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1、第六章磁路及铁芯线圈电路本讲稿第一页，共六十二页返回目录返回目录第第6章章 磁路及铁心线圈电路磁路及铁心线圈电路 6-1 6-1 磁路和磁路的基本知识磁路和磁路的基本知识 6-2 6-2 铁磁性物质及其磁化铁磁性物质及其磁化 6-3 6-3 磁路的基本定律磁路的基本定律6-5 6-5 电磁铁电磁铁 6-4 6-4 交变磁通下的铁损耗交变磁通下的铁损耗 本章小结本章小结化学工业出版社化学工业出版社本讲稿第二页，共六十二页第第6章章 磁路及铁心线圈电路磁路及铁心线圈电路6-1 6-1 磁路和磁路的基本知识磁路和磁路的基本知识化学工业出版社化学工业出版社本讲稿第三页，共六十二页 实际电路中有大量电感
2、元件的线圈中有铁心。线圈通电后铁心就构实际电路中有大量电感元件的线圈中有铁心。线圈通电后铁心就构成磁路，磁路又影响电路。因此电工技术不仅有电路问题，同时也有磁成磁路，磁路又影响电路。因此电工技术不仅有电路问题，同时也有磁路问题。路问题。6-1 6-1 磁路和磁路的基本知识磁路和磁路的基本知识本讲稿第四页，共六十二页6-1 6-1 磁路和磁路的基本知识磁路和磁路的基本知识 一、磁场一、磁场 磁铁的周围存在着磁场，磁场对处于其中的载流导体和磁针有一定磁铁的周围存在着磁场，磁场对处于其中的载流导体和磁针有一定的作用力，即磁场有力的效应。磁场可吸引铁类物质，使其移动做功，的作用力，即磁场有力的效应。磁
3、场可吸引铁类物质，使其移动做功，也就是说磁场有能量效应。也就是说磁场有能量效应。因此磁场是物质的一种形态。因此磁场是物质的一种形态。N NSI IB右手螺旋定则右手螺旋定则永久磁铁的磁场永久磁铁的磁场本讲稿第五页，共六十二页 二、磁感应强度二、磁感应强度二、磁感应强度二、磁感应强度B B 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 B B B的大小的大小的大小的大小:磁感应强度磁感应强度磁感应强度磁感应强度B B B B的方向的方向的方
4、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。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磁感应强度磁感应强度B B B B的单位的单位的单位的单位:特斯拉特斯拉特斯拉特斯拉(T)(T)(T)(T)，1T=1Wb/m1T=1Wb/m1T=1Wb/m1T=1Wb/m2 2 2 2 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，也称磁场，也称磁场，也称匀强磁场匀强磁场匀强磁场匀强磁场
5、。6-1 6-1 磁路和磁路的基本知识磁路和磁路的基本知识本讲稿第六页，共六十二页 三、磁通三、磁通三、磁通三、磁通 穿过垂直于穿过垂直于穿过垂直于穿过垂直于B B B B方向的面积方向的面积方向的面积方向的面积S S S S中的磁力线总数。中的磁力线总数。中的磁力线总数。中的磁力线总数。说明说明说明说明:如果不是均匀磁场，则取如果不是均匀磁场，则取如果不是均匀磁场，则取如果不是均匀磁场，则取B B B B的平均值。的平均值。的平均值。的平均值。在均匀磁场中在均匀磁场中在均匀磁场中在均匀磁场中 =B S =B S =B S =B S 或或或或 B=B=B=B=/S S S S 磁感应强度磁感应
6、强度磁感应强度磁感应强度B B B B在数值上可以看成为与磁场方向垂直的单位面积在数值上可以看成为与磁场方向垂直的单位面积在数值上可以看成为与磁场方向垂直的单位面积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所通过的磁通所通过的磁通所通过的磁通,故又称故又称故又称故又称磁通密度磁通密度磁通密度磁通密度。磁通磁通磁通磁通 的单位的单位的单位的单位:韦韦韦韦 伯伯伯伯(Wb)1Wb=1V(Wb)1Wb=1V(Wb)1Wb=1V(Wb)1Wb=1Vssss 四、磁场强度四、磁场强度四、磁场强度四、磁场强度H H H H 介质中某点的磁感应强度介质中某点的磁感应强度介质中某点的磁感应强度介质
7、中某点的磁感应强度 B B B B 与介质磁导率与介质磁导率与介质磁导率与介质磁导率 之比。之比。之比。之比。磁场强度磁场强度磁场强度磁场强度H H H H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)A/m)A/m)A/m)6-1 6-1 磁路和磁路的基本知识磁路和磁路的基本知识本讲稿第七页，共六十二页 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、
8、反之为负。方向之间符合右螺旋定则的电流作为正、反之为负。方向之间符合右螺旋定则的电流作为正、反之为负。方向之间符合右螺旋定则的电流作为正、反之为负。式中：式中：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 线线线线(常取磁通作为闭合回线常取磁通作为闭合回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；的线积分；的线积分；I I 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。安培环路定律电流正负的规定：安
9、培环路定律电流正负的规定：安培环路定律电流正负的规定：安培环路定律电流正负的规定：安培环路定律安培环路定律安培环路定律安培环路定律I1HI2安培环路定律将电流与磁场强度联系起来。安培环路定律将电流与磁场强度联系起来。安培环路定律将电流与磁场强度联系起来。安培环路定律将电流与磁场强度联系起来。在均匀磁场中在均匀磁场中在均匀磁场中在均匀磁场中 HL=IN HL=IN HL=IN HL=IN 6-1 6-1 磁路和磁路的基本知识磁路和磁路的基本知识本讲稿第八页，共六十二页 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
10、是均匀的，试计算试计算试计算试计算线圈内部各点的磁场强度。线圈内部各点的磁场强度。线圈内部各点的磁场强度。线圈内部各点的磁场强度。解解解解:取磁通作为闭合回线，以取磁通作为闭合回线，以取磁通作为闭合回线，以取磁通作为闭合回线，以 其其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：S Sx x HHx xI IN N匝匝匝匝6-1 6-1 磁路和磁路的基本知识磁路和磁路的基本知识本讲稿第九页，共六十二页线圈匝数与电流的乘积线圈匝数与电流的乘积线圈匝数与电流的乘积线圈匝数与电流的乘积NINININI ，称为磁通势，用字母
11、，称为磁通势，用字母，称为磁通势，用字母，称为磁通势，用字母 F F F F 表示，则有表示，则有表示，则有表示，则有 F=NIF=NIF=NIF=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：式中：式中：N N N N 线圈匝数；线圈匝数；线圈匝数；线圈匝数；l l l lx x x x=2 2 2 2 x x x x是是是是半径为半径为半径为半径为x x x x的圆周长；的圆周长；的圆周长；的圆周长；H H H Hx x x x 半径半径半径半径x x x x处的磁场强
12、度；处的磁场强度；处的磁场强度；处的磁场强度；NI NI NI NI 为线圈匝数与电流的乘积。为线圈匝数与电流的乘积。为线圈匝数与电流的乘积。为线圈匝数与电流的乘积。故得：故得：故得：故得：S Sx x HHx xI IN N匝匝匝匝6-1 6-1 磁路和磁路的基本知识磁路和磁路的基本知识本讲稿第十页，共六十二页真空的磁导率为常数，用真空的磁导率为常数，用真空的磁导率为常数，用真空的磁导率为常数，用 0 0 0 0表示，有：表示，有：表示，有：表示，有：五、磁导率五、磁导率五、磁导率五、磁导率 表示磁场媒质磁性的物理量，衡量物质的导磁能力表示磁场媒质磁性的物理量，衡量物质的导磁能力表示磁场媒质
13、磁性的物理量，衡量物质的导磁能力表示磁场媒质磁性的物理量，衡量物质的导磁能力。相对磁导率相对磁导率相对磁导率相对磁导率 r r r r：任一种物质的磁导率任一种物质的磁导率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 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 的单位：的单位：的单位：的单位：亨亨亨亨/米（米（米（米（H/mH/mH/mH/m）6-1 6-1 磁路和磁路的基本知识磁路和磁路的基本知识本讲稿第十一页，共六十二页 例：环形线圈如图，其中媒质是均匀的，磁导率例：环形线圈如图，其中媒质是均匀的，磁导率例：环形线圈如
14、图，其中媒质是均匀的，磁导率例：环形线圈如图，其中媒质是均匀的，磁导率为为为为 ，试计算线圈内部各点的磁感应强度。试计算线圈内部各点的磁感应强度。试计算线圈内部各点的磁感应强度。试计算线圈内部各点的磁感应强度。解：半径为解：半径为解：半径为解：半径为x x x x处各点的磁场强度为处各点的磁场强度为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 H H
15、 只与电流大小、线圈只与电流大小、线圈只与电流大小、线圈只与电流大小、线圈匝数、以及该点的几何位置有关，与磁场媒质的磁性匝数、以及该点的几何位置有关，与磁场媒质的磁性匝数、以及该点的几何位置有关，与磁场媒质的磁性匝数、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 B B 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。6-1 6-1 磁路和磁路的基本知识磁路和磁路的基本知识本讲稿第十二页，共六十二页第第6章章 磁路及铁心线圈电路磁路及铁心线圈电路6-2 6-2 铁磁性物质及其
16、磁化铁磁性物质及其磁化本讲稿第十三页，共六十二页1.1.1.1.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，几乎不受外磁场非磁性物质分子电流的磁场方向杂乱无章，几乎不受外磁场非磁性物质分子电流的磁场方向杂乱无章，几乎不受外磁场非磁性物质分子电流的磁场方向杂乱无章，几乎不受外磁场的影响而互相抵消，不具有磁化特性。的影响而互相抵消，不具有磁化特性。的影响而互相抵消，不具有磁化特性。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：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
17、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 I I I 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。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：即即即即B B B B 与与与与H H 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。由于由于由于由于O OHHB B 0 0 r r 1 1B B=0 0 H H()(I I)一、磁性材料的磁化过程一、磁性材料的磁化过程一、磁性材料的磁化过程一、磁性材料
18、的磁化过程6-2 6-2 铁磁性物质及其磁化铁磁性物质及其磁化本讲稿第十四页，共六十二页 2.2.2.2.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，其分子间存在的一磁性物质内部形成许多小区域，其分子间存在的一磁性物质内部形成许多小区域，其分子间存在的一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，显示磁性，称这种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，称这种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，称这种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。些小区域为磁畴。些小区
19、域为磁畴。些小区域为磁畴。在外磁场作用下，磁畴方向发生变化，使之与外磁场方向趋在外磁场作用下，磁畴方向发生变化，使之与外磁场方向趋在外磁场作用下，磁畴方向发生变化，使之与外磁场方向趋在外磁场作用下，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，称为磁化。即于一致，物质整体显示出磁性来，称为磁化。即于一致，物质整体显示出磁性来，称为磁化。即于一致，物质整体显示出磁性来，称为磁化。即磁性物质能被磁磁性物质能被磁磁性物质能被磁磁性物质能被磁化化化化。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，各个磁畴排列杂乱无章，在没有外磁场作用的普通磁性物质中，
20、各个磁畴排列杂乱无章，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，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。磁场互相抵消，整体对外不显磁性。磁场互相抵消，整体对外不显磁性。磁场互相抵消，整体对外不显磁性。磁磁磁磁畴畴畴畴6-2 6-2 铁磁性物质及其磁化铁磁性物质及其磁化本讲稿第十五页，共六十二页1.1.1.1.高导磁性高导磁性高导磁性高导磁性 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 r r 1 1 1 1(如坡莫合金，其如坡莫合金，其如坡莫合金，
21、其如坡莫合金，其 r r r r 可可可可达达达达 2 2 2 2 101010105 5 5 5)。磁性材料磁性材料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，如电机、变压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、变压磁性物质的
22、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。器及各种铁磁元件的线圈中都放有铁心。器及各种铁磁元件的线圈中都放有铁心。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，如电机、变压器及各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种铁磁元件的线圈中都放有铁心。
23、在这种具有铁心的线圈中通入不太大的励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。磁电流，便可以产生较大的磁通和磁感应强度。磁电流，便可以产生较大的磁通和磁感应强度。磁电流，便可以产生较大的磁通和磁感应强度。二、磁性材料的磁性能二、磁性材料的磁性能二、磁性材料的磁性能二、磁性材料的磁性能6-2 6-2 铁磁性物质及其磁化铁磁性物质及其磁化本讲稿第十六页，共六十二页2.2.2.2.磁饱和性磁饱和性磁饱和性磁饱和性B B B BJ J J 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
24、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；B B B B0 0 0 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；磁感应强度直线；磁感应强度直线；B B B B B B B BJ J J J曲线和曲线和曲线和曲线和B B B B0 0 0 0直线的纵坐标相直线的纵坐标相直线的纵坐标相直线的纵坐标相 加即磁场的加即磁场的加即磁场的加即磁场的 B B B B-H H H H 磁化曲线。磁化曲线。磁化曲线。磁化曲线。O OHHB BB B0 0B BJ JB B a a b b磁
25、化曲线磁化曲线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的增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，磁性物质的全强而无限的增强。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，磁化磁场的磁部磁畴的磁场方向都转向与外部磁场方向一致，磁化磁场的磁部磁畴的磁场方向都转向与外部磁场方向一致，磁化
26、磁场的磁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。感应强度将趋向某一定值。如图。感应强度将趋向某一定值。如图。感应强度将趋向某一定值。如图。6-2 6-2 铁磁性物质及其磁化铁磁性物质及其磁化本讲稿第十七页，共六十二页 B B B B-H H H 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：OaOaOaOa段：段：段：段：B B B B 与与与与H H H H几乎成正比地增加；几乎成正比地增加；几乎成正比地增加；几乎成正比地增加；abababab段：段：段：段：B B B B 的增加缓慢下来；的增加缓慢下来；的增加缓慢下来；的增
27、加缓慢下来；b b b b点以后：点以后：点以后：点以后：B B B B增加很少，达到饱和。增加很少，达到饱和。增加很少，达到饱和。增加很少，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 B B B 与与与与 H H H H不成正比，磁性不成正比，磁性不成正比，磁性不成正比，磁性物质的磁导率物质的磁导率物质的磁导率物质的磁导率 不是常数，随不是常数，随不是常数，随不是常数，随H H H H 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，与与与
28、与 I I I I 不不不不成正比成正比。磁性物质的磁化曲线在磁路计算上极为重要，磁性物质的磁化曲线在磁路计算上极为重要，磁性物质的磁化曲线在磁路计算上极为重要，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其为非线性曲线，实际中通过实验得出其为非线性曲线，实际中通过实验得出其为非线性曲线，实际中通过实验得出。O OHHB,B,B B 磁化曲线磁化曲线磁化曲线磁化曲线B B B B 和和和和 与与与与H H H H的关系的关系的关系的关系6-2 6-2 铁磁性物质及其磁化铁磁性物质及其磁化本讲稿第十八页，共六十二页3.3.3.3.磁滞性磁滞性磁滞性磁滞性 磁性材料在
29、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 B B B-H H H H关系曲线是一条回形闭关系曲线是一条回形闭关系曲线是一条回形闭关系曲线是一条回形闭合曲线，称为合曲线，称为合曲线，称为合曲线，称为磁滞回线磁滞回线磁滞回线磁滞回线。磁滞性：磁滞性：磁滞性：磁滞性：磁性材料中磁性材料中磁性材料中磁性材料中磁感应强度磁感应强度磁感应强度磁感应强度B B B B的变化总是滞后于的变化总是滞后于的变化总是滞后于的变化总是滞后于 外磁场变化的性质。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
30、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 B B Br r r r(剩磁剩磁剩磁剩磁)：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(H H H H=0)=0)=0)=0)时，时，时，时，铁心中的磁感应强度。铁心中的磁感应强度。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H H H Hc c c c：使使使使 B B B B=0=0=0=0 所需的所需的所需的所需的 H H H H 值。值。值。值。磁性物质不同，其磁滞回线和磁化曲磁性物质不同，其磁滞回线和磁化曲磁性物质不同，其磁滞回
31、线和磁化曲磁性物质不同，其磁滞回线和磁化曲线也不同。线也不同。线也不同。线也不同。6-2 6-2 铁磁性物质及其磁化铁磁性物质及其磁化本讲稿第十九页，共六十二页 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 a a a 铸铁铸铁铸铁铸铁 b b b b 铸钢铸钢铸钢铸钢 c c c c 硅钢硅钢硅钢硅钢片片片片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
32、 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本讲稿第二十页，共六十二页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)(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。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
33、用来制造电机、电器一般用来制造电机、电器一般用来制造电机、电器一般用来制造电机、电器及变压器等的铁心。常用的有铸铁、硅钢、坡莫合金即铁氧体等。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。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。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)2)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。一般用来制造永久磁铁。一般用来制造永久磁铁。一般用来制造永久磁铁。一般用来制造永久磁铁。常用的有
34、碳钢及铁镍铝钴合金等。常用的有碳钢及铁镍铝钴合金等。常用的有碳钢及铁镍铝钴合金等。常用的有碳钢及铁镍铝钴合金等。(3)(3)(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，磁滞回线接近矩形，稳定性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。良好。良好。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。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。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。在计算机和控制系统中
35、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。常用的有镁锰铁氧体等。常用的有镁锰铁氧体等。常用的有镁锰铁氧体等。6-2 6-2 铁磁性物质及其磁化铁磁性物质及其磁化本讲稿第二十一页，共六十二页 铁磁材料内部往往有相邻的几百个分子电流铁磁材料内部往往有相邻的几百个分子电流圈流向一致，因此在这些极小的区域内就形成了圈流向一致，因此在这些极小的区域内就形成了一个个天然的磁性区域一个个天然的磁性区域磁畴磁畴。磁畴是怎么磁畴是怎么形成的？形成的？显然，磁畴是由分子电流产生的。显然，磁畴是由分子电流产生的。6-2 6-2 铁磁性物质及其磁化铁磁性物质及其磁化本讲稿第二十二页，共六十二页第第6 6
36、章章 磁路及铁心线圈电路磁路及铁心线圈电路6-3 6-3 磁路的基本定律磁路的基本定律本讲稿第二十三页，共六十二页磁路的欧姆定律和克希荷夫定律是分析磁路的基本定律磁路的欧姆定律和克希荷夫定律是分析磁路的基本定律磁路的欧姆定律和克希荷夫定律是分析磁路的基本定律磁路的欧姆定律和克希荷夫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 ，试计算线圈内部的磁通试计算线圈内部的磁通试计算线圈内部的磁通试计算线圈内部的磁通 。解：根据安培环路定律，有解：根据安培环路定
37、律，有解：根据安培环路定律，有解：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设磁路的平均长度为设磁路的平均长度为 l l l l，则有，则有，则有，则有一、引例一、引例一、引例一、引例S Sx x HHx xI IN N匝匝匝匝6-3 6-3 磁路的基本定律磁路的基本定律本讲稿第二十四页，共六十二页式中：式中：式中：式中：F=NIF=NIF=NIF=NI 为磁通势，由其产生磁通；为磁通势，由其产生磁通；为磁通势，由其产生磁通；为磁通势，由其产生磁通；R R R Rm m m m 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；称为磁阻，表示磁路对磁通的阻碍
38、作用；称为磁阻，表示磁路对磁通的阻碍作用；l l 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 S S 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。二、磁路欧姆定律二、磁路欧姆定律二、磁路欧姆定律二、磁路欧姆定律 若某磁路的磁通为若某磁路的磁通为若某磁路的磁通为若某磁路的磁通为 ，磁通势为磁通势为磁通势为磁通势为F F F F ，磁阻为，磁阻为，磁阻为，磁阻为R R R Rm m m m，则，则，则，则即有：即有：即有：即有：此即磁路的欧姆定律。此即磁路的欧姆定律。此即磁路的欧姆定律。此即磁路的欧姆定律。6-3 6-3 磁路的基本定
39、律磁路的基本定律本讲稿第二十五页，共六十二页 磁路与电路的比较磁路与电路的比较磁路与电路的比较磁路与电路的比较 磁路磁路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 R6-3 6-3 磁路的基本定律磁路的基本定律本讲稿第二十六页，共六十二页 磁路分析的特点磁路分析的特点磁路分析的特点磁路分析的特点(1)(1)(1)(1)在处理电路时不涉及电场问题，在处理磁路
40、时离不开磁场的概念；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；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；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；(2)(2)(2)(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；漏磁通；漏磁通；漏磁通；(3)(3)(3)(3)磁路欧姆定律和电路欧姆定律只是在形式上相似。由于磁路欧姆定律和电路欧姆定律只是在形式上相似。由
41、于磁路欧姆定律和电路欧姆定律只是在形式上相似。由于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，不是常数，不是常数，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；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；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；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)(4)(4)(4)在电路中，当在电路中，当在电路中，当在电路中，当 E E E E=0=0=0=0时，时，时，时，I I I I=0=0=0=0；但在磁路中，由于有剩磁，当；但在磁路中，由于
42、有剩磁，当；但在磁路中，由于有剩磁，当；但在磁路中，由于有剩磁，当 F F F F=0=0=0=0 时，时，时，时，不为零不为零不为零不为零；6-3 6-3 磁路的基本定律磁路的基本定律本讲稿第二十七页，共六十二页6-3 6-3 磁路的基本定律磁路的基本定律三、磁路克希荷夫定律三、磁路克希荷夫定律1.1.磁路克希荷夫第一定律磁路克希荷夫第一定律abcde磁路磁路 由于磁通具有连续性。因此磁路中任意节点的磁通的代数和为零。由于磁通具有连续性。因此磁路中任意节点的磁通的代数和为零。在上图中，对节点在上图中，对节点a：本讲稿第二十八页，共六十二页6-3 6-3 磁路的基本定律磁路的基本定律 2.磁路
43、克希荷夫第二定律磁路克希荷夫第二定律 沿任意闭合路径绕行一周，磁压代数和等于磁动势代数和。沿任意闭合路径绕行一周，磁压代数和等于磁动势代数和。当磁通方向与所选磁路绕行方向一致时，该段磁压取正，否则当磁通方向与所选磁路绕行方向一致时，该段磁压取正，否则取负；当线圈电流方向与绕行方向满足右手螺旋定则时，磁动势取正，否则取负；当线圈电流方向与绕行方向满足右手螺旋定则时，磁动势取正，否则取负。取负。上图中，闭合磁路上图中，闭合磁路aebcda,若将磁路看成有两段均匀磁路组成，若将磁路看成有两段均匀磁路组成，令令bcda段长为段长为L1，aeb段长为段长为L2，则，则磁压磁压磁动势磁动势本讲稿第二十九页
44、，共六十二页四、磁路的分析计算四、磁路的分析计算四、磁路的分析计算四、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,求产生预定的磁通求产生预定的磁通求产生预定的磁通求产生预定的磁通所需要的磁通势所需要的磁通势所需要的磁通势所需要的磁通势F=NIF=NIF=NIF=NI ，确定线圈匝数和励磁电流。确定
45、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 n n 段组成，由磁路段组成，由磁路段组成，由磁路段组成，由磁路克希荷夫定律有。克希荷夫定律有。克希荷夫定律有。克希荷夫定律有。即即即即6-3 6-3 磁路的基本定律磁路的基本定律本讲稿第三十页，共六十二页基本步骤基本步骤基本步骤基本步骤:（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=NIF=NIF=NIF=NI ）(
46、1)(1)(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 B B B Bi i i i 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)(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 H H H Hi i i i 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 B B Bi i i i=f=f=f=f(H H H Hi i i i),),),),求求求求B
47、B B B1 1 1 1，B B B B2 2 2 2 ，相对应的相对应的相对应的相对应的 H H H H1 1 1 1，H H H H2 2 2 2 ，。(3)(3)(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 （H H H Hi i i i l l l li i i i ）(4)(4)(4)(4)根据下式求出磁通势（根据下式求出磁通势（根据下式求出磁通势（根据下式求出磁通势（NINININI ）6-3 6-3 磁路的基本定律磁路的基本定律本讲稿第三十一页，共六十二页例例例例1:1:1:1:一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
48、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300300300300，铁心中的磁感应强度为铁心中的磁感应强度为铁心中的磁感应强度为铁心中的磁感应强度为 0.9T 0.9T 0.9T 0.9T，磁路的平均长度为，磁路的平均长度为，磁路的平均长度为，磁路的平均长度为 45cm 45cm 45cm 45cm，试求：，试求：，试求：，试求：(1)(1)(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 流流流流;(2);(2);(2);(2)铁心材料为硅钢片时线圈中的电流。铁心材料为
49、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。铁心材料为硅钢片时线圈中的电流。解：解：解：解：（1 1 1 1）查铸铁材料的磁化曲线，）查铸铁材料的磁化曲线，）查铸铁材料的磁化曲线，）查铸铁材料的磁化曲线，当当当当 B B B B=0.9 T=0.9 T=0.9 T=0.9 T 时，时，时，时，(2)(2)(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，当当当当 B B B B=0.9 T=0.9 T=0.9 T=0.9 T 时，时，时，时，磁场强度磁场强度磁场强度磁场强度 H H H H=9000 A/m=9000 A/m=
50、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 H H=260 A/m=260 A/m=260 A/m=260 A/m，则，则，则，则6-3 6-3 磁路的基本定律磁路的基本定律本讲稿第三十二页，共六十二页结论：结论：结论：结论：如果要得到相等的磁感应强度，采用磁导率高如果要得到相等的磁感应强度，采用磁导率高如果要得到相等的磁感应强度，采用磁导率高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。的铁心材料，可以降低线圈电流，减少用铜量。的铁心材料，可以降低线圈电流，减少用铜量。的铁心材料，可以降低线圈电流，减少用铜量