1、 章 磁场与电磁感应 4-8磁路欧姆定律磁路欧姆定律 一、铁磁材料 1、磁化：使原来没有磁性的物质具有磁性的过程。2、铁磁材料：磁化后，外部磁场消失，依然能保持其磁化的状态 而具有磁性的物质。（只有铁磁材料才能被磁化）3、铁磁材料的磁化过程：先让学生观看动画.解释：铁磁物质可以看做是由许多被称为磁畴的小磁体所组成 的。无外磁场作用时，磁畴排列杂乱无章，磁性互相抵 消，对外不显磁性；在外磁场作用下，磁畴就会沿着外 磁场方向变成整齐有序的排列，所以整体就有了磁性。4、铁磁材料分类：硬磁材料：不易磁化，不易退磁。软磁材料：易磁化，易退磁。矩磁材料：很易磁化，很难退磁。知识回顾 1、什么是电路？2、电
2、路欧姆定律、电阻定律?3、磁感应强度的公式？电流流通的路径 二、磁路二、磁路 1、概念：磁通所通过的路径称为磁路。2、磁路组成：线圈、铁芯物质做 成的芯子。演示 有分支磁路 无分支磁路 磁动势Fm 三、磁路的欧姆定律 说明：与电路类似，磁路也有欧姆定律 平均长 l 线圈N 匝 I N 磁 通 磁导率 截面积 S 磁阻 Rm 电压U 电阻R 电流I 磁通 =BS mmRF?NIFm?SlRm?通过线圈的电流I和线圈匝数N的乘积 磁阻就是磁通通过磁路时受到的阻碍作用 RUI?电路的欧姆定律 磁动势 磁阻 磁通=BS 例题：铸钢圆环上绕有线圈 800匝，通有2A电流，环 平均周长为0.5m，截面积3
3、.2510-4m2,求线 圈磁动势、磁阻和磁通。（硅钢片的磁导率 为7500H/m)mmRF?NIFm?SlRm?几点说明：1.磁阻Rm 的大小取决于磁路的尺寸和材料的磁导率。SlRm?2.很大，但不是常数，因此 也不是常数。所以磁 路欧姆定律不能用来进行定量计算，只用做定性分析。?mR3.磁路和电路有相似之处，但却有本质的区别。四、磁路与电路的区别和联系四、磁路与电路的区别和联系 电磁电阻 R=(L/S)磁阻 Rm=L/s电阻率 磁导率 电动势 E磁动势 Em=N电路欧姆定律：=E/R磁路欧姆定律：=Em/Rm电流 磁通 路路Fm Fm 第二节 五、电磁铁五、电磁铁 1、电磁铁构造 铁心 铁
4、心 线圈 线圈 衔铁 衔铁 2.工作原理：通电的铁心线圈对衔铁会产生吸力 请看通电演示请看通电演示 3.吸力 电磁铁应用？4.电磁铁的分类 直流电磁铁 交流电磁铁 线圈中通入直流电 i N 线圈中通入交流电 注意：即使是额定电压相同的交、直流电磁铁，也决不能互换使用 电磁铁的特点电磁铁的特点 1.励磁电流是由励磁线圈的外加电压U 和线圈电阻R 决定的 RUI?2.无磁滞和涡流损耗，铁心可以使用整块的铸钢、软铁。电流是恒定的，无感应电动势产生。3.吸合后电磁力比吸合前大得多，但励磁电流不变。（因磁动势 NI 不变，磁阻Rm B ，所以吸力F）1.电流恒定，无感应电动势产生。2.无磁滞和涡流损耗，
5、可使用整块铁心 3.3.吸合后，励磁电流不变，F 铁心 线圈 衔铁 直流电磁铁通电演示 衔铁的吸合应是瞬间完成 通电演示 铁心 线圈 衔铁 返回返回 以下备用以下备用 4-8 交流电磁铁 铁心 线圈 衔铁 交流电磁铁也是一种电磁器件，结构形式与直流电磁铁类似。在工业部门应用极为广泛。如冶金工业中用于提放钢材的电磁吊车；夹持工件的电磁工作台；传递动力的电磁离合器；液压传动中的电磁阀；交流接触器及接触器等。#交流电磁 铁特点 1.吸力是交变的，铁心需加分磁环。2.励磁电流吸合前大，吸合后减小。前后吸力不变 3.铁心和衔铁均由硅钢片叠成，为减小铁损。交、直流电磁铁的特点 4-8#交流电磁 铁特点 1
6、.吸力是交变的，铁心需加分磁环。2.励磁电流吸合前大，吸合后减小。前后吸力不变 3.铁心和衔铁均由硅钢片叠成，为减小铁损。1.电流恒定，无感应电动势产生。2.无磁滞和涡流损耗，可使用整块铁心 3.吸合后，励磁电流不变，F 直流电磁 铁特点 返回返回 磁路基础知识磁路基础知识 磁路基础知识磁路基础知识 磁路基础知识磁路基础知识 磁路基础知识磁路基础知识 磁路基础知识磁路基础知识 磁路基础知识磁路基础知识 磁路基础知识磁路基础知识 磁路基础知识磁路基础知识 磁路欧姆定律磁路欧姆定律 磁通所通过的路径称为磁路。磁通所通过的路径称为磁路。磁路欧姆定律磁路欧姆定律 磁路欧姆定律磁路欧姆定律 磁路欧姆定律
7、磁路欧姆定律 磁路欧姆定律磁路欧姆定律 磁路欧姆定律磁路欧姆定律 磁路欧姆定律磁路欧姆定律 磁路与电路的比较磁路与电路的比较 电磁铁电磁铁 电磁铁电磁铁 电磁铁电磁铁 电磁铁的实际应用电磁铁的实际应用 第八章 铁心线圈与变压器 作者：作者：GSQ 第八章 铁心线圈与变压器 第一节 磁路的基本概念和定律 第二节 直流铁心线圈与直流电磁铁 第三节 交流铁心线圈与交流电磁铁 第四节 单相变压器#第八章 铁心线圈与变压器 本章介绍的基本物理量、基本定律以及磁性材料的磁性能。在此基础上重点讨论铁心线圈电路和变压器。第一节 磁路的基本概念和定律 电动机、继电器、电磁铁及变压器等电器都是基于电磁耦合的原理工
8、作的，我们已经学过了电路，现在再来研究磁路。一、磁场的基本物理量 1.磁通 2.磁感应强度B 3.磁场强度H 4.导磁系数#8-1 一、磁场的基本物理量 垂直穿过某一面积S 的磁力线的总根数。韦伯wb 穿过单位面积的磁力线根数。特斯拉T wb/m2 磁场中某点的B 与该点的磁导率的比值。BSBS?或?HBHB?或1.磁通 2.磁感应强度B 3.磁场强度H 4.导磁系数 0?r0?描述导磁能力大小的物理量。通常使用相对导磁系数 r?无量纲 真空导磁系数 第一节 磁路的基本概念和定律 安/米，A/m,A/cm#8-1 磁动势 第一节 磁路的基本概念和定律 二、磁路的基本定律 安培环路定律 磁路欧姆
9、定律 与电路类似，磁路也有各种定律 安培环路定律 安培环路定律 安培环路定律 安培环路定律 安培环路定律?IHdl沿任一闭合路径，H 的线积分等于包围在这闭合路径内各电流的代数和 若磁场均匀则有 NIHl?磁路欧姆定律 磁路欧姆定律 磁路欧姆定律 磁路欧姆定律 磁路欧姆定律 磁路欧姆定律 磁路欧姆定律 磁路欧姆定律 磁路欧姆定律 磁路欧姆定律 磁路欧姆定律 磁路欧姆定律 磁路欧姆定律 无分支磁路 平均长 l 线圈N 匝 I N 磁通 导磁系 数 截面积S 根据 SBBHNIHl/?得 SlNI?磁路欧姆定律 磁阻Rm 基尔霍夫定律#8-1 二、磁路的基本定律二、磁路的基本定律 安培环路定律 磁
10、路欧姆定律 基尔霍夫定律 基尔霍夫定律 基尔霍夫定律 基尔霍夫定律 基尔霍夫定律 基尔霍夫定律 基尔霍夫定律 基尔霍夫定律 基尔霍夫定律 有分支磁路 I1 N1 I2 N2 1 2 3 1.磁路的基尔霍夫磁通定律 在节点A 处 A 1+2-3=0 2.磁路的基尔霍夫磁压降定律 任一闭合回路中均有：?NIRm?或?NIHl磁压降的代数和等于磁动势的代数和#8-1 I N H（I）B（）a b c B 铁磁材料 B-H，-H 曲线 从曲线上能明显看出，不是常数 导磁性 工程上利用它来使 磁通尽量地约束在有限的范围 内，提高电磁设备的利用率，一般使用B-H 曲线的ab 段。磁滞 B的变化滞后于H 的
11、变化 如曲线的oa 段 o 磁饱和 当H 达到一定程度，B 不再随H 而增加，此为磁饱和。如曲线的cs 段。s 若对铁心线圈而言，磁饱和意为 当电流I 增加到一定程度，不再随之增加。关于磁滞 祥看请点击#三、磁性材料的磁性能 8-1 8-1 几点说明：1.磁阻Rm 的大小取决于磁路的尺寸和材料的磁导率。SlRm?2.很大，但不是常数，因此 也不是常数。所以磁 路欧姆定律不能用来进行定量计算，只用做定性分析。通常磁路计算应用磁路基尔霍夫定律。?mR3.磁路和电路有相似之处，但却有本质的区别。4.祥见教材P149#第二节 直流铁心线圈与直流电磁铁 一、直流铁心线圈（磁路计算略）二、直流电磁铁 1.
12、构成 铁心 铁心 线圈 线圈 衔铁 衔铁 8-2 2.工作原理 通电的铁心线圈对衔铁会产生吸力 请看通电演示 3.吸力 NIILIWIN?21221221?磁动势主要降在空气隙上?021002102102000SSBHBB?）（?dSdWFdB021020?NSBSBF50200208101047?磁动势#电磁铁应用？直流电磁铁的特点 8-2 1.励磁电流是由励磁线圈的外加电压U 和线圈电阻R 决定的 RUI?2.无磁滞和涡流损耗，铁心可以使用整块的铸钢、软铁。电流是恒定的，无感应电动势产生。3.吸合后电磁力比吸合前大得多，但励磁电流不变。（因磁动势 NI 不变，磁阻Rm B ，所以吸力F）1
13、.电流恒定，无感应电动势产生。2.无磁滞和涡流损耗，可使用整块铁心 3.3.吸合后，励磁电流不变，F#第三节 交流铁心线圈与交流电磁铁 8-3 一、交流铁心线圈的损耗 P=PCU+Ph +Pe 总损耗 铜损 涡流损耗 铁损 磁滞损耗 铜损PCU 线圈电阻上的损耗 PCU=I 2R 磁滞损耗 其大小与铁心材料反复磁化后的磁滞回线面积成正比 涡流损耗 交变磁通穿过铁心时，铁心既导磁又导电，因铁心在交变磁通作用下产生感应电动势，从而在垂直于磁通方向的铁心平面内产生旋涡状的感应电流，叫涡流。涡流在铁心内电阻上产生的损耗称涡流损耗。减小涡流损耗的办法 增大涡流通路的电阻即用薄的材料叠成铁心 减小磁滞损耗
14、的办法 铁心尽量采用软磁材料#8-3 二、电压平衡方程式 i N L 交流铁心线圈 大部分经铁心闭合 线圈中 磁通 产生e e 主磁通 少部分经空气闭合 产生eL 漏磁通 eL u 线圈电阻上压降为 iR 根据KVL得：iReeuL?或 RIEEUL?电压平衡方程式 tm?sin?dtdNe?mE#)90sin(?tNm?)90sin(2?tNfm?iReeuL?)90sin(2?tfNem?mE#8-3 二、电压平衡方程式 有效值 mmfNfNE?44.42/2?忽略了漏磁感应电动势 和线圈内阻压降 后，方程变为：LeiReu?或 mfNEU?44.4?mfNU?44.4?重要结论 外加电压
15、不变时，交流铁心线圈的铁心内主磁通最大值几 乎是不变的。这是分析变压器和交流电动机时的重要概念。8-3 三、交流电磁铁 铁心 线圈 衔铁 交流电磁铁也是一种电磁器件，结构形式与直流电磁铁类似。在工业部门应用极为广泛。如冶金工业中用于提放钢材的电磁吊车；夹持工件的电磁工作台；传递动力的电磁离合器；液压传动中的电磁阀；交流接触器及接触器等。铁心中的磁通是交变的，空气隙处的磁感应强度为：tBBm?si n0?吸力 502252010sin4104?tSBSBfm?)2cos1(21tFm?50021102?SBfdtFTmT#8-3 三、交流电磁铁 50021102?SBfdtFTmT)2cos1(
16、21tFfm?瞬时值 有效值 显然 f 是交变的，存在过零值。会出现吸合不牢的现象。通常在尾端留一切口，套上铜环（或称磁环），铜环产生的感应电流阻碍的变化，致使穿过铜环的与其它存在一相位差，结果产生两个相位不同的电磁吸力，平均后，不再有过零点。见教材P156 交流电磁 铁特点 1.吸力是交变的，铁心需加分磁环。2.励磁电流吸合前大，吸合后减小。前后吸力不变 3.铁心和衔铁均由硅钢片叠成，为减小铁损。#交、直流电磁铁的特点 8-3 1.电流恒定，无感应电动势产生。2.无磁滞和涡流损耗，可使用整块铁心 3.3.吸合后，励磁电流不变，F#交流电磁 铁特点 1.吸力是交变的，铁心需加分磁环。2.励磁电
17、流吸合前大，吸合后减小。前后吸力不变 3.铁心和衔铁均由硅钢片叠成，为减小铁损。直流电磁 铁特点 8-4 一、变压器的用途、构造和分类 变压器是基于电磁感应原理而制成的静止的电器设备 用途 变电压，变电流，变阻抗 构造 心式和壳式两种 心式变压器 壳式变压器 分类 单相，三相，多相；升压，降压；仪用电压、电流互感器；焊接变压器，自藕变压器。#有两个绕组 也有两个绕组 第四节 单相变压器 8-4 二、变压器的工作原理 原边绕组N1 名词介绍 幅边绕组N2 一次绕组N1 二次绕组N2 一次侧 二次侧 均指电源侧 均指 负载侧 什么是变压器任载运行？什么是变压器空载运行？u u Z2 Z2 s 一次
18、侧接电源 二次侧负载开路 一次侧接电源 二次侧接负载 8-4 二、变压器的工作原理 变压器空载运行 u Z2 s I0 空载电流 U1 U20 此时的变压器相当 于交流铁心线圈 mLmNfIRIjXNfU?101011144.444.4?mNfU?22044.4?21201NNUU?k?变比?20U二次侧额定电压 空载运行的结论：kNNUU?21201原幅边之比等于原幅边匝数之比，等于常数 k 这就是变压器的变电压作用 u Z2 变压器任载运行 U1 I1 U2 I2?两边绕组中通过的磁通是相同的 8-4 只要U1不变，主磁通就不应该变，所以有：01221INININ?磁动势平衡方程式 有载时
19、原边磁动势 分为两部分 1.产生主磁通 （励磁分量）I0?2.用来补偿I2N2（负载分量I2）,又称去磁 一般 I0 很小，小型变压器只有2 3%，大的不过10%，当略去I0N1 后有：kNNII11221?变电流作用 任载运行结论：kNNII11221?变电流作用 任载后，电压比是否还等于变比 k?mNfUU?220244.4?mNfU?1144.4?kNNUU?2121kNNUU?2121变电压作用 还有一个作用是变阻抗 幅边 Z2 原边Z1 111IUZ?222IUZ?221121/IUIUZZ?2k?变阻抗作用 221kZZ?或 221ZkZ?8-4 二、变压器的工作原理 空载运行结论
20、：kNNUU?21201任载运行结论：kNNII11221?变电流作用 kNNUU?2121变电压作用 变阻抗作用 221kZZ?或 221ZkZ?总结 变压器的外特性和额定值变压器的外特性和额定值 2.额定值 一般变压器的额定值在其名牌上给出。额定 电压 额定电流 额定容量 额定频率 一次额定电压U1N 正常时一次绕组所加电压的有效值。二次额定电压U2N 一次电压为U1N时，变压器空载时对应二次侧的空载电压有效值，即U20=U2N 一次额定电流I1N 一次绕组加额定电压，正常工作时一次绕组允许长期通过的最大电流有效值。二次额定电流I2N 一次绕组加额定电压，正常工作时二次绕组允许长期通过的最
21、大电流有效值。指二次侧的输出额定视在功率 即：NNNIUS22?额定频率50HZ 8-4 三、变压器的外特性和额定值 1.外特性 电压保持不变，变压器任载后，由于一、二次侧均有电流通过，必然在一次侧、二次侧内阻抗上产生电压降，从而使二次电压随负载电流增加变小。称)(22IfU?曲线 为变压器的外特性。2I2U1cos2?1cos2?变压器外特性 电压调整率%100%20220?UUUU满载时电压 空载电压 一般在5%以内 8-4 四、变压器的损耗和效率四、变压器的损耗和效率 8-4 变压器损耗 p 分铁损 pFe 和铜损 pCu 1.铁损铁损 是交变的主磁通在铁心中产生磁滞损耗ph和涡流损耗p
22、e之和 又称为固定损耗 2.铜损铜损 又称为可变损耗 变压器一次侧、二次侧均有电阻，当有电流通过时，产生损耗 3.效率效率 一次侧输入功率p1，二次侧输出功率p2，效率为 p=pFe+pCu%1002212?ppppp?小型变压器的效率为7085%，大型变压器效率可达98%第八章结束第八章结束 课后练习 第八章习题解答第八章习题解答 铁心 线圈 衔铁 直流电磁铁通电演示 返回 衔铁的吸合应是瞬间完成#通电演示 铁心 线圈 衔铁 关于磁滞关于磁滞 当外电场H 值作正负变化使铁磁材料反复磁化过程中，B 的变化总是落后于H 的变化。铁磁材料反复磁化后，得到近 似对称原点的闭合曲线，叫磁滞回线。不同的磁性材料，其磁滞回线形状不同 H B H B 软磁材料 H B 硬磁材料#返回 返回返回 返回返回 返回返回 箱式变压器-简称：箱变
