磁路和电路基础知识

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1、第一章磁路和电路基础知识电路是由电气元件和设备组成的总体。它提供了电流通过的途径，进行能量的转换、电能的传输和分配，以及信号的处理等。例如，发电机将机械能转换为电能：电动机将电能转换成机械能：变压器和配电线路把电能分配给各用电设备：电子放大器或磁放大器可把所施加的信号经过处理后输出。一台大型工程机械的电路是由若干简单电路组成的。因此，掌握简单电路的规律、特点和分析方法是学懂整机电路并指导实践的必要基础。为了满足初学电工者的要求和节省查阅参考书的时间，本章对大型工程机械电路中必要的磁路和电路基础知识有重点地作了介绍。1.1磁路和磁化电和磁是紧密相关的，电流能产生磁场，而

2、变动的磁场或导体切割磁力线又会产生电动势。初学电工者往往只注意电而不重视磁。其实在很多情况下没有磁路知识是不可能学懂电路的，例如电机、变压器、互感器、接触器和磁放大器等的工作原理都与磁密切相关。图1.1是一个均匀密绕的空心环形线圈，匝数为w。当电流I通过线圈时，在环形线圈内就产生磁场。环内磁力线是一些以o为圆心的同心圆，其方向可用右手螺旋定则确定。磁力线通过的路径称为磁路，环形线圈的磁路是线圈所包围的圆环。图1.1环形线圈(一)磁感应强度描述某点磁场强弱和方向的物理量称为磁感应强度。它不但有大小而且有方向，是一个矢量。它的方向与该点的磁力线方向一致。环形线圈内中心线上

3、P点的磁感应强度（1.1）式中--表征磁路介质对磁场影响的物理量，叫做导磁率：--P点到圆心的距离：--磁路的平均长度。（二）磁通为了描述磁路某一截面上的磁场情况，把该截面上的磁感应强度平均值与垂直于磁感应强度方向的面积s的乘积称为通过这块面积的磁通，即（1.2）（三）磁场强度为了排除介质对磁场的影响，使计算更加方便，引入磁场强度这个物理量，其定义是（1.3）环形线圈中P点的磁场强度为（1.4）（四）磁势环形线圈中的磁通是因为在w匝的线圈中通过电流I而产生的，所以仿照电路中电势的意义把w与I的乘积称为磁势（1.5）(五)磁阻描述磁路对磁通阻碍作用大小的物理量称为磁阻。

4、一段磁路的磁阻Rm与磁路介质的导磁率以及磁路截面成反比，与该段磁路的平均长度成正比，即（1.6）（六）磁路欧姆定律上述环形线圈磁路的截面和介质处处相同，而且没有分支，所以磁通也处处相同。对于这种简单磁路有（1.7）即简单磁路中的磁通与磁势成正比，与磁阻成反比。在一个磁路中绕有几个线圈井若通以不同的电流，那末该磁路就有几个磁势。磁势在闭合回路中是有方向的，并决定于电流的方向和线圈的绕向，即决定于该磁势所产生的磁场的方向，也用右手螺旋定则确定。在多磁势的磁路中磁通是几个磁势共同作用的结果；总磁势是几个磁势的代数和，即（1.8）实际磁路的截面或介质经常不是处处相等的。例如接

5、触器的磁路一段是铁芯，另一段是空气隙。此磁时阻要分段计算，总磁阻是各段磁阻之和，即（1.9）对于多磁势多段的无分支磁路，磁通与总磁势成正比，与总磁阻成反比，即（1.10）在磁通、介质和截面部处处相等的一段磁路中，磁感应强度和磁场强度也沿该段磁路处处相等，因此该段磁路中的磁通（1.11）式中的Hl为该段磁路的磁压降。上式就是一段隘磁路的磁路欧姆定律，它说明一段磁路的磁通与该段磁路的磁压降成正比，与该段磁路的磁阻成反比。（七）铁磁物质的磁化图1.2是一个匝数为2w，磁路平均长度为l，截面为s的铁芯线圈。在线圈未通电流之前铁芯不带磁性，通电流以后就呈现磁性，而且磁感应强度比

6、空气芯时大得多，这种现象称为铁磁物质被磁化。（八)）起始磁化曲线当电流I从零逐渐增大时，铁芯中的磁感应强度按下式规律增长，即（1.12）图1.3是用实验方法测得的B随H而增长的关系曲线，叫做起始磁化曲线。对于已经制成的铁芯线圈，s、w、l都是常数，φ与B成正比，I与H成正比，故也可把磁化曲线看成φ与I的关系曲线。图1.2铁芯线圈图1.3起始磁化曲线在磁化曲线的oa段，B几乎随H直线增长，具有正比关系，电机和变压器等通常工作于这一段。在ab段B的增长速率减慢，叫做磁化曲线的膝部。在b点以后，B增长得十分缓慢，称为磁化曲线的饱和段。饱和现象是铁磁物质的一个重要特性，对电气

7、设备和电路的工作有重大影响。例如：电机和变压器若因故工作于饱和段，则励磁电流就会大大增加，引起过热，甚至烧坏：而磁放大器则利用饱和现象起放大作用。（九）磁滞回线给线圈通以如图1.4所示的交变电流，使磁场强度在正最大值Hm到负最大值-Hm之间变化，就可得如图1.5所示的磁化曲线。第一次H从零增加到Hm时，B从零沿起始磁化曲线增到a点（Hm，Bm）。此后H减小，但B并不沿原曲线而是沿ab曲线下降。当H减小到零时，B下降到b点（O，Br），这说明外加磁场强度消失后铁芯中仍保留有一定的磁感应强度Br，称为剩磁。要消除剩磁必须加反向磁场强度，当H反向增加到-H