磁路与铁芯线圈
铁芯工作原理
铁芯工作原理
铁芯是一种常见的电磁元件，它的工作原理主要基于电磁感应和磁路传导的原理。
在铁芯中，主要有两种磁场存在：一种是外加的电磁场，另一种是铁芯本身的磁场。
当外加电流通过铜线绕制的线圈时，产生的电流会形成一个电磁场，这个电磁场的变化会导致铁芯中的磁场也发生变化。
这是因为铁芯具有良好的导磁性，能够将电磁场的能量转化为磁能。
当电流变化时，电磁场也随之变化，进而引起铁芯中的磁场变化。
铁芯中的磁场变化会导致磁通量的变化，而磁通量的变化又会产生感应电动势。
根据法拉第定律，感应电动势与磁通量的变化率成正比。
因此，铁芯中的磁场变化将引起感应电动势的产生。
这是铁芯工作的基本原理之一。
除此之外，铁芯还可以用作磁路传导器。
当电流通过线圈时，形成的磁场并不局限在线圈的周围，它还会通过铁芯进行传导。
铁芯能够提供一个低磁阻的路径，使得磁通量能够更好地流动。
这样，通过铁芯传导的磁场能够更有效地与外界进行能量交换，提高电磁元件的效率。
综上所述，铁芯通过电磁感应和磁路传导的原理来工作。
它能够将电磁场的能量转化为磁能，并将磁场进行传导。
这种工作原理使得铁芯在电磁元件中起到重要的作用。
磁路与铁芯线圈电路(共14张PPT)
第3页，共14页。
3.磁场强度 磁场强度沿任一闭合路径l的线积分等于此闭合路径所包围的
电流的代数和。磁场强度 H的国际单位是安培/米（ A/m）。 它的方向与磁感应强度B的方向相同。 4.磁导率
解 :（1）由变压比的公式，可以求出副边的匝数为 N2U U1 2N1232601100180
（2）由有功功率公式P2=U2I2cosφ，灯泡是纯电阻负载， cosφ=1，可求得副边电流.11A 36
由变流公式，可求得原边电流为
I1 I2N N1 2 1.1111180000.18
【例4-1】 有一台电压为220/36 V的降压变压器，副边接一盏36 V、40 W的灯泡，试求:（1）若变压器的原边绕组N1=1100匝，副边绕组匝
的，线圈总是装 在铁芯上。开关电器中 数应是多少?（2）灯泡点亮后，原、副边的电流各为多少?
F=NI =Σ I
电磁铁的衔铁上还装有弹簧 铁芯线圈可以通入直流电来励磁（如电磁铁），产生的磁通是恒定的，在线圈和铁芯中不会感应出电动势来，在一定的电压下，线圈中的电流
上式中线圈匝数与电流乘积称为磁通势，用字母F表示，即
F=NI 磁通势的单位是安培（A）。联立上面几个式子，则有
铁损主要由两部分组成 （1）涡流损耗 （2）磁滞损耗
HS NI L/ S
如果线圈中的铁芯换上导磁性能差的非磁性材料，而磁通势 c时，减小电流使H由Hm逐渐减小，B将
磁感应强度B与垂直于磁力线方向的面积S的乘积称为穿过该面的磁通Φ，即
第4章 磁路与铁芯线圈电路
磁路与铁芯线圈(电磁铁)课件
利用磁路与铁芯线圈检测压力，实现物理量 的测量。
05
磁路与铁芯线圈(电磁铁)的未来发展
磁路与铁芯线圈(电磁铁)的发展趋势
技术创新
随着科技的不断进步，磁路与铁 芯线圈(电磁铁)的设计和制造将 更加精密和高效，以满足不断变
化的应用需求。
环保与节能
随着环保意识的提高，磁路与铁 芯线圈(电磁铁)将更加注重节能 和环保，采用更高效的材料和设
计，降低能耗和资源消耗。
智能化与自动化
磁路与铁芯线圈(电磁铁)将与物 联网、人工智能等先进技术结合 ，实现智能化控制和自动化生产
，提高生产效率和产品质量。
磁路与铁芯线圈(电磁铁)的未来挑战
技术瓶颈
随着应用领域的不断拓展，磁路与铁芯线圈(电磁铁)面临的技术瓶 颈也日益突出，需要不断突破和创新。
市场竞争
隔离变压器
利用磁路与铁芯线圈产生磁场 ，实现电路的隔离。
自耦变压器
利用磁路与铁芯线圈产生磁场 ，实现电路的自动控制。
在传感器中的应用
磁性传感器
利用磁路与铁芯线圈检测磁场，实现物理量 的测量。
位置传感器
利用磁路与铁芯线圈检测位置，实现物理量 的测量。
电流传感器
利用磁路与铁芯线圈检测电流，实现物理量 的测量。
磁场通过铁芯得到增 强。
铁芯线圈的应用
01
02
03
04
直流电机
利用铁芯线圈产生磁场，驱动 转子旋转。
变压器
通过改变铁芯线圈的匝数实现 电压变换。
继电器
利用铁芯线圈控制电路的通断 。
传感器
检测磁场变化，实现非电量到 电量的Байду номын сангаас换。
03
磁路与铁芯线圈(电磁铁)的设计
第六章磁路及铁芯线圈电路-文档资料
0
H 0H
B B0
6-1 磁路和磁路的基本知识
例：环形线圈如图，其中媒质是均匀的，
磁导率为，试计算线圈内部各点的磁感
应强度。
解：半径为x处各点的磁场强度为
NI Hx
lx
故相应点磁感应强度为
I
Bx Hx NI
lx
N匝
x Hx
S
由上例可见,磁场内某点的磁场强度 H 只与电流大小、线
磁性物质的磁导率不是常数，随H 而变。
磁化曲线
H
B,
有磁性物质存在时，与 I 不成正比。
B
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，实际中通过
实验得出。
O
B 和 与H的关系
H
6-2 铁磁性物质及其磁化
3. 磁滞性
磁滞性：磁性材料中磁感应强度B的变化总是滞后于
外磁场变化的性质。
磁通由磁通势产生，磁通势的单位是安[培]。
6-1 磁路和磁路的基本知识
五、磁导率
表示磁场媒质磁性的物理量，衡量物质的导磁能力。
磁导率 的单位：亨/米（H/m）
真空的磁导率为常数，用 0表示，有：
0 4π107H/m
相对磁导率 r： 任一种物质的磁导率 和真空的磁导率0的比值。
r
(4) 根据下式求出磁通势（ NI ）
n
NI Hili i1
6-3 磁路的基本定律
例1:一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 0.9T，磁路的平均长度为 45cm，试求： (1)铁心材料为铸铁时线圈中的电 流; (2)铁心材料为硅钢片时线圈中的电流。
通所需要的磁通势F=NI ， 确定线圈匝数和励磁电流。
磁路与铁芯线圈(电磁铁)课件
稀土永磁材料
如钕铁硼、钐钴等，具有高剩磁 、高磁能积和稳定的化学性质， 广泛应用于电机、发电机和变压
器等领域。
铁氧体磁性材料
成本低、稳定性好，主要用于制 作电磁铁、磁力离合器等。
纳米磁性材料
具有超顺磁性、高矫顽力等特点 ，在磁记录、磁流体等领域有广
阔的应用前景。
新型电磁铁的设计与应用
微型化设计
随着微电子技术的发展，电磁铁的尺寸越来越小，性能更加优异，可应用于微型电机、传感器等领域 。
2023 WORK SUMMARY
磁路与铁芯线圈(电磁 铁)课件
REPORTING
目录
• 磁路的基本概念 • 铁芯线圈的工作原理 • 电磁铁的应用 • 磁路与铁芯线圈的设计 • 磁路与铁芯线圈的实验研究 • 磁路与铁芯线圈的发展趋势
PART 01
磁路的基本概念
磁场与磁力线
磁场
磁力作用的空间，由磁体或电流 产生。
铁芯形成磁路，使磁场得以集中并通过。磁路中的磁阻会影响磁场的强度和分布 。
电磁感应与电动势
法拉第电磁感应定律
当磁场发生变化时，会在导体中产生 电动势，电动势的大小与磁通量变化 碍引起感 应电流的磁通量的变化。
PART 03
电磁铁的应用
直流电磁铁
总结词
利用直流电产生稳定磁场
使用不同材料的铁芯，研究其对磁场的影响。
电磁铁的应用实验
电磁吸力实验
通过电磁铁吸合不同质量的物体 ，观察吸力与电流、匝数的关系
。
电磁继电器实验
利用电磁铁控制电路的通断，实现 自动控制功能。
电磁感应实验
通过电磁感应现象，研究线圈中感 应电动势的产生和变化。
PART 06
磁路与铁芯线圈的发展趋 势
磁保持继电器内部结构
磁保持继电器内部结构
磁保持继电器是一种电磁装置，用于控制电路中的电流流动。
它由
内部结构所组成，这个结构起着关键的作用，实现开关的功能。
磁保持继电器内部结构主要包括以下部分：
1.磁路系统：磁保持继电器的磁路系统包括铁芯、线圈和磁导路径。
铁芯是由软磁材料制成的，通过其内部传导磁场。
线圈通常由导线绕
制而成，当通电时产生磁场。
磁导路径将磁场引导到合适的位置，使
其产生力。
2.触点系统：触点是磁保持继电器中起关键作用的部分。
它通常由
固定触点和可动触点组成。
当线圈通电时，磁场引起可动触点的吸引，使之与固定触点接触，形成电路通断。
这种触点系统能够承受较大的
电流，并具有良好的切换特性。
3.辅助电路：为了进一步增强磁保持继电器的功能，一些辅助电路
也被添加到内部结构中。
例如，过载保护电路、继电器状态指示灯、
电气间隔器等。
辅助电路的添加可以使继电器更安全可靠，并提供额
外的功能。
总体而言，磁保持继电器内部结构的设计旨在实现可靠的开关控制。
通过使用合适的材料和构造，确保其正常工作并承受一定的负荷。
这
样的结构使得磁保持继电器在各种电路中被广泛应用，在电力系统、
自动化控制和电子设备中发挥重要作用。
铁芯的作用
铁芯的作用
铁芯是电力变压器和电感器最重要的部分之一，用于增强电磁感应效果、提高电能转换效率。
它是由铁、硅和铝等材料制成的磁性材料。
铁芯的作用在于提供一个磁路，使磁通线能够有效地穿过线圈，从而实现电能的传输和转换。
铁芯的主要作用之一是增强磁通。
在电力变压器和电感器中，线圈中产生的磁场要通过铁芯传递到外部，铁芯能够有效地集中和增强磁场。
铁的磁导率较高，因此使用铁芯能够减少磁场的漏磁，提高磁通密度，使电能传输更加高效。
另一个重要的作用是减少能量损耗。
当交流电流通过线圈时，会在铁芯中产生涡流和焦耳热，这会导致能量损耗。
为了减少这种损耗，通常在铁芯表面涂覆一层绝缘漆或安装一个绝缘环，这样能够有效地降低涡流和焦耳热的产生。
铁芯的材料也要选择具有低电阻和低磁滞损耗特性的材料，以进一步减少能量损耗。
除了以上两个作用，铁芯还能够提高变压器的耐压性能。
当发生过电压冲击时，铁芯能够提供额外的磁场导向和支撑，防止绝缘击穿，确保设备的安全运行。
此外，铁芯还能够起到屏蔽作用。
在高频电磁场中，铁芯能够吸收和屏蔽磁场，减少对周围环境和其他电子设备的影响。
总的来说，铁芯在电力变压器和电感器中起着至关重要的作用。
它能够增强磁通、提高转换效率，减少能量损耗，提高耐压性
能，同时还能起到屏蔽作用。
因此，在设计和制造这些设备时，必须选择合适的铁芯材料和结构，以确保设备的效率和可靠性。
多磁路变压器工作原理
多磁路变压器工作原理多磁路变压器是一种常用的电力变压器，其工作原理是利用多个磁路来实现电压的变换。
在多磁路变压器中，通过将主磁路和副磁路分别连接到不同的线圈上，可以实现输入电压和输出电压之间的变换。
多磁路变压器由铁芯和线圈组成。
铁芯通常由硅钢片叠压而成，以减小磁通损耗。
线圈由导线绕制而成，主磁路和副磁路分别绕在铁芯的不同部位。
主磁路通常用于输入电压的供应，而副磁路则用于输出电压的提取。
多磁路变压器的工作原理可以通过以下步骤来解释。
首先，当输入电压加到主磁路上时，通过感应作用，产生一个磁通。
这个磁通会通过铁芯传导到副磁路上，从而在副磁路上产生一个感应电动势。
根据法拉第电磁感应定律，当磁通变化时，会在线圈上产生感应电压。
然后，根据电磁感应定律，感应电压与磁通变化率成正比。
因此，当主磁路上的磁通变化时，副磁路上的感应电压也会发生变化。
这样，通过调整主磁路和副磁路的匝数比例，可以实现输入电压和输出电压之间的变换。
多磁路变压器在实际应用中具有许多优点。
首先，由于采用了多个磁路，可以实现更高的功率传输效率。
此外，多磁路变压器还具有较小的尺寸和重量，适用于各种场合的安装和使用。
多磁路变压器还具有较好的稳定性和抗干扰能力。
由于主磁路和副磁路相互独立，因此在输入电压波动或外部干扰的情况下，不会对输出电压产生影响。
这使得多磁路变压器在电力系统中具有重要的应用价值。
总结起来，多磁路变压器是一种利用多个磁路实现电压变换的电力变压器。
通过将主磁路和副磁路分别连接到不同的线圈上，可以实现输入电压和输出电压之间的变换。
多磁路变压器具有功率传输效率高、尺寸小、重量轻、稳定性好和抗干扰能力强等优点，广泛应用于电力系统中。
通过了解多磁路变压器的工作原理，我们可以更好地理解其在电力系统中的作用和应用。
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B/ T
1 .8
1 .6
1 .4 c
1 .2 b
1 .0
0 .8
0 .6
0 .4
0 .2
a
c硅 钢 片 b铸钢
a铸 铁
0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1.0×10 3 H / A ·m － 1
图6 几种常用铁磁材料的基本磁化曲线 磁路与铁芯线圈 14
思考题
Il
磁路与铁芯线圈 2
磁场基本物理量
磁通（ Φ ）：磁感应强度 B 在面积 A 上的 通量。磁通是指通过与磁场方向垂直的某 一面积的磁力线总数。
磁通的SI单位：韦伯（Wb）
=F/Rm B=/S
式中Rm为磁阻。
如果磁场内各点的磁感应强度B大小相等， 方向相同，这样的磁场则称为均匀磁场。
磁路与铁芯线圈 3
第一种是先给定磁通, 再按照给定的磁通及磁路尺寸、材料求出 磁通势, 即已知Φ求NI; 另一种是给定NI, 求各处磁通, 即已知NI 求 Φ。 本节只讨论第一种情况。
在计算时一般应按下列步骤进行: (1) 按照磁路的材料和截面不同进行分段, 把材料和截面相同 的算作一段。 (2) 根据磁路尺寸计算出各段截面积S和平均长度l。
路欧姆定律
重点与难点: 重点: 磁路基尔霍夫定律，
磁路欧姆定律
难点: 磁路基尔霍夫定律， 磁路欧姆定律
教学方法 用比较的方法讲解本节
磁路与铁芯线圈 16
2.1 磁路（一）
磁路：磁通所通过的路径。
N
I
U
S
S
N
(a) 图7 直流电机和单相变压器磁(路b)
磁路与铁芯线圈 17
2.1 磁路（二）
边 缘 效应
理量，但它不包括磁介质因磁化而产生的 磁场，它的国际单位是A/m。故
H=B/
磁路与铁芯线圈 5
1 铁磁性物质重点:磁化曲线
难点:磁化曲线
教学方法: 联系实际讲解本节
磁路与铁芯线圈 6
1.1 铁磁性物质的磁化
磁化:铁磁物质会在外加磁场的作用下, 产生一个与外磁场 同方向的附加磁场, 这种现象叫做磁化。
磁路与铁芯线圈 20
3
l0
2.2 磁路定律（三）
2. 磁路的基尔霍夫第二定律：闭合磁路中各段 磁压的代数和等于各磁势的代数和。
(Hl) (IN)
对于如图9所示的ABCDA回路, 可以得出
H1l1 H1'l1' H1"l1" H2l2 I1N1 I2N2
UmFm
磁路与铁芯线圈 21
2.3 磁路的欧姆定律
消失，磁滞损耗小，磁导率高。（铁心） ▪ 硬磁材料：回线较宽。剩磁不易消失， 适
宜制作永磁体。（磁铁）
磁路与铁芯线圈 12
1.3 铁磁性物质的分类（一）
B 软磁 硬磁
O
H
图5 软磁和磁硬路磁与铁材芯线料圈的磁滞回线
13
1.3 铁磁性物质的分类（二
H / A ·m － 1 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10×103
▪ 1、磁动势——通过线圈的电流与线圈匝数 的乘积。Um
▪ 2、磁阻——磁通通过磁路时所受的阻碍作 用。Rm(与电阻对比)
磁路与铁芯线圈 22
2.3 磁路的欧姆定律
HS
Hl lUlm
Um Rm
S S
磁路与铁芯线圈 23
思考题
1、已知线圈电感L=Ψ/I=NΦ/I，试用磁路欧姆定律证明 L=N2μS/ l,并说明如果线圈大小、形状和匝数相同时，有铁心线圈和 无铁心线圈的电感哪个大？
主磁通
I 漏磁通
图 8 主磁磁通路与、铁芯漏线磁圈 通和边缘效应
18
2.2 磁路定律（一）
1. 磁路的基尔霍夫第一定律：汇集于磁路中任意处的 磁通的代数和为0.
0
1 2 3 0
磁路与铁芯线圈 19
2.2 磁路定律（二）
D
A
1
l1′
2
l3′
I1
I2
N1 l1
N2 l2
C
l1″
B
l3″
图 9 磁路示意图
图 3 起始磁化曲线
磁路与铁芯线圈 9
1.2 磁化曲线（三）
1. 起始磁化曲线
(1) OP段 ：B随H增大，但增大不快 (2) PQ段 ： B急剧增大 （3） QR段 （4） R点以后 磁滞——铁磁材料在反复磁化过程中，磁感应强
度B的变化总是落后于磁场强度H的变化的现 象。
磁路与铁芯线圈 10
2. 磁滞回线
磁路与铁芯线圈
1 铁磁性物质 2 磁路与磁路定律 3 简单直流磁路的计算 4 交流铁芯线圈及等效电路 5 电磁铁
磁路与铁芯线圈 1
磁场基本物理量
▪ 磁感应强度的大小：
在磁场中一点放一段长度为l 、电流强度为 I 并与磁场方向垂直的
导体，如导体所受电磁力为F ，则该点磁感应强度的大小为
BF
B
Il
B 的单位：特斯拉(T)
1、铁磁性物质为什么会有高的导磁性能？ 2、制造电喇叭时要用到永久磁铁，制造变压器时要用到铁心， 试说明它们在铁磁性材料时有何不同？ 3、什么是基本磁化曲线？什么是起始磁化曲线？ 4、铁磁性材料的μ不是常数， μ的最大值处在起始磁化曲线的 哪个部位？
磁路与铁芯线圈 15
2 磁路和磁路定律
目的与要求: 掌握磁路基尔霍夫定律，磁
2、为什么空心线圈的电感是常数，而铁心线圈的电感不是常 数？铁心线圈在未达到饱和与达到饱和时，哪个电感大？
磁路与铁芯线圈 24
3 简单直流磁路的的计算 目的与要求: 掌握恒定磁通磁路的计算 重点与难点: 重点: 恒定磁通磁路的计算
难点: 恒定磁通磁路的计算
教学方法 用比较法
磁路与铁芯线圈 25
3 简单直流磁路的计算（一）
(a)
(b)
(c)
图 1 铁磁磁路性与物铁芯质线圈的磁化
7
1.2
磁化曲线:铁磁性物质的磁感应强度B与外磁场的磁场强 度H之间的关系曲线, 所以又叫B-H曲线。
I＋
－
A
1
2
Us
1′ S
2′
N L
S
Rw
图 2 B-H磁曲路与线铁芯测线圈量电路
8
1.2 磁化曲线（二）
B R
Q
max
P
0
H
0
H
(a)
(b)
1.2 磁化曲线（四）
B
Bm
a
b Br
B
Bm3 Bm2 Bm1
－H m －H c cO
f
Hm
H
O Hm1 Hm2 Hm3
H
e
d
－Bm
(b )
(a)图4 交变磁磁路与化1铁1芯(磁线圈滞回线)
1.3 铁磁性物质的分类（一）
▪ 软磁材料：回线狭长，剩磁、矫顽力均 较小，磁滞不明显，没有外 磁场时磁性基本
磁场基本物理量
▪ 磁导率——是表征物质导磁能力的物理量， 它表明了物质对磁场的影响程度。
▪ 主要导磁物质的相对磁导率
物质
空气 铝
r（H/m） 1．000 000 365
1．000 214
物质
硅钢片 坡莫合金
r （H/m）
103 104
磁路与铁芯线圈 4
磁场基本物理量
▪ 磁场强度H ▪ 磁场强度H——是表征磁场强弱和方向的物