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1、电工技术课件第六章磁路与铁芯线圈电路第1页，本讲稿共84页2.2.了解变压器的基本结构、工作原理、运行特性和绕组的同了解变压器的基本结构、工作原理、运行特性和绕组的同了解变压器的基本结构、工作原理、运行特性和绕组的同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；极性端，理解变压器额定值的意义；极性端，理解变压器额定值的意义；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
2、；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6章章 磁路与铁心线圈电路磁路与铁心线圈电路5.5.了解电磁铁的基本工作原理及其应用知识。了解电磁铁的基本工作原理及其应用知识。了解电磁铁的基本工作原理及其应用知识。了解电磁铁的基本工作原理及其应用知识。1.1.理解磁场的基本物理量的意义，了解磁性材料的基本知识理解磁场的基本物理量的意义，了解磁性材料的基本知识理解磁场的基本物理量的意义，了解磁性材料的基本知识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路；及磁路的基本定律，会分析计算交流铁心线圈电路；及磁路的基本定律，会分
3、析计算交流铁心线圈电路；及磁路的基本定律，会分析计算交流铁心线圈电路；第2页，本讲稿共84页 在很多电工设备（像变压器、电机、电磁铁电工测在很多电工设备（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。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。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
4、，因此在这里要研究磁路和电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。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导定形状的铁心。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，率高的多，率高的多，率高的多，磁通的绝大部分经过铁心形成闭合通路
5、，磁通的磁通的绝大部分经过铁心形成闭合通路，磁通的磁通的绝大部分经过铁心形成闭合通路，磁通的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。闭合路径称为磁路。闭合路径称为磁路。闭合路径称为磁路。第3页，本讲稿共84页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_ _+N NS SN NS SI If f四极直流电机和交流接触器的磁路四极直流电机和交流接触器的磁路四极直流电机和交流接触器的磁路四极直流电机和交流接触器的磁路6.1 磁路及其分析方法磁路及其分析方法第4页，本讲稿共84页6.1.1 磁场的基本物理
6、量磁场的基本物理量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 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。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的单位的
7、单位的单位的单位:特斯拉特斯拉特斯拉特斯拉(T T)，1 1 1 1T=1Wb/mT=1Wb/m2 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。第5页，本讲稿共84页2.2.磁通磁通磁通磁通磁通磁通磁通磁通 ：穿过垂直于穿过垂直于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 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
8、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，则取磁场，则取磁场，则取B B的平均值。的平均值。的平均值。的平均值。在在在在均匀磁场中均匀磁场中均匀磁场中均匀磁场中 =B S =B S 或或或或 B=B=/S S 磁感应强度磁感应强度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在数值上可以看成为与磁场方向垂直在数值上可以看成为与磁场方向垂直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的单位面积所通过的磁通的单位面积所通过的磁通的单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
9、伯伯伯(WbWb)1Wb=1V 1Wb=1Vs s3 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磁场强度磁场强度HH ：是计算磁场时所引用的一个物理量，也是计算磁场时所引用的一个物理量，也是计算磁场时所引用的一个物理量，也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。是矢量，通过它来确定磁场与电流之间的关系。是矢量，通过它来确定磁场与电流之间的关系。是矢量，通过它来确定磁场与电流之间的关系。磁场强度磁场强度磁场强度磁场强度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/mA/m)第6页，本讲稿共84页 任意选定一个闭合回线的围绕方向
10、，凡是电流方向任意选定一个闭合回线的围绕方向，凡是电流方向任意选定一个闭合回线的围绕方向，凡是电流方向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与闭合回线围绕方向之间符合右螺旋定则的电流作为与闭合回线围绕方向之间符合右螺旋定则的电流作为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。正、反之为负。正、反之为负。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)
11、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：即：即：即：即：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（全电流定律）I I1 1HHI I2 2所以安培环路定律将所以安培环路定律将所以安培环路定律将所以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。电流与磁场强度联系
12、起来。电流与磁场强度联系起来。在在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7页，本讲稿共84页由实验可测得：真空的磁导率为：由实验可测得：真空的磁导率为：由实验可测得：真空的磁导率为：由实验可测得：真空的磁导率为：4.4.磁导率磁导率磁导率磁导率 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。它与磁场强度的乘积就等于磁。它与磁场强度的乘积就等于磁。它与磁场强度的乘积就等于磁。它与磁场强度的乘积就等于磁感
13、应强度，即：感应强度，即：感应强度，即：感应强度，即：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/m）因为它是一个常数，将其它物质的磁导率和它比较是因为它是一个常数，将其它物质的磁导率和它比较是因为它是一个常数，将其它物质的磁导率和它比较是因为它是一个常数，将其它物质的磁导率和它比较是很方便的。很方便的。很方便的。很方便的。第8页，本讲稿共84页4 4.磁导率磁导率磁导率磁导率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
14、空的磁导率 0 0的比值的比值的比值的比值。也即当磁场媒质是某种物质时某点的磁感应强度也即当磁场媒质是某种物质时某点的磁感应强度也即当磁场媒质是某种物质时某点的磁感应强度也即当磁场媒质是某种物质时某点的磁感应强度B B与在与在与在与在同样电流下真空时该点的磁感应强度同样电流下真空时该点的磁感应强度同样电流下真空时该点的磁感应强度同样电流下真空时该点的磁感应强度B B0 0之比的倍数。之比的倍数。之比的倍数。之比的倍数。自然界的所有物质按磁导率的大小，大体上可分为磁性自然界的所有物质按磁导率的大小，大体上可分为磁性自然界的所有物质按磁导率的大小，大体上可分为磁性自然界的所有物质按磁导率的大小，大
15、体上可分为磁性材料和非磁性材料。材料和非磁性材料。材料和非磁性材料。材料和非磁性材料。第9页，本讲稿共84页6.1.26.1.2 磁性材料的磁性能磁性材料的磁性能磁性材料的磁性能磁性材料的磁性能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 1 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 可达可达可达可达 2 2 10105 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。
16、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，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。在这种在这种在这种在这种具有
17、铁心的线圈中通入不太大的励磁电流，便具有铁心的线圈中通入不太大的励磁电流，便具有铁心的线圈中通入不太大的励磁电流，便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。可以产生较大的磁通和磁感应强度。可以产生较大的磁通和磁感应强度。可以产生较大的磁通和磁感应强度。第10页，本讲稿共84页磁性物质由于磁化所产生的磁化磁场不会随着外磁磁性物质由于磁化所产生的磁化磁场不会随着外磁磁性物质由于磁化所产生的磁化磁场不会随着外磁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。场的增强而无限的增强。场的增强而无限的增强。场的增强而无限的增强。2 2.磁饱和性磁饱和性磁饱
18、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；B 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 BJ J曲线和曲线和曲线和曲线和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-HH 磁化曲线。磁化曲线。磁化曲线。磁化曲线。O OHHB BB
19、 B0 0B BJ JB B a a b b磁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
20、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11页，本讲稿共84页 B B-HH 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：段：段：B B 与与与与HH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；abab段：段：段：段：B B 的增加缓慢下来；的增加缓慢下来；的增加缓慢下来；的增加缓慢下来；b b点以后：点以后：点以后：点以后：B B增加很少
21、，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 与与与与 HH不成正不成正不成正不成正比，磁性物质的磁导率比，磁性物质的磁导率比，磁性物质的磁导率比，磁性物质的磁导率 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，与与与与 I I 不不不不成正比。成正比。成正比。成正比。磁性物质的磁化曲线在磁路计磁性物质的磁化曲线在磁路计磁性物
22、质的磁化曲线在磁路计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，算上极为重要，其为非线性曲线，算上极为重要，其为非线性曲线，算上极为重要，其为非线性曲线，实际中通过实验得出实际中通过实验得出实际中通过实验得出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和和和和 与与与与HH的关系的关系的关系的关系第12页，本讲稿共84页3 3.磁滞性磁滞性磁滞性磁滞性 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 B-HH关系曲线是关系曲线是关系曲线是关系曲线是一条回形闭合
23、曲线，称为一条回形闭合曲线，称为一条回形闭合曲线，称为一条回形闭合曲线，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滞回线O OHHB B B 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 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
24、(HH=0)=0)时，铁心中的磁感应强度。时，铁心中的磁感应强度。时，铁心中的磁感应强度。时，铁心中的磁感应强度。例如例如例如例如:永久磁铁的磁性就是由剩磁永久磁铁的磁性就是由剩磁永久磁铁的磁性就是由剩磁永久磁铁的磁性就是由剩磁产生的；自励直流发电机的磁极，产生的；自励直流发电机的磁极，产生的；自励直流发电机的磁极，产生的；自励直流发电机的磁极，为了使电压能建立，也必须具有剩为了使电压能建立，也必须具有剩为了使电压能建立，也必须具有剩为了使电压能建立，也必须具有剩磁。磁。磁。磁。第13页，本讲稿共84页3.3.磁滞性磁滞性磁滞性磁滞性磁滞回线磁滞回线磁滞回线磁滞回线O OHHB BB Br r
25、HHc c但剩磁也存在着有害的一面，例如，但剩磁也存在着有害的一面，例如，但剩磁也存在着有害的一面，例如，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，当工件在平面磨床上加工完毕后，当工件在平面磨床上加工完毕后，当工件在平面磨床上加工完毕后，由于电磁吸盘有剩磁，还将工件吸由于电磁吸盘有剩磁，还将工件吸由于电磁吸盘有剩磁，还将工件吸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，去住。为此要通入反向去磁电流，去住。为此要通入反向去磁电流，去住。为此要通入反向去磁电流，去掉剩磁，才能取下工件。掉剩磁，才能取下工件。掉剩磁，才能取下工件。掉剩磁，才能取下工件。矫顽磁力矫顽磁
26、力矫顽磁力矫顽磁力HHc c：使使使使 B B=0=0 所需的所需的所需的所需的 H H 值。值。值。值。磁性物质不同，其磁滞回线和磁性物质不同，其磁滞回线和磁性物质不同，其磁滞回线和磁性物质不同，其磁滞回线和磁化曲线也不同。磁化曲线也不同。磁化曲线也不同。磁化曲线也不同。第14页，本讲稿共84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 铸铁铸铁铸铁铸铁 b b 铸钢铸钢铸钢铸钢 c c 硅钢硅钢硅钢硅钢片片片片O 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.
27、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15页，本讲稿共84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)软磁材料软磁材料软
28、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。一般用来制造一般用来制造一般用来制造一般用来制造电机、电器及变压器等的铁心。常用的有铸铁、硅钢、坡莫电机、电器及变压器等的铁心。常用的有铸铁、硅钢、坡莫电机、电器及变压器等的铁心。常用的有铸铁、硅钢、坡莫电机、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。合金即铁氧体等。合金即铁氧体等。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。具有较大的矫顽
29、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，磁滞回线接近矩具有较小的矫顽磁力和较大的剩磁，磁滞回线接近矩具有较小的矫顽磁力和较大的剩磁，磁滞回线接近矩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。形，稳定性良好。形，稳定性良好。形，稳定性良好。在计算机和控制系统中用作记忆元在计算机和控制
30、系统中用作记忆元在计算机和控制系统中用作记忆元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。件、开关元件和逻辑元件。常用的有镁锰铁氧体等。件、开关元件和逻辑元件。常用的有镁锰铁氧体等。件、开关元件和逻辑元件。常用的有镁锰铁氧体等。第16页，本讲稿共84页6.1.3 磁路的分析方法磁路的分析方法磁路的欧姆定律是分析磁路的基本定律磁路的欧姆定律是分析磁路的基本定律磁路的欧姆定律是分析磁路的基本定律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
31、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设磁路的平均长度为设磁路的平均长度为 l l，则有，则有，则有，则有1.1.引例引例引例引例S Sx x HHx xI IN N匝匝匝匝第17页，本讲稿共84页式中：式中：式中：式中：F=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 Rmm 称为磁阻，表示磁路对磁通的阻碍作用；称为磁阻
32、，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 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 ，磁阻为，磁阻为，磁阻为，磁阻为R Rmm，则，则，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18页，本
33、讲稿共84页3.3.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 R第19页，本讲稿共84页4.4.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)在处理电路时不涉及电场问题，在处理磁路时离不开磁在处理电路时不涉及电场问题，在处理磁路时离不开磁在处理电路时不涉及电场
34、问题，在处理磁路时离不开磁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场的概念；例如在讨论电机时，常常要分析电机磁路的气隙场的概念；例如在讨论电机时，常常要分析电机磁路的气隙场的概念；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。中磁感应强度的分布情况。中磁感应强度的分布情况。中磁感应强度的分布情况。(2)(2)在处理电路时一般可以不考虑漏电流，在处理磁路时在处理电路时一般可以不考虑漏电流，在处理磁路时在处理电路时一般可以不考虑漏电流，在处理磁路时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；一般都
35、要考虑漏磁通；一般都要考虑漏磁通；一般都要考虑漏磁通；(3)(3)磁路欧姆定律和电路欧姆定律只是在形式上相似。由磁路欧姆定律和电路欧姆定律只是在形式上相似。由磁路欧姆定律和电路欧姆定律只是在形式上相似。由磁路欧姆定律和电路欧姆定律只是在形式上相似。由于于于于 不是常数，其随励磁电流而变，磁路欧姆定律不能直接不是常数，其随励磁电流而变，磁路欧姆定律不能直接不是常数，其随励磁电流而变，磁路欧姆定律不能直接不是常数，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；用来计算，只能用于定性分析；用来计算，只能用于定性分析；用来计算，只能用于定性分析；(4)(4)在电路中，当在电路中，当
36、在电路中，当在电路中，当 E E=0=0时，时，时，时，I I=0=0；但在磁路中，由于有剩磁，当；但在磁路中，由于有剩磁，当；但在磁路中，由于有剩磁，当；但在磁路中，由于有剩磁，当 F F=0=0 时，时，时，时，不为零不为零不为零不为零；第20页，本讲稿共84页5.5.磁路的分析计算磁路的分析计算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
37、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,求产生预定的磁求产生预定的磁求产生预定的磁求产生预定的磁通所需要的磁通势通所需要的磁通势通所需要的磁通势通所需要的磁通势F=NIF=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，段组成，段组成，则基本公式为：则基本公式为：则基本公式为：则基本公式为：即即即即称为磁路个段的磁压
38、降称为磁路个段的磁压降称为磁路个段的磁压降称为磁路个段的磁压降第21页，本讲稿共84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=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 B Bi 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)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 HHi 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
39、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=f(HHi i),),求求求求B B1 1，B B2 2 ，相对应的相对应的相对应的相对应的 HH1 1，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 （HHi i l li i ）(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（NINI ）第22页，本讲稿共84页例例例例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，
40、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铁心中的磁感应强度为铁心中的磁感应强度为 0.9T0.9T，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 45cm45cm，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 流流流流;(2);(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。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）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
41、化曲线，）查铸铁材料的磁化曲线，当当当当 B B=0.9 T=0.9 T 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，当当当当 B B=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 HH=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 HH=260 A/m=260 A/m，则，则，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
42、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。第23页，本讲稿共84页 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，则铁，则铁，则铁心中的磁场强度是相等的，都是心中的磁场强度是相等的，都是心中的磁场强度是相等的，都是心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，查磁化曲线可得，查磁化曲线可得，在例在例在例在例1(1)1(1)，(
43、2)(2)两种情况下，如线圈中通有同样大小的两种情况下，如线圈中通有同样大小的两种情况下，如线圈中通有同样大小的两种情况下，如线圈中通有同样大小的电流电流电流电流0.39A0.39A，要得到相同的磁通，要得到相同的磁通，要得到相同的磁通，要得到相同的磁通 ，铸铁材料铁心的截面，铸铁材料铁心的截面，铸铁材料铁心的截面，铸铁材料铁心的截面积和积和积和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？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是是B B铸铁铸铁铸铁铸铁的的的的1717倍。倍。
44、倍。倍。因因因因 =BSBS，如要得到相同的磁通，如要得到相同的磁通，如要得到相同的磁通，如要得到相同的磁通 ，则铸铁铁心的，则铸铁铁心的，则铸铁铁心的，则铸铁铁心的截面积必须是硅钢片铁心的截面积的截面积必须是硅钢片铁心的截面积的截面积必须是硅钢片铁心的截面积的截面积必须是硅钢片铁心的截面积的1717倍。倍。倍。倍。B B铸铁铸铁铸铁铸铁 =0.05T=0.05T、B B硅钢硅钢硅钢硅钢 =0.9T,=0.9T,结论：结论：结论：结论：如果线圈中通有同样大小的励磁电流，要得到相等如果线圈中通有同样大小的励磁电流，要得到相等如果线圈中通有同样大小的励磁电流，要得到相等如果线圈中通有同样大小的励磁
45、电流，要得到相等的磁通，采用磁导率高的铁心材料，可使铁心的用铁量大的磁通，采用磁导率高的铁心材料，可使铁心的用铁量大的磁通，采用磁导率高的铁心材料，可使铁心的用铁量大的磁通，采用磁导率高的铁心材料，可使铁心的用铁量大为降低。为降低。为降低。为降低。第24页，本讲稿共84页 查铸钢的磁化曲线，查铸钢的磁化曲线，查铸钢的磁化曲线，查铸钢的磁化曲线，B B=0.9 T=0.9 T 时，磁场强度时，磁场强度时，磁场强度时，磁场强度 HH1 1=500 A/m=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，其内径为有一环形铁心线圈，其内径为有一环形铁心线圈，其内径为10cm1
46、0cm，外径为，外径为，外径为，外径为 5cm5cm，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，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 0.2cm0.2cm。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空气隙的磁场强度空气隙的磁场强度铸钢
47、铁心的磁场强度，铸钢铁心的磁场强度，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25页，本讲稿共84页 对各段有对各段有对各段有对各段有 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，磁通势几乎都磁路中含有空气隙时，由于其磁阻较大，磁通势几乎都磁路中含有空气隙时，由于其磁阻较大，磁通势几乎都磁路中含有空气隙时，由于其磁阻较大，磁通势几乎都降在空气隙上面。降在空气隙上面。降在空气隙上面。降在空气隙上
48、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，要得到当磁路中含有空气隙时，由于其磁阻较大，要得到当磁路中含有空气隙时，由于其磁阻较大，要得到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（设线圈匝数一定）。相等的磁感应强度，必须增大励磁电流（设线圈匝数一定）。相等的磁感应强度，必须增大励磁电流（设线圈匝数一定）。相等的磁感应强度，必须增大励磁电流（设线圈匝数一定）。第26页，本讲稿共84页 通过上述例题，可以得出如下结论：通过上述例题，可以得出如下结论：通过上述例题，可以得出如下结论：通过上述例题，可以得出如下结论：(1)(1)如果要得到相等
49、的磁感应强度，采用高磁导率的如果要得到相等的磁感应强度，采用高磁导率的如果要得到相等的磁感应强度，采用高磁导率的如果要得到相等的磁感应强度，采用高磁导率的铁心材料，可使线圈的用铜量大大降低。铁心材料，可使线圈的用铜量大大降低。铁心材料，可使线圈的用铜量大大降低。铁心材料，可使线圈的用铜量大大降低。(2)(2)如果线圈中同有同样大小的励磁电流，要得到相等如果线圈中同有同样大小的励磁电流，要得到相等如果线圈中同有同样大小的励磁电流，要得到相等如果线圈中同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，可使铁心的用铁量大大的磁通，采用磁导率高的铁心材料，可使铁心的用铁量大大的磁通，采
50、用磁导率高的铁心材料，可使铁心的用铁量大大的磁通，采用磁导率高的铁心材料，可使铁心的用铁量大大降低。降低。降低。降低。(3)(3)当磁路中含有空气隙时，由于其磁阻较大，要得到当磁路中含有空气隙时，由于其磁阻较大，要得到当磁路中含有空气隙时，由于其磁阻较大，要得到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（线圈匝数一定时）相等的磁感应强度，必须增大励磁电流（线圈匝数一定时）相等的磁感应强度，必须增大励磁电流（线圈匝数一定时）相等的磁感应强度，必须增大励磁电流（线圈匝数一定时）。第27页，本讲稿共84页6.2 交流铁心线圈电路交流铁心线圈电路6.2.1 电磁关系