电工技能培训-16磁路与铁心线圈电路

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1、下一页下一页 总目录总目录 章目录章目录 返回返回 上一页上一页 同学们好！同学们好！ 贵州贵州 荔波荔波 小七孔桥小七孔桥 下一页下一页 总目录总目录 章目录章目录 返回返回 上一页上一页 第第6章章 磁路与变压器磁路与变压器 6.1 6.1 磁路的基本概念与基本定律磁路的基本概念与基本定律 6.2 6.2 交流铁心线圈交流铁心线圈 6.3 6.3 变压器变压器 （第十八讲） 下一页下一页 总目录总目录 章目录章目录 返回返回 上一页上一页 2. 了解变压器的基本结构、工作原理、运行特性和了解变压器的基本结构、工作原理、运行特性和 绕组的同极性端，理解变压器额定值的意义；绕组的同极性端，理解

2、变压器额定值的意义； 3. 掌握掌握变压器电压、电流和阻抗变换作用；变压器电压、电流和阻抗变换作用； 4. .了解三相电压的变换方法；了解三相电压的变换方法； 本章要求：本章要求： 第第6章章 磁路与变压器磁路与变压器 1. 理解理解磁场的基本物理量的意义，了解磁性材料的磁场的基本物理量的意义，了解磁性材料的 基本知识及磁路的基本定律，掌握分析计算交流基本知识及磁路的基本定律，掌握分析计算交流 铁心线圈电路的方法；铁心线圈电路的方法； 下一页下一页 总目录总目录 章目录章目录 返回返回 上一页上一页 6.1磁路的基本概念与基本定律磁路的基本概念与基本定律 1. 磁感应强度磁感应强度 磁感应强度

3、磁感应强度B : : 表示磁场内某点磁场强弱和方向的物理量。表示磁场内某点磁场强弱和方向的物理量。 磁感应强度磁感应强度B的大小的大小: : 磁感应强度磁感应强度B的方向的方向: :与电流的方向之间符合右手螺旋定则。与电流的方向之间符合右手螺旋定则。 lI F B 磁感应强度磁感应强度B的单位的单位: : 特斯拉特斯拉( (T) )，1 1T = 1Wb/m2 均匀磁场均匀磁场: : 各点磁感应强度大小相等，方向相同的磁场，也各点磁感应强度大小相等，方向相同的磁场，也 称称匀强磁场匀强磁场。 6.1 .1 磁路中的基本物理量磁路中的基本物理量 下一页下一页 总目录总目录 章目录章目录 返回返回

4、 上一页上一页 2. 磁通磁通 磁通磁通 ：穿过垂直于穿过垂直于B方向的面积方向的面积S中的磁力线总数。中的磁力线总数。 说明说明: : 如果不是均匀磁场，则取如果不是均匀磁场，则取B的平均值。的平均值。 在在均匀磁场中均匀磁场中 = B S 或或 B= /S 磁感应强度磁感应强度B在数值上可以看成为与磁场方向垂直在数值上可以看成为与磁场方向垂直 的单位面积所通过的磁通的单位面积所通过的磁通, ,故又称故又称磁通密度磁通密度。 磁通磁通 的单位的单位: :韦韦 伯伯(Wb) ) 1Wb =1V s 3. 磁场强度磁场强度 磁场强度磁场强度H ：介质中某点的磁感应强度介质中某点的磁感应强度 B

5、与介质与介质 磁导率磁导率 之比。之比。 磁场强度磁场强度H的单位的单位 ：安培安培/米（米（A/m) ) B H 下一页下一页 总目录总目录 章目录章目录 返回返回 上一页上一页 任意选定一个闭合回线的围绕方向，凡是电流方任意选定一个闭合回线的围绕方向，凡是电流方 向与闭合回线围绕方向之间符合右螺旋定则的电流向与闭合回线围绕方向之间符合右螺旋定则的电流 作为正、反之为负。作为正、反之为负。 式中：式中： 是磁场强度矢量沿任意闭合是磁场强度矢量沿任意闭合 线线(常取磁通作为闭合回线常取磁通作为闭合回线)的线积分；的线积分； lH d I I 是穿过闭合回线所围面积的电流的代数和。是穿过闭合回线

6、所围面积的电流的代数和。 安培环路定律安培环路定律电流正负的规定电流正负的规定： IlHd 安培环路定律（全电流定律）安培环路定律（全电流定律） I1 H I2 安培环路定律将安培环路定律将电流与磁场强度联系起来。电流与磁场强度联系起来。 在在均匀磁场中均匀磁场中 Hl = IN l IN H 或或 下一页下一页 总目录总目录 章目录章目录 返回返回 上一页上一页 例例: 环形线圈如图，其中媒质是均匀的，环形线圈如图，其中媒质是均匀的， 试计算试计算 线线 圈内部各点的磁场强度。圈内部各点的磁场强度。 解解: 取磁通作为闭合回线，以取磁通作为闭合回线，以 其其 方向作为回线的围绕方向，则有：方

7、向作为回线的围绕方向，则有： xHlHlHxxx 2d NII NIx2Hx IlHd S x Hx I N匝匝 下一页下一页 总目录总目录 章目录章目录 返回返回 上一页上一页 线圈匝数与电流的乘积线圈匝数与电流的乘积NI ，称为，称为磁通势磁通势，用字母，用字母 F 表示，则有表示，则有 F = NI 磁通由磁通势产生，磁通势的单位是安磁通由磁通势产生，磁通势的单位是安培培。 式中：式中：N 线圈匝数；线圈匝数； lx= =2 x是是半径为半径为x的圆周长；的圆周长； Hx 半径半径x处的磁场强度；处的磁场强度； NI 为线圈匝数与电流的乘积。为线圈匝数与电流的乘积。 x x l NI x

8、2 NI H 故得：故得： S x Hx I N匝匝 下一页下一页 总目录总目录 章目录章目录 返回返回 上一页上一页 真空的磁导率为常数，用真空的磁导率为常数，用 0表示，有：表示，有： 4. 磁导率磁导率 磁导率磁导率 ：表示磁场媒质磁性的物理量，衡量物质表示磁场媒质磁性的物理量，衡量物质 的导磁能力的导磁能力。 H/m104 7 0 相对磁导率相对磁导率 r： 任一种物质的磁导率任一种物质的磁导率 和真空的磁导率和真空的磁导率 0的比值的比值。 0 r 磁导率磁导率 的单位：的单位：亨亨/米（米（H/m） 0 B B H H 0 下一页下一页 总目录总目录 章目录章目录 返回返回 上一页

9、上一页 例：例：环形线圈如图，其中媒质是均环形线圈如图，其中媒质是均 匀的，磁导率为匀的，磁导率为 ，试计算线圈内试计算线圈内 部各点的磁感应强度。部各点的磁感应强度。 解：解：半径为半径为x处各点的磁场强度为处各点的磁场强度为 x x l NI H 故相应点磁感应强度为故相应点磁感应强度为 x xx l NI HB S x Hx I N匝匝 由上例可见由上例可见, ,磁场内某点的磁场强度磁场内某点的磁场强度 H 只与电流只与电流 大小、线圈匝数、以及该点的几何位置有关，与磁大小、线圈匝数、以及该点的几何位置有关，与磁 场媒质的磁性场媒质的磁性( ( ) ) 无关；而磁感应强度无关；而磁感应强

10、度 B 与磁场媒与磁场媒 质的磁性有关。质的磁性有关。 下一页下一页 总目录总目录 章目录章目录 返回返回 上一页上一页 物质的磁性物质的磁性 1. 非磁性物质非磁性物质 非磁性物质分子电流的磁场方向杂乱无章，几乎非磁性物质分子电流的磁场方向杂乱无章，几乎 不受外磁场的影响而互相抵消，不具有磁化特性。不受外磁场的影响而互相抵消，不具有磁化特性。 非磁性材料的磁导率都是常数，有：非磁性材料的磁导率都是常数，有： 所以磁通所以磁通 与产生此磁通的电流与产生此磁通的电流 I 成正比，呈成正比，呈 线性关系。线性关系。 当磁场媒质是非磁性材料时，有：当磁场媒质是非磁性材料时，有： 即即 B与与 H 成

11、正比，呈线性关系。成正比，呈线性关系。 由于由于 l NI H S B , O H B 0 r 1 B = 0 H ( ) ( I ) 下一页下一页 总目录总目录 章目录章目录 返回返回 上一页上一页 2. 磁性物质磁性物质 磁性物质内部形成许多小区域，其分子间存在的磁性物质内部形成许多小区域，其分子间存在的 一种特殊的作用力使每一区域内的分子磁场排列整一种特殊的作用力使每一区域内的分子磁场排列整 齐，显示磁性，称这些小区域为磁畴。齐，显示磁性，称这些小区域为磁畴。 在外磁场作用下，磁畴方向发生变化，使之与外在外磁场作用下，磁畴方向发生变化，使之与外 磁场方向趋于一致，物质整体显示出磁性来，称

12、为磁场方向趋于一致，物质整体显示出磁性来，称为 磁化。即磁化。即磁性物质能被磁化。磁性物质能被磁化。 磁磁 畴畴 外外 磁磁 场场 在没有外磁场作用的普通磁性物质中，各个磁畴在没有外磁场作用的普通磁性物质中，各个磁畴 排列杂乱无章，磁场互相抵消，整体对外不显磁性。排列杂乱无章，磁场互相抵消，整体对外不显磁性。 磁磁 畴畴 下一页下一页 总目录总目录 章目录章目录 返回返回 上一页上一页 6.1.2 磁性材料的主要特性磁性材料的主要特性 1. 高导磁性高导磁性 磁性材料的磁导率通常都很高，即磁性材料的磁导率通常都很高，即 r 1 (如坡如坡 莫合金，其莫合金，其 r 可达可达 2 105 ) 。

13、 磁性材料磁性材料能被强烈的磁化，能被强烈的磁化，具有很高的导磁性具有很高的导磁性 能。能。 磁性材料主要指铁、镍、钴及其合金等。磁性材料主要指铁、镍、钴及其合金等。 磁性物质的高导磁性被广泛地应用于电工设备磁性物质的高导磁性被广泛地应用于电工设备 中，如电机、变压器及各种铁磁元件的线圈中都中，如电机、变压器及各种铁磁元件的线圈中都 放有铁心。放有铁心。 磁性物质的高导磁性被广泛地应用于电工设备磁性物质的高导磁性被广泛地应用于电工设备 中，如电机、变压器及各种铁磁元件的线圈中都中，如电机、变压器及各种铁磁元件的线圈中都 放有铁心。在这种放有铁心。在这种具有铁心的线圈中通入不太大具有铁心的线圈中

14、通入不太大 的励磁电流，便可以产生较大的磁通和磁感应强的励磁电流，便可以产生较大的磁通和磁感应强 度。度。 下一页下一页 总目录总目录 章目录章目录 返回返回 上一页上一页 磁性物质由于磁化所产生的磁化磁场不会随着磁性物质由于磁化所产生的磁化磁场不会随着 外磁场的增强而无限的增强。外磁场的增强而无限的增强。 2. 磁饱和性磁饱和性 BJ 磁场内磁性物质的磁化磁场磁场内磁性物质的磁化磁场 的磁感应强度曲线；的磁感应强度曲线； B0 磁场内不存在磁性物质时的磁场内不存在磁性物质时的 磁感应强度直线；磁感应强度直线； B BJ曲线和曲线和B0直线的纵坐标相直线的纵坐标相 加即磁场的加即磁场的 B-H

15、 磁化曲线。磁化曲线。 O H B B0 BJ B a b 磁化曲线磁化曲线 磁性物质由于磁化所产生的磁化磁场不会随着磁性物质由于磁化所产生的磁化磁场不会随着 外磁场的增强而无限的增强。当外磁场增大到一定外磁场的增强而无限的增强。当外磁场增大到一定 程度时，磁性物质的全部磁畴的磁场方向都转向与程度时，磁性物质的全部磁畴的磁场方向都转向与 外部磁场方向一致，磁化磁场的磁感应强度将趋向外部磁场方向一致，磁化磁场的磁感应强度将趋向 某一定值。如图。某一定值。如图。 下一页下一页 总目录总目录 章目录章目录 返回返回 上一页上一页 B-H 磁化曲线的特征：磁化曲线的特征： Oa段：段：B 与与H几乎成

16、正比地增加；几乎成正比地增加； ab段：段： B 的增加缓慢下来；的增加缓慢下来； b点以后：点以后：B增加很少，达到饱和。增加很少，达到饱和。 O H B B0 BJ B a b 有磁性物质存在时，有磁性物质存在时，B 与与 H不成不成 正比，磁性物质的磁导率正比，磁性物质的磁导率 不是常不是常 数，随数，随H而变。而变。 有磁性物质存在时，有磁性物质存在时， 与与 I 不成不成 正比。正比。 磁性物质的磁化曲线在磁路计磁性物质的磁化曲线在磁路计 算上极为重要，其为非线性曲线，算上极为重要，其为非线性曲线， 实际中通过实验得出实际中通过实验得出。 O H B, B 磁化曲线磁化曲线 B和和

17、与与H的关系的关系 下一页下一页 总目录总目录 章目录章目录 返回返回 上一页上一页 3. 磁滞性磁滞性 磁性材料在交变磁场中反复磁化，其磁性材料在交变磁场中反复磁化，其B-H关系曲线关系曲线 是一条回形闭合曲线，称为是一条回形闭合曲线，称为磁滞回线磁滞回线。 磁滞性：磁滞性：磁性材料中磁感应强度磁性材料中磁感应强度B的变化总是滞后于的变化总是滞后于 外磁场变化的性质。外磁场变化的性质。 磁滞回线磁滞回线 O H B Br Hc 剩磁感应强度剩磁感应强度Br (剩磁剩磁) ： 当线圈中电流减小到零当线圈中电流减小到零(H=0) 时，铁心中的磁感应强度。时，铁心中的磁感应强度。 矫顽磁力矫顽磁力

18、Hc： 使使 B = 0 所需的所需的 H 值。值。 磁性物质不同，其磁滞回线磁性物质不同，其磁滞回线 和磁化曲线也不同。和磁化曲线也不同。 下一页下一页 总目录总目录 章目录章目录 返回返回 上一页上一页 几种常见磁性物质的磁化曲线几种常见磁性物质的磁化曲线 a 铸铁铸铁 b 铸钢铸钢 c 硅钢硅钢片片 O 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1.0 103 H/(A/m) H/(A/m) 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 103 B/T 1.8 1.6 1.4 1.2 1.0 0.8 0.6 0.4 0.2 a b a b c c 下一页下一页

19、总目录总目录 章目录章目录 返回返回 上一页上一页 按磁性物质的磁性能，磁性材料分为三种类型：按磁性物质的磁性能，磁性材料分为三种类型： (1)软磁材料软磁材料 具有较小的矫顽磁力，磁滞回线较窄。具有较小的矫顽磁力，磁滞回线较窄。一般用一般用 来制造电机、电器及变压器等的铁心。常用的有铸来制造电机、电器及变压器等的铁心。常用的有铸 铁、硅钢、坡莫合金即铁氧体等。铁、硅钢、坡莫合金即铁氧体等。 (2)永磁材料永磁材料 具有较大的矫顽磁力，磁滞回线较宽。具有较大的矫顽磁力，磁滞回线较宽。一般用一般用 来制造永久磁铁。常用的有碳钢及铁镍铝钴合金等。来制造永久磁铁。常用的有碳钢及铁镍铝钴合金等。 (3

20、)矩磁材料矩磁材料 具有较小的矫顽磁力和较大的剩磁，磁滞回线具有较小的矫顽磁力和较大的剩磁，磁滞回线 接近矩形，稳定性良好。接近矩形，稳定性良好。在计算机和控制系统中用在计算机和控制系统中用 作记忆元件、开关元件和逻辑元件。常用的有镁锰作记忆元件、开关元件和逻辑元件。常用的有镁锰 铁氧体等。铁氧体等。 下一页下一页 总目录总目录 章目录章目录 返回返回 上一页上一页 6.1.3 磁路的基本定律磁路的基本定律 1. 磁路的概念磁路的概念 在电机、变压器及各种铁磁元件中常用磁性材料在电机、变压器及各种铁磁元件中常用磁性材料 做成一定形状的铁心。铁心的磁导率比周围空气或做成一定形状的铁心。铁心的磁导

21、率比周围空气或 其它物质的磁导率高的多，其它物质的磁导率高的多，磁通的绝大部分经过铁磁通的绝大部分经过铁 心形成闭合通路，磁通的闭合路径称为磁路。心形成闭合通路，磁通的闭合路径称为磁路。 + N If N S S 直流电机的磁路直流电机的磁路 交流接触器的磁路交流接触器的磁路 下一页下一页 总目录总目录 章目录章目录 返回返回 上一页上一页 2 磁路的欧姆定律磁路的欧姆定律 磁路的欧姆定律是分析磁路的基本定律磁路的欧姆定律是分析磁路的基本定律 环形线圈如图，其中媒质是均环形线圈如图，其中媒质是均 匀的，磁导率匀的，磁导率 为为 ， 试计算线圈内部试计算线圈内部 的磁通的磁通 。 解：解：根据安

22、培环路定律，有根据安培环路定律，有 l S lHlNI B IlH d 设磁路的平均长度为设磁路的平均长度为 l，则有，则有 1. 引例引例 S x Hx I N匝匝 下一页下一页 总目录总目录 章目录章目录 返回返回 上一页上一页 mR F 式中：式中：F=NI 为磁通势，由其产生磁通；为磁通势，由其产生磁通； Rm 称为磁阻，表示磁路对磁通的阻碍作用；称为磁阻，表示磁路对磁通的阻碍作用； l 为磁路的平均长度；为磁路的平均长度； S 为磁路的截面积。为磁路的截面积。 2. 磁路的欧姆定律磁路的欧姆定律 若某磁路的磁通为若某磁路的磁通为 ，磁通势为磁通势为F ，磁阻为，磁阻为Rm，则，则 即

23、有：即有： S l NI 此即此即磁路的欧姆定律。磁路的欧姆定律。 mR F 下一页下一页 总目录总目录 章目录章目录 返回返回 上一页上一页 3. 磁路与电路的比较磁路与电路的比较 磁路磁路 磁通势磁通势F 磁通磁通 磁阻磁阻 电路电路 电动势电动势 E 电流密度电流密度 J 电阻电阻 磁感应强度磁感应强度B 电流电流 I S l R m S l NI R F m S l R S l E R E I N I + _ E I R 下一页下一页 总目录总目录 章目录章目录 返回返回 上一页上一页 4. 磁路分析的特点磁路分析的特点 (1)在处理电路时不涉及电场问题，在处理磁路时离不在处理电路时不

24、涉及电场问题，在处理磁路时离不 开磁场的概念；开磁场的概念； (2)在处理电路时一般可以不考虑漏电流，在处理磁路在处理电路时一般可以不考虑漏电流，在处理磁路 时一般都要考虑漏磁通时一般都要考虑漏磁通； (3)磁路欧姆定律和电路欧姆定律只是在形式上相似。磁路欧姆定律和电路欧姆定律只是在形式上相似。 由于由于 不是常数，其随励磁电流而变，磁路欧姆定律不是常数，其随励磁电流而变，磁路欧姆定律 不能直接用来计算，只能用于定性分析；不能直接用来计算，只能用于定性分析； (4)在电路中，当在电路中，当 E=0时，时，I=0；但在磁路中，由于有；但在磁路中，由于有 剩磁，当剩磁，当 F=0 时，时， 不为零

25、不为零； 下一页下一页 总目录总目录 章目录章目录 返回返回 上一页上一页 6.1.4 磁路的计算磁路的计算 主要任务主要任务: 预先选定磁性材料中的磁通预先选定磁性材料中的磁通 (或磁感应或磁感应 强度强度)，按照所定的磁通、磁路各段的尺寸和材料，按照所定的磁通、磁路各段的尺寸和材料, 求产生预定的磁通所需要的磁通势求产生预定的磁通所需要的磁通势F=NI ， 确定线确定线 圈匝数和励磁电流。圈匝数和励磁电流。 基本公式基本公式: nn2211lHlHlHNI 设磁路由不同材料或不同长度和截面积的设磁路由不同材料或不同长度和截面积的 n 段组段组 成，则基本公式为：成，则基本公式为： n i

26、iil HNI 1 即即 下一页下一页 总目录总目录 章目录章目录 返回返回 上一页上一页 基本步骤基本步骤: （由磁通（由磁通 求磁通势求磁通势F=NI ） (1) 求各段磁感应强度求各段磁感应强度 Bi 各段磁路截面积不同，通过同一磁通各段磁路截面积不同，通过同一磁通 ，故有：，故有： n n S BB S B , . , S , 2 2 1 1 (2) 求各段磁场强度求各段磁场强度 Hi 根据各段磁路材料的磁化曲线根据各段磁路材料的磁化曲线 Bi=f ( Hi) ,求求B1， B2 ，相对应的相对应的 H1， H2 ，。 (3) 计算各段磁路的磁压降计算各段磁路的磁压降 （Hi li ）

27、 (4) 根据下式求出磁通势（根据下式求出磁通势（ NI ） n i iil HNI 1 下一页下一页 总目录总目录 章目录章目录 返回返回 上一页上一页 例例1:一个具有闭合的均匀的铁心线圈，其匝数为一个具有闭合的均匀的铁心线圈，其匝数为300， 铁心中的磁感应强度为铁心中的磁感应强度为 0.9T，磁路的平均长度为，磁路的平均长度为 45cm，试求：，试求： (1)铁心材料为铸铁时线圈中的电铁心材料为铸铁时线圈中的电 流流; (2)铁心材料为硅钢片时线圈中的电流。铁心材料为硅钢片时线圈中的电流。 解：解： （1）查铸铁材料的磁化曲线，）查铸铁材料的磁化曲线， 当当 B=0.9 T 时，时，

28、A 513 300 4509000 . . N Hl I (2)查硅钢片材料的磁化曲线，查硅钢片材料的磁化曲线， 当当 B=0.9 T 时，时， A 390 300 450260 . . N Hl I 磁场强度磁场强度 H=9000 A/m，则，则 磁场强度磁场强度 H=260 A/m，则，则 结论：结论：如果要得到相等的磁感应强度，采用磁导率如果要得到相等的磁感应强度，采用磁导率 高的铁心材料，可以降低线圈电流，减少用铜量。高的铁心材料，可以降低线圈电流，减少用铜量。 下一页下一页 总目录总目录 章目录章目录 返回返回 上一页上一页 如线圈中通有同样大小的电流如线圈中通有同样大小的电流0.3

29、9A， 则铁心中的磁场强度是相等的，都是则铁心中的磁场强度是相等的，都是260 A/m。 查磁化曲线可得，查磁化曲线可得， 在例在例1(1)，(2)两种情况下，如线圈中通有同样大两种情况下，如线圈中通有同样大 小的电流小的电流0.39A，要得到相同的磁通，要得到相同的磁通 ，铸铁材料，铸铁材料 铁心的截面积和硅钢片材料铁心的截面积，哪一铁心的截面积和硅钢片材料铁心的截面积，哪一 个比较小？个比较小？ 【分析分析】 B硅钢 硅钢是 是B铸铁 铸铁的 的17倍。倍。 因因 =BS，如要得到相同的磁通，如要得到相同的磁通 ，则铸铁铁，则铸铁铁 心的截面积必须是硅钢片铁心的截面积的心的截面积必须是硅钢

30、片铁心的截面积的17倍。倍。 B铸铁 铸铁 = 0.05T、 、 B硅钢 硅钢 =0.9T, 结论：结论：如果线圈中通有同样大小的励磁电流，要如果线圈中通有同样大小的励磁电流，要 得到相等的磁通，采用磁导率高的铁心材料，可得到相等的磁通，采用磁导率高的铁心材料，可 使铁心的用铁量大为降低。使铁心的用铁量大为降低。 下一页下一页 总目录总目录 章目录章目录 返回返回 上一页上一页 几种常见磁性物质的磁化曲线几种常见磁性物质的磁化曲线 a 铸铁铸铁 b 铸钢铸钢 c 硅钢硅钢片片 O 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1.0 103 H/(A/m) H/(A/

31、m) 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 103 B/T 1.8 1.6 1.4 1.2 1.0 0.8 0.6 0.4 0.2 a b a b c c 下一页下一页 总目录总目录 章目录章目录 返回返回 上一页上一页 查铸钢的磁化曲线，查铸钢的磁化曲线， B=0.9 T 时，磁场强度时，磁场强度 H1=500 A/m 例例2: 有一环形铁心线圈，其内径为有一环形铁心线圈，其内径为10cm，外径为，外径为 5cm，铁心材料为铸钢。磁路中含有一空气隙，铁心材料为铸钢。磁路中含有一空气隙， 其长度等于其长度等于 0.2cm。 设线圈中通有设线圈中通有 1A 的电流，的电流， 如要得到如要得到

32、 0.9T 的磁感应强度，试求线圈匝数。的磁感应强度，试求线圈匝数。 解解: 空气隙的磁场强度 空气隙的磁场强度 A/m102 . 7 104 9 . 0 5 7 0 0 0 B H cm 390.2- 2391 .ll 铸钢铁心的磁场强度，铸钢铁心的磁场强度， 铁心的平均长度铁心的平均长度 磁路的平均总长度为磁路的平均总长度为 cm 239 2 1510 .l 下一页下一页 总目录总目录 章目录章目录 返回返回 上一页上一页 对各段有对各段有 A 16351951440110 lHHNI A 144010201027 25 0 .H A 1951039500 2 11 lH 总磁通势为总磁通

33、势为 1635 1 1635 I N Hl 线圈匝数为线圈匝数为 磁路中含有空气隙时，由于其磁阻较大，磁通势磁路中含有空气隙时，由于其磁阻较大，磁通势 几乎都降在空气隙上面。几乎都降在空气隙上面。 结论：结论：当磁路中含有空气隙时，由于其磁阻较大，当磁路中含有空气隙时，由于其磁阻较大， 要得到相等的磁感应强度，必须增大励磁电流（设要得到相等的磁感应强度，必须增大励磁电流（设 线圈匝数一定）。线圈匝数一定）。 下一页下一页 总目录总目录 章目录章目录 返回返回 上一页上一页 6.2 交流铁心线圈交流铁心线圈 6.2.1 磁通与电压、电流关系磁通与电压、电流关系 + e + e + u N i u

34、 (Ni)i d d t Ne t Ne d d （磁通势）（磁通势） 主磁通主磁通 ：通过铁心闭合的通过铁心闭合的 磁通。磁通。 漏磁通漏磁通 ：经过空气或其经过空气或其 它非导磁媒质闭合的磁通。它非导磁媒质闭合的磁通。 t i L d d 线圈线圈 铁心铁心 i， 铁心线圈的漏磁电感铁心线圈的漏磁电感 常数常数 i N L 与与i不是线性关系。不是线性关系。 下一页下一页 总目录总目录 章目录章目录 返回返回 上一页上一页 根据根据KVL: + + + e e u N i eeRi u 式中：式中：R是线圈导线的电阻是线圈导线的电阻 L 是漏磁电感是漏磁电感 )( d d e t i LR

35、i 当当 u 是正弦电压时是正弦电压时，其它各电压、电流、电动势，其它各电压、电流、电动势 可视作正弦量，则电压、电流关系的相量式为：可视作正弦量，则电压、电流关系的相量式为： )()( EEIRU )(j EIXIR 下一页下一页 总目录总目录 章目录章目录 返回返回 上一页上一页 设主磁通设主磁通 则则 t, sin m )sin( d d d d m t t N t Ne tN cos m )90t(sin2 m fN)90(sin m tE 有效值有效值 m mm 444 2 2 2 fN. fNE E 由于线圈电阻由于线圈电阻 R 和感抗和感抗X （或漏磁通（或漏磁通 ）较小，其）较

36、小，其 电压降也较小，与主磁电动势电压降也较小，与主磁电动势 E 相比可忽略，故有相比可忽略，故有 EU (V) 444444 mm SfNB.fN.EU 式中：式中：Bm是是铁心中磁感应强度的最大值，单位铁心中磁感应强度的最大值，单位T； S 是铁心截面积，单位是铁心截面积，单位m2。 )(j EIXIRU 下一页下一页 总目录总目录 章目录章目录 返回返回 上一页上一页 6.2.2 功率损耗功率损耗 交流铁心线圈的功率损耗主要有铜损和铁损两种。交流铁心线圈的功率损耗主要有铜损和铁损两种。 1. 铜损（铜损（ Pcu） 在交流铁心线圈中在交流铁心线圈中, 线圈电阻线圈电阻R 上的功率损耗称铜

37、损，用上的功率损耗称铜损，用 Pcu 表示。表示。 Pcu = RI2 式中：式中：R是线圈的电阻；是线圈的电阻；I 是线圈中电流的有效值。是线圈中电流的有效值。 2. 铁损（铁损（ PFe） 在交流铁心线圈中，处于交变磁通下的铁心内在交流铁心线圈中，处于交变磁通下的铁心内 的功率损耗称铁损，用的功率损耗称铁损，用 PFe 表示。表示。 铁损由磁滞和涡流产生。铁损由磁滞和涡流产生。 + u i 下一页下一页 总目录总目录 章目录章目录 返回返回 上一页上一页 （1）磁滞损耗（）磁滞损耗（ Ph） 由磁滞所产生的能量损耗称为由磁滞所产生的能量损耗称为磁滞损耗（磁滞损耗（ Ph）。）。 磁滞损耗的

38、大小：磁滞损耗的大小： 单位体积内的磁滞损耗正比与单位体积内的磁滞损耗正比与 磁滞回线的面积和磁场交变的频磁滞回线的面积和磁场交变的频 率率 f。 O H B 磁滞损耗转化为热能，引起磁滞损耗转化为热能，引起 铁心发热。铁心发热。 减少磁滞损耗的措施：减少磁滞损耗的措施： 选用磁滞回线狭小的磁性材料制作铁心。变压器和选用磁滞回线狭小的磁性材料制作铁心。变压器和 电机中使用的硅钢等材料的磁滞损耗较低。电机中使用的硅钢等材料的磁滞损耗较低。 设计时应适当选择值以减小铁心饱和程度。设计时应适当选择值以减小铁心饱和程度。 下一页下一页 总目录总目录 章目录章目录 返回返回 上一页上一页 (2)涡流损耗

39、（涡流损耗（ Pe） 涡流损耗涡流损耗: 由涡流所产生的功率损耗。由涡流所产生的功率损耗。 涡流涡流：交变磁通在铁心内产生感交变磁通在铁心内产生感 应电动势和电流，称为涡流。涡流应电动势和电流，称为涡流。涡流 在垂直于磁通的平面内环流。在垂直于磁通的平面内环流。 涡流涡流损耗转化为热能，引起铁心发热。损耗转化为热能，引起铁心发热。 减少涡流损耗措施：减少涡流损耗措施： 提高铁心的电阻率。铁心用彼此提高铁心的电阻率。铁心用彼此 绝缘的钢片叠成，把涡流限制在较绝缘的钢片叠成，把涡流限制在较 小的截面内。小的截面内。 铁心线圈交流电路的有功功率为：铁心线圈交流电路的有功功率为： Fe 2 cosPR

40、IUIP 下一页下一页 总目录总目录 章目录章目录 返回返回 上一页上一页 6.2.3 交流铁心线圈的等效电路交流铁心线圈的等效电路 下一页下一页 总目录总目录 章目录章目录 返回返回 上一页上一页 例例: 要绕制一个铁心线圈，已知电源电压要绕制一个铁心线圈，已知电源电压 U= 220 V， 频率频率 f=50Hz ，今量得铁心截面为，今量得铁心截面为30.2 cm2,铁心由硅钢铁心由硅钢 片叠成，设叠片间隙系数为片叠成，设叠片间隙系数为0.91 (一般取一般取0.90.93)。 （1）如取）如取 Bm=1.2T，问线圈匝数应为多少，问线圈匝数应为多少? (2)如磁路如磁路 平均长度为平均长度为 60cm,问励磁电流应多大问励磁电流应多大? 2 cm 527910230.S 铁心的有效面积为铁心的有效面积为 (1)线圈匝数为线圈匝数为 (2)查磁化曲线图，查磁化曲线图，B =1.2T时 时, =700 ，则 ，则 300 105272150444 220 444 4 m .SfB. U N A1 3002 1060700 2 2 m N lH I 解解: 下一页下一页 总目录总目录 章目录章目录 返回返回 上一页上一页 作业 复习两节内容，了解磁路计算。 (第十八讲结束)