磁路与铁芯线圈电路讲义2011.11.22

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1、《电工基础》----磁路与铁芯线圈电路一、磁路及基本物理量1.磁路：磁通通过的闭合路径。由于铁磁材料是良导磁物质，所以它的磁导率比其他物质的磁导率大得多，能把分散的磁场集中起来，使磁力线绝大部分经过铁芯而形成闭合的磁路.2.磁场的基本物理量（1）磁感应强度B国际单位为特斯拉，简称特（T）磁感应强度B是表示空间某点磁场强弱和方向的物理量，其大小可用通过垂直于磁场方向的单位面积内磁力线的数目来表示。由电流产生的磁场方向可用右手螺旋法则确定。（2）磁通Φ国际单位为韦伯（Wb）磁感应强度B与垂直于磁力线方向的面积S的乘积称为穿过该面的磁通Φ，即Φ=BS。磁通Φ又表示穿过某一截面S的磁力线根数，磁

2、感应强度B在数值上可以看成与磁场方向相垂直的单位面积所通过的磁通，故又称磁通密度。（3）磁场强度H国际单位是安培/米（A/m）。磁场强度沿任一闭合路径l的线积分等于此闭合路径所包围的电流的代数和。磁场强度H的它的方向与磁感应强度B的方向相同。（4）磁导率μ国际单位为亨/米（H/m）。磁导率μ是用来表示物质导磁性能的物理量，某介质的磁导率是指该介质中磁感应强度和磁场强度的比值，即μ=B/H。自然界的物质，就导磁性能而言，可分为铁磁物质和非铁磁物质两大类。非铁磁物质和空气的磁导率与真空磁导率很接近，H/m。3.磁性材料与磁滞回线（1）磁性材料的分类物质按其导磁性能大体上分为磁性材料和非磁性材

3、料两大类。磁性材料主要是指铁、镍、钴及其合金而言，其具有高导磁性、磁饱和性和磁滞性的特点，按磁化特性的不同，铁磁性材料可以分成三种类型。1）软磁材料。具有较小的矫顽力，磁滞回线较窄。一般用来制造电机、电器及变压器等的铁心。常用的有铸铁、硅钢、坡莫合金及铁氧体等。铁氧体在电子技术中应用也很广泛，可做计算机的磁心，磁鼓以及录音机的磁带、磁头。2）硬磁性材料——永磁材料。具有较大的矫顽力，磁滞回线较宽。一般用来制造永久磁铁。常用的有碳钢、钴钢及铁镍铝钴合金等。3）矩磁材料。具有较小的矫顽力和较大的剩磁，磁滞回线接近矩形，稳定性也良好。在计算机和控制系统中可用作记忆元件、开关元件和逻辑元件。常用

4、的有镁锰铁氧体及1J51型铁镍合金。（2）磁滞回线当铁芯线圈中通有大小和方向变化的电流时，铁芯就产生交变磁化，磁感应强度B随磁场强度H变化的关系如图所示。Oc段B随H增加而增加，当磁化曲线达到c时，减小电流使H由Hm逐渐减小，B将沿另一条位置较高的曲线b下降。当H=0时，仍有B=Br，Br为剩余磁感应强度，简称剩磁。欲使B=0，需通有反向电流加反向磁场-Hc，Hc称为矫顽力。当达到-Hm时，磁性材料达到反向磁饱和。然后令H反向减小，曲线回升;到H=0时相应有-Br，为反向剩磁。再使H从零正向增加到Hm，即又正向磁化到饱和，便得到一条闭合的对称于坐标原点的回线，这就是磁滞回线。二、交流铁芯

5、线圈与电磁铁1.交流铁芯线圈铁芯线圈可以通入直流电来励磁（如电磁铁），产生的磁通是恒定的，在线圈和铁芯中不会感应出电动势来，在一定的电压下，线圈中的电流和线圈的电阻有关。设电压、电流和磁通及感应电动势的参考方向如左图所示，由基尔霍夫电压定律有：u+e+eS-Ri=0或u=Ri+（-e）+（-eS）式中:e为Φ产生的感应电动势eS为ΦS产生的感应电动势。大多数情况下，线圈的电阻R很小，漏磁通Φσ较小，即u=-e根据法拉第电磁感应定律有得：由于电源电压与产生的磁通同频变化，设Φ=Φmsinωt，则u=ωNΦmsin（ωt+90°）=2πfNΦmsin（ωt+90°）电压的有效值为U=4.44

6、fNΦm即当铁芯线圈上加以正弦交流电压时，铁芯线圈中的磁通也是按正弦规律变化。在相位上，电压超前于磁通90°;在数值上，端电压有效值为U=4.44fNΦm。在交流磁通作用下，铁芯中有能量损耗，称为铁损。铁损主要由两部分组成：（1）涡流损耗。涡流在铁芯内部流动时，在所经回路的导体电阻上产生的能量损耗。减少途经：一是采用较薄的硅钢片叠成铁芯，二是提高铁芯材料电阻率。（2）磁滞损耗。克服各种阻滞作用而消耗的那部分能量。其一般转化为热能使贴磁材料发热。减少途经是采用软磁材料。2.电磁铁电磁铁是利用载流铁芯线圈产生的电磁吸力来操纵机械装置，以完成预期动作的一种电器。它是将电能转换为机械能的一种电磁

7、元件。电磁铁主要由线圈、铁芯及衔铁三部分组成，铁芯和衔铁一般用软磁材料制成。铁芯一般是静止的，线圈总是装在铁芯上。开关电器中电磁铁的衔铁上还装有弹簧。三、磁路定律与计算1.磁路欧姆定律如右图所示为一个线圈匝数为N、通有电流为I、闭合磁路的平均长度为L、截面积为S的均匀磁路铁芯，材料的磁导率为μ，在铁芯中的磁场强度为H，磁感应强度为B。故铁芯种的磁通为Φ=BS=μHS根据安培环路定律有：H=NI/L上式中线圈匝数与电流乘积称为磁通势，