流大小、线圈匝数、以及该点的几何位置有关，与磁场媒质的磁性线圈匝数、以及该点的几何位置有关，与磁场媒质的磁性线圈匝数、以及该点的几何位置有关，与磁场媒质的磁性线圈匝数、以及该点的几何位置有关，与磁场媒质的磁性()无关；无关；无关；无关；而磁感应强度而磁感应强度而磁感应强度而磁感应强度 B 与磁场媒质的磁性有关。与磁场媒质的磁性有关。与磁场媒质的磁性有关。与磁场媒质的磁性有关。第9页，共85页，编辑于2022年，星期三7.1.5 物质的磁性物质的磁性1.1.非磁性物质非磁性物质非磁性物质非磁性物质 非磁性物质分子电流的磁场方向杂乱无章，几乎不受非磁性物质分子电流的磁场方向杂乱无章
12、，几乎不受外磁场的影响而互相抵消，不具有磁化特性。外磁场的影响而互相抵消，不具有磁化特性。非磁性材料的磁导率都是常数，有：非磁性材料的磁导率都是常数，有：所以磁通所以磁通所以磁通所以磁通 与产生此磁通的电流与产生此磁通的电流与产生此磁通的电流与产生此磁通的电流 I 成正比，呈线性关成正比，呈线性关成正比，呈线性关成正比，呈线性关系。系。系。系。当磁场媒质是非磁性材料时，有：当磁场媒质是非磁性材料时，有：当磁场媒质是非磁性材料时，有：当磁场媒质是非磁性材料时，有：即即 B与与 H H 成正比，呈线性关系。成正比，呈线性关系。成正比，呈线性关系。成正比，呈线性关系。由于由于O OHHB B 0 0
13、 r r 1 1B=0 H()(I I)第10页，共85页，编辑于2022年，星期三2.磁性物质磁性物质磁性物质磁性物质 磁性物质内部形成许多小区域，其分子间存在的一种磁性物质内部形成许多小区域，其分子间存在的一种特殊的作用力使每一区域内的分子磁场排列整齐，显示特殊的作用力使每一区域内的分子磁场排列整齐，显示磁性，称这些小区域为磁畴。磁性，称这些小区域为磁畴。在外磁场作用下，磁畴方向发生变化，使之与外磁场方向在外磁场作用下，磁畴方向发生变化，使之与外磁场方向在外磁场作用下，磁畴方向发生变化，使之与外磁场方向在外磁场作用下，磁畴方向发生变化，使之与外磁场方向趋于一致，物质整体显示出磁性来，称为磁
14、化。即趋于一致，物质整体显示出磁性来，称为磁化。即趋于一致，物质整体显示出磁性来，称为磁化。即趋于一致，物质整体显示出磁性来，称为磁化。即磁性物质磁性物质磁性物质磁性物质能被磁化。能被磁化。能被磁化。能被磁化。磁磁磁磁畴畴畴畴外外外外磁磁磁磁场场场场 在没有外磁场作用的普通磁性物质中，各个磁畴排列杂在没有外磁场作用的普通磁性物质中，各个磁畴排列杂在没有外磁场作用的普通磁性物质中，各个磁畴排列杂在没有外磁场作用的普通磁性物质中，各个磁畴排列杂乱无章，磁场互相抵消，整体对外不显磁性。乱无章，磁场互相抵消，整体对外不显磁性。乱无章，磁场互相抵消，整体对外不显磁性。乱无章，磁场互相抵消，整体对外不显磁
15、性。磁磁磁磁畴畴畴畴第11页，共85页，编辑于2022年，星期三7.2 磁性材料的磁性能磁性材料的磁性能7.2.1 高导磁性高导磁性 磁性材料的磁导率通常都很高，即磁性材料的磁导率通常都很高，即磁性材料的磁导率通常都很高，即磁性材料的磁导率通常都很高，即 r r 1(如坡莫合如坡莫合如坡莫合如坡莫合金，其金，其金，其金，其 r r 可达可达 2 105 5)。磁性材料磁性材料能被强烈的磁化，能被强烈的磁化，能被强烈的磁化，能被强烈的磁化，具有很高的导磁性能。具有很高的导磁性能。具有很高的导磁性能。具有很高的导磁性能。磁性材料主要指铁、镍、钴及其合金等。磁性材料主要指铁、镍、钴及其合金等。磁性材
16、料主要指铁、镍、钴及其合金等。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，磁性物质的高导磁性被广泛地应用于电工设备中，磁性物质的高导磁性被广泛地应用于电工设备中，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。如电机、变压器及各种铁磁元件的线圈中都放有铁心。如电机、变压器及各种铁磁元件的线圈中都放有铁心。如电机、变压器及各种铁磁元件的线圈中都放有铁心。磁性物质的高导磁性被广泛地应用于电工设备中，如磁性物质的高导磁性被广泛地应用于电工设备中，如磁性物质的高导磁性被广泛地应用于电工设备中，如磁性物质的高导磁性被广泛地应
17、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。在电机、变压器及各种铁磁元件的线圈中都放有铁心。在电机、变压器及各种铁磁元件的线圈中都放有铁心。在电机、变压器及各种铁磁元件的线圈中都放有铁心。在这种这种这种这种具有铁心的线圈中通入不太大的励磁电流，便可以具有铁心的线圈中通入不太大的励磁电流，便可以具有铁心的线圈中通入不太大的励磁电流，便可以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。产生较大的磁通和磁感应强度。产生较大的磁通和磁感应强度。产生较大的磁通和磁感应强度。第12页，共85页，编辑于2022年，星期三磁性物质由于磁化所产生的磁化磁场不会随着外
18、磁场的磁性物质由于磁化所产生的磁化磁场不会随着外磁场的磁性物质由于磁化所产生的磁化磁场不会随着外磁场的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。增强而无限的增强。增强而无限的增强。增强而无限的增强。7.2.2 磁饱和性磁饱和性B BJ J 磁场内磁性物质的磁化磁场磁场内磁性物质的磁化磁场磁场内磁性物质的磁化磁场磁场内磁性物质的磁化磁场 的磁感应强度曲线；的磁感应强度曲线；的磁感应强度曲线；的磁感应强度曲线；B0 0 磁场内不存在磁性物质时的磁场内不存在磁性物质时的 磁感应强度直线；磁感应强度直线；B B BJ J曲线和曲线和B B0 0直线的纵坐标相直线的纵坐标相直线的
19、纵坐标相直线的纵坐标相 加即磁场的加即磁场的 B B-HH 磁化曲线。磁化曲线。O OHHB BB B0 0B BJ JB B a a b b磁化曲线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磁性物质由于磁化所产生的磁化磁场不会随着外磁场磁性物质由于磁化所产生的磁化磁场不会随着外磁场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。当外磁场增大到一定程度时，磁性的增强而无限的增强。当外磁场增大到一定程度时，磁性的增强而无限的增强。当外磁场增大到一定程度时，磁性的增强而无限的增强。当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，物质的全
20、部磁畴的磁场方向都转向与外部磁场方向一致，物质的全部磁畴的磁场方向都转向与外部磁场方向一致，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。磁化磁场的磁感应强度将趋向某一定值。如图。磁化磁场的磁感应强度将趋向某一定值。如图。磁化磁场的磁感应强度将趋向某一定值。如图。第13页，共85页，编辑于2022年，星期三 B B-H 磁化曲线的特征：磁化曲线的特征：磁化曲线的特征：磁化曲线的特征：O Oa a段：段：B 与与H几乎成正比地增加；几乎成正比地增加；abab段：段：B B 的增加缓慢下来；的增加缓慢下来；b点以后：点以后：B B增加很少，达到饱和。增
21、加很少，达到饱和。O OHHB BB B0 0B BJ JB B a a b b 有磁性物质存在时，有磁性物质存在时，有磁性物质存在时，有磁性物质存在时，B 与与 HH不成不成正比，磁性物质的磁导率正比，磁性物质的磁导率 不是常数，不是常数，随随HH而变。而变。而变。而变。有磁性物质存在时，有磁性物质存在时，有磁性物质存在时，有磁性物质存在时，与与 I 不成不成不成不成正比。正比。正比。正比。磁性物质的磁化曲线在磁路计算上磁性物质的磁化曲线在磁路计算上磁性物质的磁化曲线在磁路计算上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，实际中极为重要，其为非线性曲线，实际中极为重要，其为非线性
22、曲线，实际中极为重要，其为非线性曲线，实际中通过实验得出通过实验得出通过实验得出通过实验得出。O OHHB,B,B B 磁化曲线磁化曲线B B和和和和 与与与与HH的关系的关系的关系的关系第14页，共85页，编辑于2022年，星期三7.2.3 磁滞性磁滞性 磁性材料在交变磁场中反复磁化，其磁性材料在交变磁场中反复磁化，其磁性材料在交变磁场中反复磁化，其磁性材料在交变磁场中反复磁化，其B-HH关系曲线是一条关系曲线是一条回形闭合曲线，称为回形闭合曲线，称为磁滞回线磁滞回线磁滞回线磁滞回线。磁滞性：磁滞性：磁性材料中磁性材料中磁感应强度磁感应强度B B的变化总是滞后于的变化总是滞后于 外磁场变化的
23、性质。外磁场变化的性质。外磁场变化的性质。外磁场变化的性质。磁滞回线磁滞回线磁滞回线磁滞回线O OHBB Br rHHc c剩磁感应强度剩磁感应强度剩磁感应强度剩磁感应强度B Br(剩磁剩磁)：当线圈中电流减小到零当线圈中电流减小到零当线圈中电流减小到零当线圈中电流减小到零(HH=0)时，时，铁心中的磁感应强度。铁心中的磁感应强度。矫顽磁力矫顽磁力矫顽磁力矫顽磁力HHc：使使使使 B=0 所需的所需的 H 值。值。值。值。磁性物质不同，其磁滞回线磁性物质不同，其磁滞回线和磁化曲线也不同。和磁化曲线也不同。第15页，共85页，编辑于2022年，星期三 几种常见磁性物质的磁化曲线几种常见磁性物质的
24、磁化曲线几种常见磁性物质的磁化曲线几种常见磁性物质的磁化曲线a 铸铁铸铁 b 铸钢铸钢 c 硅钢片硅钢片O0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1.00.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1.0 10103 3HH/(A/m)/(A/m)HH/(A/m)/(A/m)1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 10103 3B B/T/T1.81.81.61.61.41.41.21.21.01.00.80.80.60.60.40.40.20.2a ab ba ab bc cc c第16页，
25、共85页，编辑于2022年，星期三按磁性物质的磁性能，磁性材料分为三种类型：按磁性物质的磁性能，磁性材料分为三种类型：按磁性物质的磁性能，磁性材料分为三种类型：按磁性物质的磁性能，磁性材料分为三种类型：(1)(1)软磁材料软磁材料软磁材料软磁材料 具有较小的矫顽磁力，磁滞回线较窄。具有较小的矫顽磁力，磁滞回线较窄。一般用来制一般用来制造电机、电器及变压器等的铁心。常用的有铸铁、硅钢、造电机、电器及变压器等的铁心。常用的有铸铁、硅钢、坡莫合金即铁氧体等。坡莫合金即铁氧体等。(2)(2)永磁材料永磁材料永磁材料永磁材料 具有较大的矫顽磁力，磁滞回线较宽。具有较大的矫顽磁力，磁滞回线较宽。具有较大的
26、矫顽磁力，磁滞回线较宽。具有较大的矫顽磁力，磁滞回线较宽。一般用来制造一般用来制造一般用来制造一般用来制造永久磁铁。常用的有碳钢及铁镍铝钴合金等。永久磁铁。常用的有碳钢及铁镍铝钴合金等。永久磁铁。常用的有碳钢及铁镍铝钴合金等。永久磁铁。常用的有碳钢及铁镍铝钴合金等。(3)(3)矩磁材料矩磁材料矩磁材料矩磁材料 具有较小的矫顽磁力和较大的剩磁，磁滞回线接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。近矩形，稳定性良好。在计算机和控制系统中用作记忆在计算机和控制系统中用作记忆在计算机和控制系统中用作记忆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。元件
27、、开关元件和逻辑元件。常用的有镁锰铁氧体等。元件、开关元件和逻辑元件。常用的有镁锰铁氧体等。元件、开关元件和逻辑元件。常用的有镁锰铁氧体等。第17页，共85页，编辑于2022年，星期三7.3 磁路及其基本定律磁路及其基本定律7.3.1 磁路的概念磁路的概念 在电机、变压器及各种铁磁元件中常用磁性材料做成一在电机、变压器及各种铁磁元件中常用磁性材料做成一在电机、变压器及各种铁磁元件中常用磁性材料做成一在电机、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定形状的铁心。铁心的磁导率比周围空气或其它物质的磁定形状的铁心。铁心的磁导率比周围空气或其它物质的磁
28、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，导率高的多，导率高的多，导率高的多，磁通的绝大部分经过铁心形成闭合通路，磁通磁通的绝大部分经过铁心形成闭合通路，磁通磁通的绝大部分经过铁心形成闭合通路，磁通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路。的闭合路径称为磁路。的闭合路径称为磁路。的闭合路径称为磁路。+NIfNSS直流电机的磁路直流电机的磁路直流电机的磁路直流电机的磁路交流接触器的磁路交流接触器的磁路交流接触器的磁路交流接触器的磁路第18页，共85页，编辑于2022年，星期三7.3.2 磁路的欧姆定律磁路的欧姆定律磁路的欧姆定律是分析磁路的基本定律磁路的欧姆
29、定律是分析磁路的基本定律 环形线圈如图，其中媒质是均环形线圈如图，其中媒质是均环形线圈如图，其中媒质是均环形线圈如图，其中媒质是均 匀的，磁导率匀的，磁导率匀的，磁导率匀的，磁导率为为为为 ，试计算线圈内部试计算线圈内部试计算线圈内部试计算线圈内部 的磁通的磁通的磁通的磁通 。解：解：解：解：根据安培环路定律，有根据安培环路定律，有根据安培环路定律，有根据安培环路定律，有设磁路的平均长度为设磁路的平均长度为 l l，则有，则有1.引例引例S Sx x HHx xI IN N匝匝匝匝第19页，共85页，编辑于2022年，星期三式中：式中：式中：式中：F=NIF=NI 为磁通势，由其产生磁通；为磁
30、通势，由其产生磁通；Rm 称为磁阻，表示磁路对磁通的阻碍作用；称为磁阻，表示磁路对磁通的阻碍作用；l l 为磁路的平均长度；为磁路的平均长度；为磁路的平均长度；为磁路的平均长度；S 为磁路的截面积。为磁路的截面积。为磁路的截面积。为磁路的截面积。2.2.磁路的欧姆定律磁路的欧姆定律磁路的欧姆定律磁路的欧姆定律 若某磁路的磁通为若某磁路的磁通为，磁通势为磁通势为F F ，磁阻为，磁阻为，磁阻为，磁阻为R Rm，则，则即有：即有：即有：即有：此即此即此即此即磁路的欧姆定律。磁路的欧姆定律。磁路的欧姆定律。磁路的欧姆定律。第20页，共85页，编辑于2022年，星期三3.3.磁路与电路的比较磁路与电路
31、的比较磁路与电路的比较磁路与电路的比较 磁路磁路磁通势磁通势磁通势磁通势F F磁通磁通磁通磁通 磁阻磁阻磁阻磁阻电路电路电动势电动势电动势电动势 E E电流密度电流密度电流密度电流密度 J J 电阻电阻电阻电阻磁感应强度磁感应强度磁感应强度磁感应强度B B电流电流电流电流 I I N NI I+_ _E EI IR R第21页，共85页，编辑于2022年，星期三4.磁路分析的特点磁路分析的特点(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；开磁场的概念；(2)在处理电路时一般可以不考虑漏电流，在处理磁路在处理电路时一般可以不考虑漏电流
32、，在处理磁路时一般都要考虑漏磁通；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。磁路欧姆定律和电路欧姆定律只是在形式上相似。由于由于 不是常数，其随励磁电流而变，磁路欧姆定律不能不是常数，其随励磁电流而变，磁路欧姆定律不能不是常数，其随励磁电流而变，磁路欧姆定律不能不是常数，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；直接用来计算，只能用于定性分析；直接用来计算，只能用于定性分析；直接用来计算，只能用于定性分析；(4)(4)在电路中，当在电路中，当在电路中，当在电路中，当 E=0=0时，时，时，时，I=0=0；但在磁路中，由于有剩磁，；但在磁路中
33、，由于有剩磁，；但在磁路中，由于有剩磁，；但在磁路中，由于有剩磁，当当当当 F F=0=0 时，时，时，时，不为零不为零；第22页，共85页，编辑于2022年，星期三7.3.3 磁路的分析计算磁路的分析计算主要任务主要任务主要任务主要任务:预先选定磁性材料中的磁通预先选定磁性材料中的磁通预先选定磁性材料中的磁通预先选定磁性材料中的磁通 (或磁感应强度或磁感应强度或磁感应强度或磁感应强度)，按照所定的磁通、磁路各段的尺寸和材料，按照所定的磁通、磁路各段的尺寸和材料，按照所定的磁通、磁路各段的尺寸和材料，按照所定的磁通、磁路各段的尺寸和材料,求产生预定求产生预定求产生预定求产生预定的磁通所需要的磁
34、通势的磁通所需要的磁通势的磁通所需要的磁通势的磁通所需要的磁通势F=NI ，确定线圈匝数和励磁电流。确定线圈匝数和励磁电流。确定线圈匝数和励磁电流。确定线圈匝数和励磁电流。基本公式基本公式基本公式基本公式:设磁路由不同材料或不同长度和截面积的设磁路由不同材料或不同长度和截面积的 n n 段组成，段组成，则基本公式为：则基本公式为：即即第23页，共85页，编辑于2022年，星期三基本步骤基本步骤:（由磁通（由磁通（由磁通（由磁通 求磁通势求磁通势求磁通势求磁通势F=NI）(1)(1)求各段磁感应强度求各段磁感应强度求各段磁感应强度求各段磁感应强度 Bi i 各段磁路截面积不同，通过同一磁通各段磁
35、路截面积不同，通过同一磁通各段磁路截面积不同，通过同一磁通各段磁路截面积不同，通过同一磁通 ，故有：，故有：，故有：，故有：(2)(2)求各段磁场强度求各段磁场强度求各段磁场强度求各段磁场强度 Hi 根据各段磁路材料的磁化曲线根据各段磁路材料的磁化曲线 B Bi i=f(Hi i),),求求求求B1 1，B B2 ，相对应的相对应的相对应的相对应的 HH1，HH2 2，。(3)(3)计算各段磁路的磁压降计算各段磁路的磁压降计算各段磁路的磁压降计算各段磁路的磁压降 （Hi l li ）(4)根据下式求出磁通势（根据下式求出磁通势（NI）第24页，共85页，编辑于2022年，星期三例例例例1:1:
36、一个具有闭合的均匀的铁心线圈，其匝数为一个具有闭合的均匀的铁心线圈，其匝数为一个具有闭合的均匀的铁心线圈，其匝数为一个具有闭合的均匀的铁心线圈，其匝数为300300，铁心中的磁感应强度为铁心中的磁感应强度为 0.9T，磁路的平均长度为，磁路的平均长度为 45cm 45cm，试求：，试求：，试求：，试求：(1)(1)铁心材料为铸铁时线圈中的电铁心材料为铸铁时线圈中的电铁心材料为铸铁时线圈中的电铁心材料为铸铁时线圈中的电 流流;(2)铁心材料为硅钢片时线圈中的电流。铁心材料为硅钢片时线圈中的电流。解：解：解：解：（1）查铸铁材料的磁化曲线，）查铸铁材料的磁化曲线，当当 B=0.9 T=0.9 T
37、时，时，时，时，(2)(2)查硅钢片材料的磁化曲线，查硅钢片材料的磁化曲线，查硅钢片材料的磁化曲线，查硅钢片材料的磁化曲线，当当 B=0.9 T 时，时，磁场强度磁场强度磁场强度磁场强度 H=9000 A/m=9000 A/m，则，则，则，则磁场强度磁场强度磁场强度磁场强度 H H=260 A/m，则，则结论：结论：结论：结论：如果要得到相等的磁感应强度，采用磁导率高的如果要得到相等的磁感应强度，采用磁导率高的如果要得到相等的磁感应强度，采用磁导率高的如果要得到相等的磁感应强度，采用磁导率高的铁心材料，可以降低线圈电流，减少用铜量。铁心材料，可以降低线圈电流，减少用铜量。铁心材料，可以降低线圈
38、电流，减少用铜量。铁心材料，可以降低线圈电流，减少用铜量。第25页，共85页，编辑于2022年，星期三 如线圈中通有同样大小的电流如线圈中通有同样大小的电流如线圈中通有同样大小的电流如线圈中通有同样大小的电流0.39A0.39A，则铁心，则铁心，则铁心，则铁心中的磁场强度是相等的，都是中的磁场强度是相等的，都是中的磁场强度是相等的，都是中的磁场强度是相等的，都是260 A/m260 A/m。查磁化曲线可得，查磁化曲线可得，在例在例1(1)，(2)两种情况下，如线圈中通有同样大两种情况下，如线圈中通有同样大小的电流小的电流0.39A，要得到相同的磁通，要得到相同的磁通 ，铸铁材料铁，铸铁材料铁心
39、的截面积和心的截面积和硅钢片材料铁心硅钢片材料铁心硅钢片材料铁心硅钢片材料铁心的截面积，哪一个比较小的截面积，哪一个比较小？【分析【分析【分析【分析】B B硅钢硅钢硅钢硅钢是是B铸铁铸铁的的的的1717倍。倍。倍。倍。因因因因 =BS，如要得到相同的磁通，如要得到相同的磁通 ，则铸铁铁心，则铸铁铁心的截面积必须是硅钢片铁心的截面积的的截面积必须是硅钢片铁心的截面积的17倍。倍。B铸铁铸铁铸铁铸铁 =0.05T、B硅钢硅钢硅钢硅钢 =0.9T,结论：结论：如果线圈中通有同样大小的励磁电流，要得如果线圈中通有同样大小的励磁电流，要得到相等的磁通，采用磁导率高的铁心材料，可使铁到相等的磁通，采用磁导
40、率高的铁心材料，可使铁心的用铁量大为降低。心的用铁量大为降低。第26页，共85页，编辑于2022年，星期三 查铸钢的磁化曲线，查铸钢的磁化曲线，B=0.9 T 时，磁场强度时，磁场强度 H1 1=500 A/m例例例例2:2:有一环形铁心线圈，其内径为有一环形铁心线圈，其内径为10cm，外径为，外径为 5cm，铁心材料为铸钢。磁路中含有一空气隙，铁心材料为铸钢。磁路中含有一空气隙，其长度等于其长度等于其长度等于其长度等于 0.2cm 0.2cm。设线圈中通有设线圈中通有设线圈中通有设线圈中通有 1A 1A 的电流，的电流，的电流，的电流，如要得到如要得到如要得到如要得到 0.9T 0.9T 的
41、磁感应强度，试求线圈匝数。的磁感应强度，试求线圈匝数。的磁感应强度，试求线圈匝数。的磁感应强度，试求线圈匝数。解解解解:空气隙的磁场强度空气隙的磁场强度铸钢铁心的磁场强度，铸钢铁心的磁场强度，铁心的平均长度铁心的平均长度磁路的平均总长度为磁路的平均总长度为磁路的平均总长度为磁路的平均总长度为第27页，共85页，编辑于2022年，星期三 对各段有对各段有 总磁通势为总磁通势为总磁通势为总磁通势为 线圈匝数为线圈匝数为 磁路中含有空气隙时，由于其磁阻较大，磁通势几乎磁路中含有空气隙时，由于其磁阻较大，磁通势几乎磁路中含有空气隙时，由于其磁阻较大，磁通势几乎磁路中含有空气隙时，由于其磁阻较大，磁通势
42、几乎都降在空气隙上面。都降在空气隙上面。都降在空气隙上面。都降在空气隙上面。结论：结论：结论：结论：当磁路中含有空气隙时，由于其磁阻较大，要得当磁路中含有空气隙时，由于其磁阻较大，要得当磁路中含有空气隙时，由于其磁阻较大，要得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（设线圈匝数到相等的磁感应强度，必须增大励磁电流（设线圈匝数到相等的磁感应强度，必须增大励磁电流（设线圈匝数到相等的磁感应强度，必须增大励磁电流（设线圈匝数一定）。一定）。一定）。一定）。第28页，共85页，编辑于2022年，星期三7.4 交流铁心线圈电路交流铁心线圈电路7.4.1 电磁关系电磁
43、关系 +e+e+uNi（磁通势）（磁通势）主磁通主磁通 ：通过铁心闭合的磁通过铁心闭合的磁通。通。漏磁通漏磁通漏磁通漏磁通 ：经过空气或其它经过空气或其它经过空气或其它经过空气或其它非导磁媒质闭合的磁通。非导磁媒质闭合的磁通。非导磁媒质闭合的磁通。非导磁媒质闭合的磁通。线圈线圈线圈线圈铁心铁心铁心铁心 i，铁心线圈的漏磁电感铁心线圈的漏磁电感铁心线圈的漏磁电感铁心线圈的漏磁电感 与与与与i不是线性关系。不是线性关系。不是线性关系。不是线性关系。第29页，共85页，编辑于2022年，星期三7.4.2 电压电流关系电压电流关系根据根据KVL:+ee uNi式中：式中：R R是线圈导线的电阻是线圈导
44、线的电阻 L L 是漏磁电感是漏磁电感 当当当当 u u 是正弦电压时是正弦电压时是正弦电压时是正弦电压时，其它各电压、电流、电动势可视，其它各电压、电流、电动势可视作正弦量，则电压、电流关系的相量式为：作正弦量，则电压、电流关系的相量式为：第30页，共85页，编辑于2022年，星期三设主磁通设主磁通 则则有效值有效值有效值有效值 由于线圈电阻由于线圈电阻 R 和感抗和感抗和感抗和感抗X X （或漏磁通（或漏磁通（或漏磁通（或漏磁通 ）较小，其电）较小，其电压降也较小，与主磁电动势压降也较小，与主磁电动势 E 相比可忽略，故有相比可忽略，故有相比可忽略，故有相比可忽略，故有式中：式中：B Bm
45、m是是是是铁心中磁感应强度的最大值，单位铁心中磁感应强度的最大值，单位T；S S 是铁心截面积，单位是铁心截面积，单位m2。第31页，共85页，编辑于2022年，星期三7.4.3 功率损耗功率损耗 交流铁心线圈的功率损耗主要有铜损和铁损两种。交流铁心线圈的功率损耗主要有铜损和铁损两种。交流铁心线圈的功率损耗主要有铜损和铁损两种。交流铁心线圈的功率损耗主要有铜损和铁损两种。1.1.铜损（铜损（铜损（铜损（Pcu）在交流铁心线圈中在交流铁心线圈中,线圈电阻线圈电阻R R上的功率损耗称铜损，用上的功率损耗称铜损，用 P Pcu 表示。表示。P Pcu=RIRI2 2式中：式中：R是线圈的电阻；是线圈
46、的电阻；I 是线圈中电流的有效值。是线圈中电流的有效值。2.2.铁损（铁损（铁损（铁损（PFeFe）在交流铁心线圈中，处于交变磁通下的铁心内的在交流铁心线圈中，处于交变磁通下的铁心内的功率损耗称铁损，用功率损耗称铁损，用 PFe 表示。表示。铁损由磁滞和涡流产生。铁损由磁滞和涡流产生。+ui第32页，共85页，编辑于2022年，星期三（1）磁滞损耗（）磁滞损耗（Ph h）由磁滞所产生的能量损耗称为由磁滞所产生的能量损耗称为由磁滞所产生的能量损耗称为由磁滞所产生的能量损耗称为磁滞损耗（磁滞损耗（Ph h）。）。）。）。磁滞损耗的大小：磁滞损耗的大小：单位体积内的磁滞损耗正比与磁滞单位体积内的磁滞
47、损耗正比与磁滞单位体积内的磁滞损耗正比与磁滞单位体积内的磁滞损耗正比与磁滞回线的面积和磁场交变的频率回线的面积和磁场交变的频率回线的面积和磁场交变的频率回线的面积和磁场交变的频率 f f。O OHB 磁滞损耗转化为热能，引起铁心磁滞损耗转化为热能，引起铁心磁滞损耗转化为热能，引起铁心磁滞损耗转化为热能，引起铁心发热。发热。发热。发热。减少磁滞损耗的措施：减少磁滞损耗的措施：选用磁滞回线狭小的磁性材料制作铁心。变压器和电机选用磁滞回线狭小的磁性材料制作铁心。变压器和电机选用磁滞回线狭小的磁性材料制作铁心。变压器和电机选用磁滞回线狭小的磁性材料制作铁心。变压器和电机中使用的硅钢等材料的磁滞损耗较低
48、。中使用的硅钢等材料的磁滞损耗较低。中使用的硅钢等材料的磁滞损耗较低。中使用的硅钢等材料的磁滞损耗较低。设计时应适当选择值以减小铁心饱和程度。设计时应适当选择值以减小铁心饱和程度。第33页，共85页，编辑于2022年，星期三(2)(2)涡流损耗（涡流损耗（涡流损耗（涡流损耗（P Pe e）涡流损耗涡流损耗涡流损耗涡流损耗:由涡流所产生的功率损耗。由涡流所产生的功率损耗。涡流涡流：交变磁通在铁心内产生感应交变磁通在铁心内产生感应电动势和电流，称为涡流。涡流在垂电动势和电流，称为涡流。涡流在垂直于磁通的平面内环流。直于磁通的平面内环流。涡流涡流涡流涡流损耗转化为热能，引起铁心发热。损耗转化为热能，
49、引起铁心发热。损耗转化为热能，引起铁心发热。损耗转化为热能，引起铁心发热。减少涡流损耗措施：减少涡流损耗措施：减少涡流损耗措施：减少涡流损耗措施：提高铁心的电阻率。铁心用彼此绝缘提高铁心的电阻率。铁心用彼此绝缘提高铁心的电阻率。铁心用彼此绝缘提高铁心的电阻率。铁心用彼此绝缘的钢片叠成，把涡流限制在较小的截面的钢片叠成，把涡流限制在较小的截面的钢片叠成，把涡流限制在较小的截面的钢片叠成，把涡流限制在较小的截面内。内。内。内。铁心线圈交流电路的有功功率为：铁心线圈交流电路的有功功率为：第34页，共85页，编辑于2022年，星期三 先将实际铁心线圈的线圈电阻先将实际铁心线圈的线圈电阻R、漏磁感抗、漏
50、磁感抗、漏磁感抗、漏磁感抗X X 分出，分出，分出，分出，得到用理想铁心线圈表示的电路；得到用理想铁心线圈表示的电路；得到用理想铁心线圈表示的电路；得到用理想铁心线圈表示的电路；+uiRX +uRu 实际铁心线圈电路实际铁心线圈电路实际铁心线圈电路实际铁心线圈电路理想铁心线圈电路理想铁心线圈电路理想铁心线圈电路理想铁心线圈电路线圈电阻线圈电阻线圈电阻线圈电阻漏磁感抗漏磁感抗漏磁感抗漏磁感抗 +ee ui7.4.4 等效电路等效电路 用一个不含铁心的交流电路来等效替代铁心线圈交用一个不含铁心的交流电路来等效替代铁心线圈交流电路。流电路。等效条件：等效条件：等效条件：等效条件：在同样电压作用下，功