电工技术-第6章讲稿 [兼容模式].pdf

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1、第6章磁路与铁心线圈电路本章要求：1、了解磁路的概念、物理量；2、了解磁性材料的磁性能；3、掌握变压器的工作原理及简单计算。1关于磁路：实际电路中有大量电感元件的线圈中有铁心。线圈通电后铁心就构成磁路，磁路又影响电路。因此电工技术不仅有电路问题，同时也有磁路问题。+－(a)电磁铁的磁路(b)变压器的磁路(c)直流电机的磁路26.1磁场的基本物理量6.1.1．磁感应强度B磁感应强度B是表示磁场内某点磁场强弱及方向的物理量。B的大小等于通过垂直于磁场方向单位面积的磁力线数目，B的方向用右手螺旋定则确定。单位是特斯拉(T)。6.1.2．磁通Φ均匀磁场中磁通Φ等于磁

2、感应强度B与垂直于磁场方向的面积S的乘积，单位是韦伯(Wb)。BS36.1.3．磁场强度HBH或BH磁场强度只与产生磁场的电流以及这些电流分布有关，而与磁介质的磁导率无关，单位是安／米（A／m）。是为了简化计算而引入的辅助物理量。46.1.4磁导率μ磁导率μ表示物质的导磁性能，单位是亨/米(H/m)。7真空的磁导率410H/m0非铁磁物质的磁导率与真空极为接近，铁磁物质的磁导率远大于真空的磁导率。相对磁导率μ：物质磁导率与真空磁导率r的比值。非铁磁物质μ近似为1，铁磁物质的μrr远大于1。56.2磁性材料的磁性能6.2.1高导磁性磁导率

3、可达102~104，由铁磁材料组成的磁路磁阻很小，在线圈中通入较小的电流即可获得较大的磁通。铁心：由铁磁材料制成磁畴磁畴：铁心自身存在的自然磁性小区域注意：在没有外磁场作用时，磁畴的方向杂乱无章，宏观不显磁性。铁心6ΦΦ曲线2通电线.I圈B.A直线1铁心OII磁化过程磁化：在一定强度外磁场的作用下,磁畴将沿外磁场方向趋向规则排列，产生附加磁场，使通电线圈的磁场显著增强。直线1表示空心线圈的情况；曲线2表示线圈放入铁心的情况。76.2.2磁饱和性磁化过程说明直线1I与Φ成正比且增加率较小曲线2OA段大部分磁畴的磁场沿外磁场方向排列,(磁化Φ与I成正比且增加率较

4、大曲线)所有磁畴的磁场最终都沿外磁场方向排列,AB段铁心磁场从未饱和状态过渡到饱和状态B点以后称饱和状态，铁心的增磁作用已达到极限8磁化曲线BB磁滞回线baBr－HHccHOOHB不会随H的增强而无限增强，H增大到一定值时，B不能继续增强。6.2.3磁滞性铁心线圈中通过交变电流时，H的大小和方向都会改变，铁心在交变磁场中反复磁化，在反复磁化的过程中，由于磁畴本身存在“惯性”B的变化总是滞后于H的变化。9外磁场不断克服磁畴的“惯性”消耗的能量，为磁滞损耗。磁滞损耗是铁心发热的原因之一。铁磁材料的类型：软磁材料：磁导率高，磁滞特性不明显，矫顽力和剩磁都小，磁滞回

5、线较窄，磁滞损耗小。永磁材料：剩磁和矫顽力均较大，磁滞性明显，磁滞回线较宽。矩磁材料：只要受较小的外磁场作用就能磁化到饱和，当外磁场去掉，磁性仍保持，磁滞回线几乎成矩形。10BBBHHH软磁材料硬磁材料矩磁材料铁磁材料的磁性能：1、高导磁性2、磁饱和性3、磁滞性116.3磁路及其基本定律1．安培环路定律lHdlI计算电流代数和时，与绕行方向符合右手螺旋定则的电流取正号，反之取负号。若闭合回路上各点的磁场强度相等且其方向与闭合回路的切线方向一致，则：HlINIFF=NI称为磁动势，单位是安（A）。122．磁路欧姆定律NINIFBSH

6、SSllRmSl称为磁阻，表示磁路对磁通的Rm阻碍作用。S因铁磁物质的磁阻R不是常数，它会随励m磁电流I的改变而改变，因而通常不能用磁路的欧姆定律直接计算，但可以用于定性分析很多磁路问题。13磁路和电路的比较Φ磁动势磁通磁压降磁INFINΦHL路I电动势电流电压降电+EU路R_EIU146.4交流铁心线圈电路7.4.1电磁关系iΦΦ----主磁通或工作磁通+eueΦσΦσ----漏磁通－e----主磁电动势eσ----漏磁电动势e=-N•dΦ/dteσ=-N•dΦσ/dt=-Lσ•di/dtLσ----漏磁电感156.4.2电压电流关系设线

7、圈的电阻为R，主磁电动势为e和漏感电动势为iΦeσ，由KVL，有：+eueΦσueeiR－diduiR(e)(e)iRLNuuuRdtdt写成相量形式：URIjXIUUUUR式中XL为漏磁感抗，简称漏抗。由于线圈的电阻R和漏磁通都很小，R上的电压和漏感电动势e也很小，与主磁电动势比较可以忽略不计。于是：dueuNdt16表明在忽略线圈电阻R及漏磁通的条件下，当线圈匝数N及电源频率f为一定时，主磁通的幅值Φm由励磁线圈外的电压有效值U确定，与铁心的材料及

8、尺寸无关。设主磁通按正弦规律变化：sint，