磁路与铁磁性材料论述.ppt

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1、第六章磁路和铁磁性材料知识目标本章主要介绍与磁有关的现象及应用，包括磁路的基本概念（磁动势、主磁通、漏磁通、磁阻的概念）、磁路的KCL、磁路的KVL、磁路的欧姆定律；两个线圈的互感现象；变压器的结构、工作原理；铁磁性物质的基础知识。学习目标1.了解磁动势和磁阻的概念。2.了解磁路的基尔霍夫定律和磁路的欧姆定律。3.了解互感现象、耦合系数和同名端。4.了解变压器的基本结构、工作原理，认识变压器的铭牌数据。5.了解铁磁性物质的磁化、磁化曲线以及磁滞回线第一节磁路的基础知识电流流过的路径是电路，同样，磁通经过的路径叫做磁路。如图6-1所

2、示，绕在铁芯上的线圈产生的磁通在铁芯中流动。（a）（b）图6-1磁路由于铁磁性材料具有较高的磁导率，导磁性能好，所以通常利用铁磁性材料做铁芯，以使磁通尽可能地集中在铁芯中。但是，空间内仍可能存在磁通，也就是存在漏磁现象。我们把集中在铁芯内的大部分磁通称为主磁通，不在铁芯内的极小部分磁通称为漏磁通。由此可见，磁路中的磁通是由主磁通和漏磁通构成的。通电线圈的电流是产生磁通的原因，电流越大，磁场越强，磁通也越大。通电线圈的每一匝都要产生磁通，所有磁通合在一起构成了磁路中的磁通。线圈的匝数越多，磁通也就越大。磁通与线圈中的电流强度和线圈

3、的匝数有密切关系。通电线圈中的电流与线圈匝数的乘积被定义为磁动势（也称磁通势），即：Em=NI（6-1）电路中往往存在电阻，它对电流起到阻碍作用。磁路中同样存在一个阻碍磁通的物理量，即磁阻。与导体的电阻相似，磁路中磁阻Rm与磁路的长度l成正比，与磁路的横截面积S成反比，与构成磁路的材料的磁导率μ成反比，可利用下面的公式描述：Rm=l/μS（6-2）若磁导率μ以H/m的单位，长度l和截面积分别以m和m2为单位，则磁阻的单位为1/亨（H-1）第二节磁路的相关定律一、磁路的欧姆定律电路中存在欧姆定律，磁路中也存在欧姆定律，即通过磁路的磁

4、通与磁动势成正比，与磁阻成反比。Φ=Em/Rm（6-3）与电路相比，磁路中的磁动势相当于电路中的电动势，磁阻相当于电阻，而磁通相当于电流。需要注意的是，磁路与电路在本质上不相同。电路断开时，电动势依然存在，但磁路却总是闭合的。二、磁路的基尔霍夫定律1.磁路的KCL由于磁力线是闭合曲线，所以磁力线从一个区域的某处穿进去，必然会从另一个区域穿出来，并且穿入封闭区域的磁力线数目一定等于穿出该区域的磁力线数目。也就是说，在磁路中，进入某一节点的磁通一定等于离开该节点的磁通，或者说成：磁路中某一节点上的磁通的代数和恒等于零，这便是磁路的基尔

5、霍夫第一定律（KCL）。2.磁路的KVL将式（6-1）、（6-2）代入式（6-3），可得Φ/S=μNI/l。由于磁通与磁感应强度B、磁路横截面积的关系是Φ=BS，所以B=μNI/l，也可利用磁场强度H描述成NI=Hl，即磁路中磁场强度H与磁路的平均长度l的乘积在数值上等于磁动势NI，这是磁路的全电流定律。H与l的乘积称为磁位差。如果构成磁路的材料不同，磁路可以分成n段，那么：NI=H1l1+H2l2+…+Hnln式中，l1+l2+…+ln是磁路的总长。进一步，如果磁通是由m个具有不同匝数的通电线圈产生的，那么：N1I1+N2I2+

6、…+NmIm=H1l1+H2l2+…+Hnln（6-4）在磁路的任一回路中，各段磁位差的代数和等于各磁动势的代数和，这便是磁路的基尔霍夫第二定律（KVL）。第三节线圈的互感一、互感现象在自然界中，除了自感现象外，还存在另一种特殊的电磁感应现象，即互感现象。当一个线圈中的电流发生变化，使另一个线圈中产生感应电动势的现象叫互感现象。互感现象可利用图6-2所示的电路来说明。图6-2中，线圈L1与线圈L2靠得很近，L2接有检流计G，用于检验L2内是否有电流。当开关S闭合的瞬间，L1内的电流I从无到有，L1中产生变化的磁通Φ1。Φ1的一部分

7、磁通Φ12穿过L2，根据电磁感应定律，L2内将产生感应电动势，由于L2与检流计G串联构成了闭合的回路，因而L2内有电流流过，G的指针发生偏转。但是，S闭合一段时间后，由于I恒定不变，L2内不再感生电动势，G的指针便回到零位。图6-2互感现象由互感产生的感应电动势称为互感电动势。互感电动势的大小正比于穿过本线圈的磁通的变化率。当L1中的磁通完全穿过L2时，互感电动势最大；当L1和L2垂直时，L1中的磁通完全不穿过L2，此时的互感电动势最小。互感电动势的方向仍用楞次定律判定，即感应电流产生的磁场总是阻碍原来磁场的变化。互感现象如果利用

8、恰当，能够给人们带来许多益处，例如电源变压器、电流互感器、电压互感器等都利用了互感现象；如果利用不当，它也会给我们的生活带来不便，例如有线电话常由于两路电路间的互感而串音，无线电设备也常由于互感现象造成相互干扰。二、耦合系数对于两个线圈，我们把一个