《电路下-汪晶慧》附录a.ppt
附录A 磁路和铁心线圈,本章重点,电气学院学习部资料库,A1 磁场和磁路,一、磁路,由磁性材料组成的，能使磁感线集中通过的整体,二、描写磁场的量,1、,磁感应强度,单位：特斯拉 T,电气学院学习部资料库,2、,磁场强度,单位：安培/米 A/m,3、,穿过某一截面S的磁感应强度B的通量称为磁通量，简称磁通,磁通,单位：韦伯 Wb,4、,磁通连续性原理,5、,电气学院学习部资料库,6、,安培环路定律,磁通势,单位：安匝,三、磁路的分析,电气学院学习部资料库,1、假设条件,（1）、认为漏磁通等于零,（2）、当每段磁路的截面很小的时候，可以近似认为磁场是均匀分布的，即B和H在各磁路段分别处处相等,2、解题的过程,（1）、第K段磁路内的磁通,（2）、沿第k磁路段的中心线，,（3）、BK和HK之间的关系,电气学院学习部资料库,A2 磁化曲线,磁性材料主要指铁、镍、钴及其合金等。,一、磁滞回线,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。,矫顽磁力Hc：使 B=0 所需的 H 值。,电气学院学习部资料库,二、局部磁滞回线,Br,Hc,a,三、磁滞回线族,回线横向宽度较窄，软磁材料,回线横向宽度较宽，硬磁材料,电气学院学习部资料库,四、磁化曲线,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。,电气学院学习部资料库,B和与H的关系,五、u随H变化曲线,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。,电气学院学习部资料库,A3 磁路的基本定律,一、基尔霍夫第一定律,二、基尔霍夫第二定律,电气学院学习部资料库,三、磁阻,例：,分析：,ab,fa,ef:材料和截面积相等，面积为S1，磁通为1，B1和H1,bc,cd,de:材料和截面积相等，面积为S2，磁通为2，B2和H2,eb:面积为S3，磁通为3，B3和H3,电气学院学习部资料库,磁路与电路的比较,电气学院学习部资料库,磁路和电路分析的区别,(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；,(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，由于有剩磁，当 F=0 时，不为零；,电气学院学习部资料库,A4 恒定磁通磁路的计算,两类问题：,1、已知磁通（B）求磁通势Fm,2、已知磁通势Fm求磁通（B）,第一类问题解题步骤：,(1)求各段磁感应强度 Bi 各段磁路截面积不同，通过同一磁通，故有：,(2)求各段磁场强度 Hi，根据各段磁路材料的磁化曲线 Bi=f(Hi),求B1，B2，相对应的 H1，H2，。,(3)计算各段磁路的磁压降（Hi li）,(4)根据下式求出磁通势（NI）,电气学院学习部资料库,例1:一个具有闭合的均匀的铁心线圈，其匝数为300，铁心中的磁感应强度为 0.9T，磁路的平均长度为 45cm，试求：(1)铁心材料为铸铁时线圈中的电 流;(2)铁心材料为硅钢片时线圈中的电流。,解：,（1）查铸铁材料的磁化曲线，当 B=0.9 T 时，,(2)查硅钢片材料的磁化曲线，当 B=0.9 T 时，,磁场强度 H=9000 A/m，则,磁场强度 H=260 A/m，则,结论：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。,电气学院学习部资料库,查铸钢的磁化曲线，B=0.9 T 时，磁场强度 H1=500 A/m,例2:有一环形铁心线圈，其内径为10cm，外径为 15cm，铁心材料为铸钢。磁路中含有一空气隙，其长度等于0.2cm。设线圈中通有 1A 的电流，如要得到 0.9T 的磁感应强度，试求线圈匝数。,解:,空气隙的磁场强度,铸钢铁心的磁场强度，,铁心的平均长度,磁路的平均总长度为,电气学院学习部资料库,对各段有,总磁通势为,线圈匝数为,磁路中含有空气隙时，由于其磁阻较大，磁通势几乎都降在空气隙上面。,结论：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）。,电气学院学习部资料库,一、交流铁心线圈的电磁关系,（磁通势）,主磁通：通过铁心闭合的磁通。,漏磁通：经过空气或其它非导磁媒质闭合的磁通。,线圈,铁心,i，,铁心线圈的漏磁电感,与i不是线性关系。,A5 交变磁通磁路简介,电气学院学习部资料库,根据KVL:,式中：R是线圈导线的电阻,L 是漏磁电感,当 u 是正弦电压时，可写成向量式：,电气学院学习部资料库,设主磁通 则,有效值,由于线圈电阻 R 和感抗X（或漏磁通）较小，其电压降也较小，与主磁电动势 E 相比可忽略，故有,式中：Bm是铁心中磁感应强度的最大值，单位T；S 是铁心截面积，单位m2。,电气学院学习部资料库,二、铁心线圈的功率损耗与等效电路,1.铜损（Pcu）,在交流铁心线圈中,线圈电阻R上的功率损耗称铜损,Pcu=RI2,2.铁损（PFe）,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,铁损由磁滞和涡流产生。,电气学院学习部资料库,（1）磁滞损耗（Ph）,由磁滞所产生的能量损耗称为磁滞损耗,磁滞损耗的大小：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 f。,磁滞损耗转化为热能，引起铁心发热。,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。,电气学院学习部资料库,(2)涡流损耗（Pe）,涡流损耗:由涡流所产生的功率损耗。,涡流：交变磁通在铁心内产生感应电动势和电流，称为涡流。涡流在垂直于磁通的平面内环流。,涡流损耗转化为热能，引起铁心发热。,减少涡流损耗措施：,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内。,铁心线圈交流电路的有功功率为：,电气学院学习部资料库,R0-铁耗等效电阻X0-主磁通感抗,R-线圈电阻、X-漏磁感抗,3、等效电路,电气学院学习部资料库,
