磁路与铁芯线圈电路.ppt

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1、第七章磁路与铁芯线圈电路§7-1磁场的基本物理量§7-2磁性材料的磁性能§7-3磁路及其基本定律§7-4交流铁心线圈电路§7-5变压器§7-6电磁铁本章将介绍与磁路有关的电路问题。在电工技术中不仅要讨论电路问题，还将讨论磁路问题。因为很多电工设备与电路和磁路都有关系，如电动机、变压器、电磁铁及电工测量仪表等。磁路问题与磁场有关，与磁介质有关，但磁场往往与电流相关联，所以本章将研究磁路和电路的关系及磁和电的关系。本章讨论对象将以变压器和电磁铁为主，重点研究其电磁特性，为以后研究电动机的基本特性作基础。§7-1.磁场的基本物理量对磁场特性的描述，已在大学物理中进行了详尽的讨论。这里将对几个基本

2、物理量做以下复述。一、磁感应强度磁感应强度B是表示磁场空间某点的磁场强弱和方向的物理量。它是矢量。磁场对电流(或运动电荷)有作用，而电流(或运动电荷)也将产生磁场。电流(或运动电荷)电流(或运动电荷)磁场磁感应强度B的大小及方向：电流强度为I长度为l的电流元，在磁场中将受到磁力的作用。实验发现，力的大小不仅与电流元I·l的大小有关，还与其方向有关。当l的方向与B的方向垂直时电流元受力为最大F=Fmax，此时规定，磁场的大小磁场的方向，由三个矢量成右旋系的的关系来定义。B的单位为特斯拉(T)当然，对磁感应强度的定义也可从运动电荷的角度进行定义。SNlIlI同理，三个矢量也构成右旋系关系。如洛

3、仑兹力公式所表示二、磁通磁感应强度B在面积S上的通量积分称为磁通如果是均匀磁场，即磁场内各点磁感应强度的大小和方向均相同，且与面积S垂直，则该面积上的磁通为或故又可称磁感应强度的数值为磁通密度。如果用磁力线描述磁场，磁力线的密度就反映了磁场的大小。通过某一面积的磁力线总数应表示通过该面积的磁通的大小。由于磁通的连续性，磁力线是闭合的空间曲线。磁通的单位是韦伯(Wb)，在工程中常用电磁制单位麦克斯韦(Mx)，两者关系为根据电磁感应公式磁通的单位为伏·秒(V·s)，由此，磁感应强度的单位也可表示为韦伯每平方米(Wb/m2)。三、磁场强度磁场强度H是计算磁场时常用的物理量，也是矢量。它与磁感应强

4、度矢量的关系为工程上常根据安培环路定律来确定磁场与电流的关系上式左侧为磁场强度矢量沿闭合回线的线积分；右侧是穿过由闭合回线所围面积的电流的代数和。电流的符号规定为：闭合回线的围绕方向与电流成右旋系时为正，反之为负。以环形线圈为例，计算线圈内的磁场强度。xISHx线圈内为均匀媒质，取磁力线作为闭合回线，且以磁场强度的方向为回线的绕行方向。于是而其中N为线圈的匝数；Hx是半径为x处的磁场强度。乘积IN是产生磁通的原因，称为磁动势，用F表示。单位是安培四、磁导率磁导率μ是表示磁场空间媒质磁性质的物理量，是物质导磁能力的标志量。前面已导出环形线圈的磁场强度H，可得磁感应强度B为磁导率的单位真空磁

5、导率μ0：实验测得，真空的磁导率相对磁导率：某种物质的磁导率μ与真空磁导率μ0的比值称为相对磁导率，用μr表示。上式说明，在同样电流的情况下，磁场空间某点的磁感应强度与该点媒质的磁导率有关，若媒质的磁导率为μ，则磁感应强度B将是真空中磁感应强度的μr倍。自然界的所有物质可根据磁导率的大小，大体上可分为磁性材料和非磁性材料两大类。非磁性材料的相对磁导率为常数且接近于1；磁性材料的相对磁导率则很大。§7-2.磁性材料的磁性能磁性材料主要是指由过度元素铁、钴、镍极其合金等材料。它们主要的磁性能如下。一、高磁导率磁性材料的磁导率很大，μr>>1，可达102~105量级。分子电流和磁畴理论：分子中电

6、子的绕核运动和自转将形成分子电流，分子电流将产生磁场，每个分子都相当于一个小磁铁。由于磁性物质分子的相互作用，使分子电流在局部形成有序排列而显示出磁性，这些小区域称为磁畴。高磁导率的成因磁性物质没有外场时，各磁畴是混乱排列的，磁场互相抵消；当在外磁场作用下，磁畴就逐渐转到与外场一致的方向上，即产生了一个与外场方向一致的磁化磁场，从而磁性物质内的磁感应强度大大增加——物质被强烈的磁化了。磁性物质被广泛地应用于电工设备中，电动机、电磁铁、变压器等设备中线圈中都含有的铁心。就是利用其磁导率大的特性，使得在较小的电流情况下得到尽可能大的磁感应强度和磁通。非磁性材料没有磁畴的结构，所以不具有磁化特性

7、。磁性物质的磁化示意图(a)无外场，磁畴排列杂乱无章。(b)在外场作用下，磁畴排列逐渐进入有序化。二、磁饱和性磁性物质因磁化产生的磁场是不会无限制增加的，当外磁场(或激励磁场的电流)增大到一定程度时，全部磁畴都会转向与外场方向一致。这时的磁感应强度将达到饱和值。HBB0BBJO磁化曲线HB，μOμBμ与H的关系B0是真空情况下的磁感应强度；BJ是磁化产生的磁感应强度；B是介质中的总磁感应强度。磁性物质的μ不是常数，Φ与H