第一章        磁路
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第一章 磁路. 本章教学目的:. 1 、掌握磁路的基本知识和基本定律。 2 、了解常用铁磁材料及其特性。 3 、磁路的相关计算。. 重点和难点:. 重点:磁路基本定律和磁化曲线 难点:磁滞回线. 学时安排: 2 学时. 1-1 磁路的基本定律. 一、磁场的几个常用量:. 1 、磁感应强度 B (磁密) 表征磁场强弱及方向的物理量. 单位: Wb/m 2 ; 或 T. 单位: Wb. 2 、磁通   =BA 通过垂直方向面积 A 的磁通量. 3 、磁场强度 H.

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本章教学目的:

1、掌握磁路的基本知识和基本定律。

2、了解常用铁磁材料及其特性。

3、磁路的相关计算。

重点和难点:

重点:磁路基本定律和磁化曲线

难点:磁滞回线

学时安排:2学时


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1-1 磁路的基本定律

一、磁场的几个常用量:

1、磁感应强度B(磁密)

表征磁场强弱及方向的物理量

单位:Wb/m2;或T

单位:Wb

2、磁通 

=BA 通过垂直方向面积A的磁通量

3、磁场强度H

单位:A/m

真空的磁导率

铁磁材料的磁导率


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二、磁路的概念

磁路:磁通所通过的路径.见图1-1.

主磁通:由于铁心的导磁性能比空气要好得多,所 以绝大部分磁通将在铁心内通过,这部分磁通称为主磁通。

漏磁通:围绕载流线圈、部分铁心和铁心周围的空间,还存在少量分散的磁通,这部分磁通称为漏磁通。

主磁路:主磁通所通过的路径。

漏磁路:漏磁通所通过的路径。


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励磁线圈:用以激励磁路中磁通的载流线 圈。

励磁电流:励磁线圈中的电流

直流:直流磁路

例如:直流电机

交流:交流磁路

例如:变压器


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三、磁路的基本定律

1.安培环路定律

公式:

式中,若电流的正方向与闭合回 线L的环 行方向符合右手螺旋关系时,i取正号,否则取负号。附图1-2,有:

若沿着回线L,H处处相等,总电流由N匝线圈所提供,则公式可简写成

HL=Ni


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定理说明附图1-3a.

2.磁路的欧姆定律

公式:

F=Ni=HL

=L

:磁导

F: 磁动势

:磁阻


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与电路中的欧姆定律的相似性,附相应的模拟电路图1-3b.

点击书本进入例题1-1

铁磁材料的磁导率μ不是一个常数,所以由铁磁材料构成的磁路,其磁阻不是常数,而是随着磁路中磁通密度的大小而变化,这种情况称为非线性。

例题


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3. 磁路的基尔霍夫第一定律

定律内容: 穿出(或进入)任一闭和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),这就是磁通连续性定律.

公式:

定律说明附图1-4.


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4.磁路的基尔霍夫第二定律

定律背景:磁路计算时,总是把整个磁路分成若干段,每段为同一材料、相同截面积,且段内磁通密度处处相等,从而磁场强度亦处处相等。

定律内容:沿任何闭合磁路的总磁动势恒等于各段磁路磁位降的代数和。


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公式:

定律说明附图1-4.

磁路和电路的比拟仅是—种数学形式上的类似、而不是物理本质的相似。


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1-2 常用的铁磁材料及其特性

一、铁磁物质的磁化

1、铁磁物质的磁化

铁磁材料在外磁场中呈现很强的磁性,此现象称为铁磁物质的磁化。

2、磁畴示意图1-5.


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二、磁化曲线和磁滞回线

1.起始磁化曲线

定义: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将随之增大,曲线B=f(H)就称为起始磁化曲线.

曲线附图1-6.

分析:起始磁化曲线基本上可分为四段 ,如下


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铁磁材料

磁化曲线示意图1-6.

应用:设计电机和变压器时,为使主磁路内得到较大的磁通量而又不过分增大励磁磁动势.通常把铁心内的工作磁通密度选择在膝点附近.


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2.磁滞回线

示意图: 图1-7.

剩磁:去掉外磁场之后,铁磁材料内仍然保留的磁通密度 .

矫顽力:要使B值从减小到零,必须加上相应的反向外磁场,此反向磁场强度称为矫顽力 .

磁滞:铁磁材料所具有的这种磁通密度B的变化滞后于磁场强度H变化的现象 .

磁滞回线:呈现磁滞现象的B-H闭合回线.


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3.基本磁化曲线

定义:对同一铁磁材料,选择不同的磁场强度进行 反复磁化,可得一系列大小不同的磁滞回线,再将各磁滞回线的顶点联接起来,所得的曲线.

示意图1-8.

附:电机中常用的硅钢片、铸铁和铸钢的 基本磁化曲线。


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三、铁磁材料

1.软磁材料

定义:磁滞回线窄、剩磁和矫顽力Hc都小的材料 .

附图1-9a.

常用软磁材料:铸铁、铸钢和硅钢片等。

2.硬磁(永磁)材料

定义:磁滞回线宽、和Hc都大的铁磁材料称为硬磁材料 .

附图1-9b.


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四、铁心损耗

1.磁滞损耗

定义:铁磁材料置于交变磁场中时,磁畴相互间不停地摩擦、消耗能量、造成损耗,这种损耗称为磁滞损耗。

公式:

应用:由于硅钢片磁滞回线的面积较小,故电机和变压器的铁心常用硅钢片叠成。


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2.涡流损耗

涡流:环流在铁心内部围绕磁通作旋涡状流动 .

涡流示意图1-12.

定义:涡流在铁心中引起的损耗 .

公式:

应用:为减小涡流损耗,电机和变压器的铁心都用含硅量较高的薄硅钢片叠成。


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3.铁心损耗

定义:铁心中磁滞损耗和涡流损耗之和

表达式:


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1-3 直流磁路的计算

一、直流磁路的计算

导言: 磁路计算时,通常是先给定磁通量,然后计算所需要的励磁磁动势。对于少数给定励磁磁动势求磁通量的逆问题,由于磁路的非线性。需要进行试探和多次迭代,才能得到解答。


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1.简单串联磁路

定义:不计漏磁影响,仅有一个磁回路的无分支磁路 .

附图1-13.

  • 点击书本进入例题1-2

例题


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2.简单并联磁路

定义:指考虑漏磁影响,或磁回路有两个以上分支的磁路。

点击书本进入例题1-3

例题


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1-4 交流磁路的特点

1.交流磁路中,激磁电流是交流,因此磁路中的磁动势及其所激励的磁通均随时间而交变,但每一瞬时仍和直流磁路一样,遵循磁路的基本定律

2.就瞬时值而言,通常情况下,可以使用相同的基本磁化曲线。

3.磁通量和磁通密度均用交流的幅值表示,磁动势和磁场强度则用有效值表示。


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交变磁通的两个效应:

(1)磁通量随时间交变,必然会在激磁线圈内产生感应电动势;

(2)磁饱和现象会导致电流、磁通和电动势波形的畸变。

本章内容已结束,及时复习可以巩固学习效果.

小提示:


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作业:1-7

思考题:1-1、1-2、1-3


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