1、第第1 1章章 磁路基础知识磁路基础知识磁路和磁路基本定律磁路和磁路基本定律1.1铁磁材料及其特性铁磁材料及其特性1.21.1磁路和磁路基本定律磁路和磁路基本定律1.1.1描述磁场的基本物理量描述磁场的基本物理量1、磁感应强度B（磁密）2、磁通 3、磁导率：表示物质导磁能力强弱的物理量真空磁导率0=410-7H/m 铁磁材料磁导率 04、磁场强度H=B/n若电流和磁通的正方向符合右手定则，磁通和感应电动势的正方向符合右手定则则感应电动势可表示为必须指出：在建立上式时，各电、磁量的正方向十分重要，其物理概念是：线圈中的感应电动势倾向于阻止线圈中磁链的变化。1.1.2电磁感应定律电磁感应定律ded
2、tdeNdt或规律称为：楞次定律ie1.1.2电磁感应定律电磁感应定律n线圈磁链的变化，可以有以下两种不同的方式：线圈磁链的变化，可以有以下两种不同的方式：n1、变压器电动势n若磁场由交流电流产生，则磁链随时间变化，所产生的电动势称为变压器电动势。（线圈与磁场相对静止）n2、运动电动势n若通过线圈的磁通不随时间变化，但线圈与磁场之间有相对运动，也会引起线圈磁链的变化，所产生的电动势称为运动电动势。1.1.2电磁感应定律电磁感应定律 l：导体在磁场中的长度，m；v：导体与磁场之间的运动速度，m/s；e：导体电动势，V。三者之间互相垂直，电动势的方向用右手定则确定。Blve ev运动电动势运动电动
3、势的大小可用另一种形式表示的大小可用另一种形式表示n电磁力F的单位为N。n电磁力F的方向用左手定则确定。BilF if1.1.3电磁力与电磁转矩电磁力与电磁转矩n1、电磁力2、电磁转矩电磁转矩=TBilr Fr单位为N.m1.1.3全电流定律全电流定律 H dlI 123+III 电流的符号由右手螺旋法则确定。全电流定律：在磁场中，沿着任何条闭合回路，磁场强度的线积分，等于该闭合回路所包围电流的代数和，又称安培环路定律。1.1.4磁路及磁路欧姆定律磁路及磁路欧姆定律 H dlHlINi/HBBSmmNIFFlSR()mlRS定律内容:作用在磁路上的磁动势等于磁路内的磁通乘以磁阻。相应的相应的模
4、拟模拟电路图电路图mmFR磁路：磁通所通过的路径。1.1.5磁路的基尔霍夫定律磁路的基尔霍夫定律1、磁路的基尔霍夫第一定律 12300 穿出(或进入)任一闭合面的总磁通量恒等于零(或者说，进入任一闭合面的磁通量恒等于穿出该闭合面的磁通量)闭合面A显然有：2、磁路的基尔霍夫第二定律、磁路的基尔霍夫第二定律 沿任何闭合磁路的总磁动势恒等于各段磁路磁压降的沿任何闭合磁路的总磁动势恒等于各段磁路磁压降的代数和。代数和。1 12 23H lH lH1122mmm R R RNIHl 磁路和电路比较磁路和电路比较 磁路的基本物理量及公式磁路的基本物理量及公式 电路的基本物理量及公式电路的基本物理量及公式
5、磁动势磁动势电动势电动势磁通量磁通量 电电 流流磁磁 阻阻 电电 阻阻 磁磁 导导 电电 导导 磁路欧姆定律磁路欧姆定律 欧姆定律欧姆定律 基尔霍夫第一定律基尔霍夫第一定律 基尔霍夫第一定律基尔霍夫第一定律 基尔霍夫第二定律基尔霍夫第二定律 基尔霍夫第二定律基尔霍夫第二定律 0i 0 mNIHlR eiR/mFR/IERmGmRRIEF1.2铁磁材料及其特性铁磁材料及其特性1.2.1铁磁材料的高导磁性铁磁材料的高导磁性1铁磁物质的磁化 将铁、镍、钴等铁磁物质放入磁场后，铁磁物质呈现很强的磁性，这种现象，称为铁磁物质的磁化。磁畴：在铁磁物质内部存在着许多很小的天然磁化区。2起始磁化曲线起始磁化曲
6、线 H0abcd 将一块尚未磁化的铁磁材料进行磁化，当磁场强度H由零逐渐增大时，磁通密度B也将随之增大，曲线B=f(H)就称为起始磁化曲线1、两个重要参数：剩磁Br、矫顽力Hc2、磁滞现象：B的变化总是滞后H的变化3.磁滞回线磁滞回线3、基本磁化曲线、基本磁化曲线1）软磁材料）软磁材料 定义定义:磁滞回线窄、剩磁和矫顽力都很小的材料。磁滞回线窄、剩磁和矫顽力都很小的材料。4.铁磁材料铁磁材料常用软磁材料常用软磁材料:铸铁、铸钢和硅钢片等。铸铁、铸钢和硅钢片等。用以制造电机和变压器的铁心。用以制造电机和变压器的铁心。4.铁磁材料铁磁材料2）硬磁）硬磁(永磁永磁)材料材料 定义:磁滞回线宽、剩磁和
7、矫顽力都很大的铁磁材料称为硬磁材料。常用的硬磁材料有铁氧体、铝镍钴、稀土等。适合于制作永磁体，因此又称为永磁材料。1.2.2磁滞与磁滞损耗磁滞与磁滞损耗 磁滞损耗：铁磁材料置于交变磁场中时，磁畴相互间不停地摩擦而消耗能量、造成损耗，这种损耗称为磁滞损耗。试验证明：试验证明：磁滞损耗与磁通的交变频率成正比，而与磁通密度幅值的次方成正比，即 对常用的硅钢片，当Bm=1.01.6T时，=2。mhfBp 1.2.3涡流与涡流损耗涡流与涡流损耗1、涡流涡流2、涡流损耗：涡流在铁心中引起的损耗涡流损耗：涡流在铁心中引起的损耗3、注意、注意:为减小涡流损耗，电机和变压器的铁心都用为减小涡流损耗，电机和变压器
8、的铁心都用含硅量较高的薄硅钢片叠成。含硅量较高的薄硅钢片叠成。4、铁心损耗：磁滞损耗铁心损耗：磁滞损耗+涡流损耗涡流损耗1.32FempfB G1.3直流磁路的计算直流磁路的计算 磁路计算正问题磁路计算正问题给定磁通量，计算所需的励磁磁动势给定磁通量，计算所需的励磁磁动势磁路计算逆问题磁路计算逆问题给定励磁磁势，计算磁路内的磁通量给定励磁磁势，计算磁路内的磁通量磁路计算正问题的步骤：磁路计算正问题的步骤：1）将磁路按材料性质和不同截面尺寸分段；）将磁路按材料性质和不同截面尺寸分段；2）计算各段磁路的有效截面积）计算各段磁路的有效截面积Ak和平均长度和平均长度lk；3）计算各段磁路的平均磁通密度
9、）计算各段磁路的平均磁通密度Ak，Bk=k/Ak；4）根据）根据Bk求出对应的求出对应的Hk；5）计算各段磁位降）计算各段磁位降Hklk，最后求出，最后求出 F=Hklk。磁路计算逆问题磁路计算逆问题因为磁路为非线性的，用试探法。因为磁路为非线性的，用试探法。例1 铁心由铸钢和空气隙构成，截面积AFe=33 10-4m2，磁路平均长度lFe=0.3m，气隙长度=510-4m，求该磁路获得磁通量=0.0009Wb时所需的励磁磁动势。一、简单串联磁路一、简单串联磁路串联磁路串联磁路模拟电路图模拟电路图解：铁心内磁通密度为T1T0009.00009.0FeFeAB从铸钢磁化曲线查得：与BFe对应的H
10、Fe=9102A/m空气隙中：240.0009T0.967T3.0510BA铁心段的磁位降：A270A3.01092FeFelH所以，励磁磁势为F=HFelFe+Hl=655A4700.967A/m77 10 A/m410BH477 105 10A385AH l 二、简单并联磁路二、简单并联磁路 例2 铁心由DR530硅钢片构成，铁心柱和铁轭截面积 AFe=22 10-4m2，磁路平均长度lFe=0.05m，气隙长度1=2=2.510-3m，励磁线圈匝数N1=N2=1000匝。不计漏磁通，试求在气隙中产生磁通密度B=1.211T时，所需的励磁电流。解：212122221122112iNiNHl
11、HlHlHkkm105.4223llm10153221lll中间磁路长度：两边磁路长度：气隙磁位降：中间铁心磁位降：A4818A105.2104211.1222370BHT533.1T104)25.02(211.1423ABA75.87A105.4105.192233lH查磁化曲线：A/m105.1923H总磁动势和励磁电流为：两边铁心磁通密度和磁位降：T766.0T1042/10613.02/4321ABB查磁化曲线：A/m21521 HHA25.32A101521522211lHlHA4938A)25.3275.874818(21133lHlHHNi1.41.4交流磁路的特点交流磁路的特点 交流磁路除了会在铁心中产生损耗外，还有以下两个效应：1）磁通量随时间变化，在励磁线圈中产生感应电动势。2）磁饱和现象会导致电流、磁通和电动势波形畸变。
