磁路与铁心线圈电路

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磁路和电路基础知识

第一章磁路和电路基础知识电路是由电气元件和设备组成的总体。

它提供了电流通过的途径，进行能量的转换、电能的传输和分配，以及信号的处理等。

例如，发电机将机械能转换为电能：电动机将电能转换成机械能：变压器和配电线路把电能分配给各用电设备：电子放大器或磁放大器可把所施加的信号经过处理后输出。

一台大型工程机械的电路是由若干简单电路组成的。

因此，掌握简单电路的规律、特点和分析方法是学懂整机电路并指导实践的必要基础。

为了满足初学电工者的要求和节省查阅参考书的时间，本章对大型工程机械电路中必要的磁路和电路基础知识有重点地作了介绍。

1.1 磁路和磁化电和磁是紧密相关的，电流能产生磁场，而变动的磁场或导体切割磁力线又会产生电动势。

初学电工者往往只注意电而不重视磁。

其实在很多情况下没有磁路知识是不可能学懂电路的，例如电机、变压器、互感器、接触器和磁放大器等的工作原理都与磁密切相关。

图1.1是一个均匀密绕的空心环形线圈，匝数为。

当电流I 通过线圈时，在环形线圈内就产生磁场。

环内磁力线是一些以o 为圆心的同心圆，其方向可用右手螺旋定则确定。

磁力线通过的路径称为磁路，环形线圈的磁路是线圈所包围的圆环。

图1.1 环形线圈(一)磁感应强度描述某点磁场强弱和方向的物理量称为磁感应强度。

它不但有大小而且有方向，是一个矢量。

它的方向与该点的磁力线方向一致。

环形线圈内中心线上P 点的磁感应强度lIw r Iw B μπμ==2 （1.1）式中 μ --表征磁路介质对磁场影响的物理量，叫做导磁率： r --P 点到圆心的距离：l --磁路的平均长度。

（二）磁通为了描述磁路某一截面上的磁场情况，把该截面上的磁感应强度平均值与垂直于磁感应强度方向的面积s 的乘积称为通过这块面积的磁通，即Bs =φ （1.2）（三）磁场强度为了排除介质对磁场的影响，使计算更加方便，引入磁场强度这个物理量，其定义是μB H =（1.3）环形线圈中P 点的磁场强度为 lIw BH ==μ （1.4）（四）磁势环形线圈中的磁通是因为在w 匝的线圈中通过电流I 而产生的，所以仿照电路中电势的意义把w 与I 的乘积称为磁势[]Iw F = （1.5）(五)磁阻描述磁路对磁通阻碍作用大小的物理量称为磁阻。

磁路和电路基础知识

第一章磁路和电路基础知识电路是由电气元件和设备组成的总体。

它提供了电流通过的途径，进行能量的转换、电能的传输和分配，以及信号的处理等。

一台大型工程机械的电路是由若干简单电路组成的。

因此，掌握简单电路的规律、特点和分析方法是学懂整机电路并指导实践的必要基础。

为了满足初学电工者的要求和节省查阅参考书的时间，本章对大型工程机械电路中必要的磁路和电路基础知识有重点地作了介绍。

1.1 磁路和磁化电和磁是紧密相关的，电流能产生磁场，而变动的磁场或导体切割磁力线又会产生电动势。

初学电工者往往只注意电而不重视磁。

其实在很多情况下没有磁路知识是不可能学懂电路的，例如电机、变压器、互感器、接触器和磁放大器等的工作原理都与磁密切相关。

图1.1是一个均匀密绕的空心环形线圈，匝数为。

当电流I 通过线圈时，在环形线圈内就产生磁场。

环内磁力线是一些以o 为圆心的同心圆，其方向可用右手螺旋定则确定。

磁力线通过的路径称为磁路，环形线圈的磁路是线圈所包围的圆环。

图1.1 环形线圈(一)磁感应强度描述某点磁场强弱和方向的物理量称为磁感应强度。

它不但有大小而且有方向，是一个矢量。

它的方向与该点的磁力线方向一致。

磁路与铁芯线圈电路(共14张PPT)

Φ=BS 磁通Φ又表示穿过某一截面S的磁力线根数，磁感应强度 B在数值上可以看成与磁场方向相垂直的单位面积所通过的磁通，故又称磁通密度。磁通的国际单位为韦伯（Wb）.
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

交流磁路中电压、磁通及电流间的关系

内容简介
本教材理论推导从简，计算思路交待详细，概念述明来龙去脉，增加例题数量和难度档次，章节分 “重计算”及“重概念”两类区别对待，编排讲究逐步引深的递进关系，联系工程实际，训练动手能力，尽力为后续课程铺垫。借助类比及对偶手法，语言朴实简练，图文印刷结合紧密，便于自学与记忆，便于节省理论教学时数。适用于应用型本科及高职高专电力类、自动化类、机电类、电器类、仪器仪表类、电子类及测控技术类专业。
磁滞、涡流损耗统称为铁损PFe 。
为了减小涡流损耗，铁心由绝缘漆浸润过的硅钢薄片叠装而成，浸漆可阻断涡流的流通路径，硅钢片的叠装方向使硅钢片平面与磁感线平行，硅钢片是导电率较低而μ 值较大的软磁材料。
p66 [例8—5]
U =4.44 fNm 4.44 fNBmS
U
220
m 4.44 fN 4.44 50 733 0.00135Wb
交流磁路中，电流和磁通都是交变的，线圈及铁心中均存在感应电动势，电路中的电流、电压要受磁路影响，铁心中有磁滞损耗、涡流损耗，比直流磁路复杂。
8.4.1 交流铁心线圈电压与磁通的关系
电压超前磁通90度
图示铁心线圈由交流电压源供电，忽略漏磁通、忽略
磁损耗，设线圈中主磁通为 msin
线圈的感应电动势总是要阻碍磁通随时间变化，则
第8章磁路和铁芯线圈电路的概念
第一节、磁路的主要物理量和基本性质第二节、铁磁材料的磁化曲线及其分类第三节、磁路定律及磁路、电路的比较第四节、交流磁路中电压、磁通及电流间的关系第五节、交流铁心线圈的电路模型
8.4 交流磁路中电压、磁通及电流间的关系
直流磁路中，电流不发生变化，磁通是恒定不变的，线圈及铁心中无感应电动势，当线圈电压给定时，其电流仅决定于线圈的电阻，与磁路的状态无关，磁通在铁心中无功率损耗。

《电工电子技术》——磁路与变压器

已制成的变压器、互感器等，通常都无法从外观上看出绕组的绕向，如果使用时需要知道它的同名端，可通过实验方法测定同名端。
直流电感法
交流感应法
3.4 特殊变压器
3.4.1 自耦变压器
若变压器的原、副绕组有一部分是共用的，这类的变压器叫自耦变压器。自耦变压器的原、副绕组之间既有磁的耦合，又有电的联系。
在实际工作中可以选用不同匝数比的变压器，将负载阻抗变换为所需要的阻抗值。在电子线路中常利用变压器的这种阻抗变换作用实现阻抗匹配。
4. 变压器的外特性、损耗和效率（1）变压器的外特性
当原绕组上外加电压和副绕组的负载功率因数cosφ2不变时，副边端电压U2随负载电流I2变化的规律，称为变压器的外特性。从图中可看出，负载性质和功率因数不同时，从空载(I2=0) 到满载(I2=I2N)，变压器副边电压U2变化的趋势和程度是不同的。，我们用副边电压变化率(或称电压调整率)来表示。副边电压变化率ΔU(％)规定为：当原边接在额定电压和额定频率的交流电源上，副边开路电压U2N和在指定的功率因数下副边输出额定电流时的副边电压U2的算术差与副边额定电压U2N的百分比值，即
r 0
4. 磁场强度H 同一通电线圈内的磁场强弱（用磁感应强度B来表征），不仅与所同电流的大小有关，而且与线圈内磁场介质的导磁性能有关。
在通电线圈中，H这个单位只与电流的大小有关，而与线圈中被磁化的物质，即与物质的磁导率μ无关。但通电线圈中的磁感应强度B的大小却与线圈中被磁化的物质的磁导率μ有关。H 的大小由B与μ的比值决定，即磁场强度为
2.额定电流
额定电流是根据变压器允许温升而规定的电流值，以安或千安为单位，变压器的额定电流有原边额定电流I1N和副边额定电流I2N。

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。

交流铁芯线圈电路

维护与保养建议
定期检查
定期检查线圈外观及紧固件，确保无松动。
润滑脂涂抹
在关键部位涂抹适量的润滑脂，以降低摩擦和磨损。
清洁和除尘
保持线圈和铁芯的清洁，避免灰尘和杂质的侵入。
预防性维护
根据实际情况制定预防性维护计划，提前发现并处理潜在故障。
06 交流铁芯线圈电路的未来发展与展望
新材料的应用
4. 根据设计需求，进行仿真分析和实验验证，不断调整参数以达到最优性能。
电路分析方法
解析法
通过建立数学模型来描述电路的物理特性，然后求解数学方程得到电路的性能参数。
仿真法
利用计算机软件模拟电路的运行过程，通过调整参数观察性能变化，从而找到最优设计方案。
实验法
通过搭建实际电路进行测试，收集数据并分析其性能表现，验证设计的有效性。
感谢您的观看
THANKS
连接导线
用于连接电源、线圈和其他元件，传导电流。
03 交流铁芯线圈电路的工作特性
磁化曲线
磁化曲线：描述铁芯磁感应强度B与线圈电流I之间的关系。
在未饱和段，B随I线性增加；在磁饱和段， B增加速度减缓；在反向磁化段，B随I反向增加。
磁化曲线分为未饱和段、磁饱和段和反向磁化段。
磁滞效应
02 交流铁芯线圈电路的组成与元件
交流电源
交流电源
电源的特性
为电路提供电能，通常为市电（220V/50Hz或110V/60Hz）。
电压和频率是交流电源的主要参数，影响线圈的磁通量和感应电动势。
电源的作用
为线圈提供交变电流，使线圈产生交变磁场。
铁芯
铁芯材料
通常采用硅钢片或铁氧体材料。

第十三章磁路和铁芯线圈

《电路分析基础》
P37-8 第13章磁路和铁心线圈
1.磁通连续性原理
磁通连续性原理是磁场的一个基本性质，其内容是：在磁场中，磁感应强度对任意闭合面的面积分恒等于零。
由于磁感应强度线总是闭合的空间曲线，显然，穿进任一闭合面的磁通恒等于穿出此面的磁通。上式成立与磁场中的介质的分布无关。
2.安培环路定律安培环路定律(Ampere’s circuital law)是磁场又一基本性质。其内容是：在磁场中，磁场强度沿任意闭合路径的线积分等于穿过该路径所包围的全部电流的代数和。同样应该指出，上式成立与磁场中的介质的分布无关。
铁磁物质铁、镍、钴以及铁氧体(又称铁淦氧)等都是构成磁路的主要材料，它们的磁导率都比较大，且与所在磁场的强弱以及该物质的磁状态的历史有关，其磁导率不是常量。本节讨论铁磁物质的磁化过程。
铁磁物质的磁化性质一般由磁化曲线。磁路中的磁场是由电流产生的。电流愈大，磁场强度就愈大。感应强度相当于电流在真空中所产生的磁场和物质磁化后的附加磁场的叠加，所以，曲线表明了物质的磁化效应。
《电路分析基础》
P37-7 第13章磁路和铁心线圈
在国际单位制(SI)中，由后面介绍的安培环路定律可知，磁场强度的单位是安/米，符号为A/m。
磁导率(permeability)是反映物质导磁能力或物质被磁化能力的物理量。定义为
B H
它的单位在国际单位制中是亨/米，符号为H/m。为了比较物质的导磁率，选用真空作为比较的基准。实验指出，真空的导磁率是常数。把其它物质的磁导率与真空磁导率的比称作该物质的相对磁导率。大多数铁磁材料的磁导率不是常数，所以，在磁路中磁场强度和磁感应强度的关系为非线性关系。二、磁场的基本性质
Um Hl

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6.1.2 磁通
磁通：穿过垂直于B方向的面积S中的磁力线总数。在均匀磁场中 = B S 或 B= /S
说明: 如果不是均匀磁场，则取B的平均值。
磁感应强度B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,故又称磁通密度。
单位:韦[伯](Wb) 1Wb =1V·s
有效值:
E1 E12m
2fN1m
2
E1 4.44 fm N1
同理： e2E 2m si( n t9)0
E2 4.44 fm N2
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6.1.3 磁场强度
磁场强度H ：介质中某点的磁感应强度 B 与介质
磁导率之比。 HB
磁场强度H的单位：安培/米（A/m)
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安培环路定律（全电流定律）
Hdl I
I1 H
I2
式中： H d l 是磁场强度矢量沿任意闭合线(常取磁通作为闭合回线)的线积分；
常用的磁性材料主要有铁、镍、钴及其合金等。
（1）高导磁性
r 1 (如坡莫合金，其 r 可达 2105 ) 。
具有铁心的线圈中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度。
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（2）磁饱和性
B(Φ) b •B
a •
O 磁化曲线 H(I)
B,
B
O B和与H的关系 H
I NI
H x2πxNI
I
N匝
x
Hx S
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故得： Hx
NI 2π x
NI lx
式中：N 线圈匝数；
N匝 x
lx=2x是半径为x的圆周长；
Hx
Hx 半径x处的磁场强度；
S
NI 为线圈匝数与电流的乘积。 I
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6.1.4 磁导率
磁导率：表示磁场媒质磁性的物理量，衡量物质
第6章磁路与铁心线圈电路
6.1 磁场的基本物理量 6.2 磁性材料的磁性能 6.3 磁路及其基本定律 6.4 交流铁心线圈电路 6.5 变压器
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本章要求：
1. 了解磁场的基本物理量、基本定律，磁性材料的基本性质，交流铁心线圈的等效电路和功率损耗；
2. 了解自耦变压器和电流互感器； 3. 掌握变压器电压、电流和阻抗变换作用； 4. 了解绕组极性的判定方法。
–
ZL
N2 二次
绕组
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
绕组
单相变压器
一次绕组绕组：二次绕组铁心
变压器的电路
由高导磁硅钢片叠成
厚0.35mm 或 0.5mm 变压器的磁路
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变压器的结构
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6.5.2 变压器的工作原理
+
i1
Φ
u1
–
一次
N1
绕组
单相变压器
铁心
i2
NI Hx
lx 故相应点磁感应强度为
Bx Hx NI
I
lx
N匝
x Hx
S
H与哪些参数有关？ B 呢？
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6.1.5 物质的磁性
1. 非磁性物质非磁性物质分子电流的磁场方向杂乱无章而相互
抵消，几乎不受外磁场的影响，不具有磁化特性。非磁性材料的磁导率都是常数，有：
I 是穿过闭合回线所围面积的电流的代数和。
安培环路定律将电流与磁场强度联系起来。
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例: 环形线圈如图，其中媒质是均匀的，试计算线圈内部各点的磁场强度。
解: 取磁通作为闭合回线，以其方向作为回线的围绕方向，则有：
Hdl I
H d l Hx lx Hx 2 x
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6.1 磁场的基本物理量
6.1.1 磁感应强度
磁感应强度B : 表示磁场内某点磁场强弱和方向的物理量。
磁感应强度B的方向: 与电流的方向之间符合右手螺旋定则。
磁感应强度B的单位: 特斯拉(T)，1T = 1Wb/m2
均匀磁场: 各点磁感应强度大小相等，方向相同的磁场。
的导磁能力。单位：亨/米（H/m）
B H
真空的磁导率为常数，用 0表示，有：
04π107H/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
0
H 0H
B B0
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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
具有较小的矫顽磁力，磁滞回线较窄。一般用来制造电机、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。 (2)永磁材料
具有较大的矫顽磁力，磁滞回线较宽。一般用来制造永久磁铁。常用的有碳钢及铁镍铝钴合金等。 (3)矩磁材料
具有较小的矫顽磁力和较大的剩磁，磁滞回线接近矩形。常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。常用的有镁锰铁氧体等。
+
u2 ZL
–
N2 二次
绕组
一次、二次绕组互不相连，能量的传递靠磁耦合。
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2. 电压变换（设加正弦交流电压）
(1) 一次、二次侧主磁通感应电动势
主磁通按正弦规律变化，设为 msi nt,则
e1N 1d d tN 1d dt(m sin t)
N 1m co ts E 1m si( nt90 )
由于B 与H不成
正比，则不是常
数。
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6.2.3 磁滞性
磁性材料在交变磁场中反复磁化，其B-H关系曲线是一条回形闭合曲线，称为磁滞回线。
B
Br•
• O •Hc H •
磁滞回线
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按磁性物质的磁性能，磁性材料分为三种类型： (1)软磁材料
0 r1
B( )
O
H( I )
即 B与 H 成正比，呈线性关系。
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2. 磁性物质
外磁场
磁
磁
畴
畴
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，称为磁化。即磁性物质能被磁化。
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磁性材料的磁性能
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6.5.1 概述
6.5 变压器
变压器是一种常见的电气设备，在电力系统和电
子线路中应用广泛。
变压器的主要功能有：
变电压：电力系统变电流：电流互感器变阻抗：电子线路中的阻抗匹配
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变压器的结构
铁心
+
i1
Φ
u1
–
一次
N1
i2
+
u2

磁路与铁心线圈电路

磁路和电路基础知识

磁路和电路基础知识

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交流磁路中电压、磁通及电流间的关系

《电工电子技术》——磁路与变压器

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第十三章 磁路和铁芯线圈

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