第6章磁路与铁心线圈电路 6.1磁路及其分析方法 6.2交流铁心线圈电路 6.3变压器 *6.4电磁铁
2011-11-1 1 第6章 磁路与铁心线圈电路 磁路与铁心线圈电路 6.2 交流铁心线圈电路 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 磁路及其分析方法
第6章磁路与铁心线圈电路 本章要求： 1。理解磁场的基本物理量的意义，了解磁性材料的 基本知识及磁路的基本定律，会分析计算交流铁 心线圈电路； 2.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； 3。掌握变压器电压、电流和阻抗变换作用； *4.了解电磁铁的基本工作原理及其应用知识。 2011-11-1 2
2011-11-1 2 2. 了解变压器的基本结构、工作原理、运行特性和 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； 绕组的同极性端，理解变压器额定值的意义； 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； 本章要求： 第6章 磁路与铁心线圈电路 磁路与铁心线圈电路 *4. 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. 理解磁场的基本物理量的意义，了解磁性材料的 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 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；
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。 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。 本章结合磁路和铁心线圈电路的分析，讨论变压器 的工作原理，作为应用实例。 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 怠通路，磁通的闭合路径称为磁路。 3
2011-11-1 3 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 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， 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。 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 结合磁路和铁心线圈电路的分析，讨论变压器 的工作原理，作为应用实例。 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 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。 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 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 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， 质的磁导率高的多，磁通的绝大部分经过铁心形成闭 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。 合通路，磁通的闭合路径称为磁路。 6.1 磁路及其分析方法 磁路及其分析方法
6.1磁路及其分析方法 马 四极直流电机和交流接触器的磁路 ☒☒ 直流电机的磁路 交流接触器的磁路 2011-11-1 4
2011-11-1 4 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 _+ N S N S I 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 6.1 磁路及其分析方法 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的定义 表示磁场内某点磁场强弱和方向的物理量。 磁感应强度的方向 与电流的方向之间符合右手螺旋定则。 磁感应强度的大小 B l 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。 2011-11-1 5
2011-11-1 5 6.1.1 磁场的基本物理量 磁场的基本物理量 1.磁感应强度 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B的大小 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。 F B Il = 磁感应强度B的单位: 特斯拉(T)，1T = 1Wb/m T = 1Wb/m T = 1Wb/m T = 1Wb/m T = 1Wb/m T = 1Wb/m T = 1Wb/m T = 1Wb/m22 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，也称匀强磁场。 磁感应强度B的定义 磁感应强度B的方向
2.磁通 磁通Φ：表示磁场内某截面磁场强弱的物理量。 大小等于穿过垂直于B方向的面积5中的磁力线总数。 在均匀磁场中Φ=B或B=ΦS 说明：如果不是均匀磁场，则取的平均值。 磁感应强度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，故又称磁通密度。 磁通Φ的单位：韦[伯]Wb) 1Wb=1T.m2 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。 磁场强度的单位：安培米（Am) 2011-11-1 6
2011-11-1 6 2. 磁通 磁通Φ ：表示磁场内某截面磁场强弱的物理量。 表示磁场内某截面磁场强弱的物理量。 大小等于穿过垂直于B方向的面积S中的磁力线总数。 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 Φ = B S = B S = B S = B S = B S = B S = B S = B S 或 B= Φ /S 磁感应强度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 的单位面积所通过的磁通 的单位面积所通过的磁通,故又称磁通密度。 磁通Φ 的单位:韦[伯](Wb) 1Wb =1T ) 1Wb =1T ) 1Wb =1T ) 1Wb =1T ) 1Wb =1T ) 1Wb =1T ) 1Wb =1T ) 1Wb =1T·m22 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， 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。 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)
即：安培环路定律（全电流定律） fHdl=∑1 式中：巾HdI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； ΣI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： 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。 W 在均匀磁场中7=W或H= 所以安培环路定律将电流与磁场强度联系起来。 2011-11-1
2011-11-1 7 任意选定一个闭合回线的围绕方向，凡是电流 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 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。 流作为正、反之为负。 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(常取磁通作为闭合回线 常取磁通作为闭合回线)的线积分； ∫ H d l ΣI 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 电流正负的规定： ∫ H d l = ∑I 即：安培环路定律（全电流定律） 安培环路定律（全电流定律） I 11 H I 22 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。 在均匀磁场中 Hl = IN Hl = IN Hl = IN Hl = IN Hl = IN Hl = IN Hl = IN Hl = IN l IN 或 H =
4.磁导率 磁导率μ的定义： 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： B-AH 磁导率μ的单位：亨/米(H/m) 的单位= Wbm2 H.A H 三 A mn A.m m 由实验可测得：真空的磁导率为： h,=4元×10-7H/m 它是一个常数，将其它物质的磁导率和它比较 2很方便。 8
2011-11-1 8 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. 磁导率 表示磁场媒质磁性的物理量，衡量物质的导磁 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： 。它与磁场强度的乘积就等于磁感应强度，即： 4π 10 H/m 7 0 − µ = × 磁导率µ 的单位：亨/米（H/m） B = μH Wb m H.A H 2 A m A.m m 的单位 = = = / μ / 它是一个常数，将其它物质的磁导率和它比较 它是一个常数，将其它物质的磁导率和它比较 很方便。 磁导率µ的定义 ：
相对磁导率4： 任一种物质的磁导率μ和真空的磁导率的比值。 4,== B 4HB。 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 B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。 2011-11-1 9
2011-11-1 9 任一种物质的磁导率 任一种物质的磁导率µ 和真空的磁导率 和真空的磁导率µ00的比值。 0 r µ µ µ = B0 B = H H µ0 µ = 也即当磁场媒质是某种物质时某点的磁感应 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 与在同样电流下真空时该点的磁感应强度 B00之比的倍数。 自然界的所有物质按磁导率的大小，大体上可 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。 分为磁性材料和非磁性材料。 相对磁导率µ rr：
61.2磁性材料的磁性能 磁性材料主要指铁、镍、钴及其合金等。 1.高导磁性 磁性材料的磁导率通常都很高，即山>1（如 坡莫合金，其h可达2×10的)。 磁性材料能被强烈的磁化，具有很高的导磁 性能。 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。 2011-11-1 10
2011-11-1 10 6.1.2 磁性材料的磁性能 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 磁性材料的磁导率通常都很高，即 µr r>>1 (如 坡莫合金，其 µr r可达 2×105 5)。 磁性材料能被强烈的磁化， 能被强烈的磁化，具有很高的导磁 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。 磁性物质的高导磁性被广泛地应用于电工设备 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 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 有铁心。在这种具有铁心的线圈中通入不太大的励 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