磁路和铁芯线圈电路
铁磁材料的磁化曲线及其分类
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。
i 这时B 随H（随 ）迅速增长；
在磁路进入磁饱和以后，绝大部分磁畴已经转向，再
i 增加H（增加 ），磁畴贡献的附加磁场B′不再增加，此
时增加的B仅为电流本身产生，曲线2上升的斜率几乎与曲 线1相同，导致µ值下降。
进入磁饱和的铁磁材料其特性与非磁性材料 相近，丧失了高导磁性能，所以通常要求铁磁材 料工作在磁化曲线的b点附近。
此闭合曲线称为磁滞回线。当线圈处于交变电流作用时， 铁心将沿磁滞回线反复磁化→退磁→反向磁化→反向退磁。
8.2.3基本磁化曲线
一组磁滞回线正顶点的连Байду номын сангаас称为基本磁化曲线。 基本磁化曲线是磁路设计、计算的依据 。
8.2.4 铁磁材料的分类
软磁材料——硅钢、坡莫合金、铸铁、铸钢、纯铁等， 其磁滞回线狭长，矫顽力、剩磁和磁滞损耗较小，是变压 器、电机铁心的材料，其基本磁化曲线与磁滞回线近似程 度较好。
oa 段 B 随 H 缓慢上升， 较小。 ab 段 B 随 H 迅速增长，反映铁磁材料的高导磁性， 较大。 bc 段 B 的增长又趋缓慢，c点称为曲线的磁饱和点， 下降。 cd 段则进入较深磁饱和，这时 B 随 H 仅略有增加。 更小。
B
H
“磁饱和”的含义是“磁路进入磁饱和后，增加励磁电流，
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。
《电工基础》课程标准
《电工基础》课程标准1．课程定位和课程设计1.1课程性质与作用课程性质：本课程是对电气技术类、电子技术类和自动化类相关专业开设，是《电气自动化技术》、《生产过程自动化技术》、《应用电子技术》、《检测技术及应用》等专业的技术基础课程，是上述各专业第一门电类课程。
因而是最重要也是最先行的职业基础课，是公共课、基础课与专业课之间的桥梁。
课程作用：本课程无论对学生的思维素质、创新能力、科学精神以及用电工技术解决实际问题的能力的培养，还是对后继课程的学习，都具有十分重要的作用。
（1）本课程为电类各专业培养高端技能型人才提供必要的电工基础理论、电路分析计算能力及电工测量等基本知识和基本操作技能。
（2）本课程为电类各专业的后续课程，包括电子技术、单片机应用技术、自动控制技术和各专业课程奠定良好的理论基础知识和能力基础。
（3）本课程以供用电系统运行操作岗、过程检测仪表、控制仪表安装、检修和维护岗、电子产品设计、制作、维护岗为工学结合平台，融理论知识与技能培养为一体，使电类各专业学生，开始接触电专业课程时就形成良好的重实践、重技能、重工程应用的理念和脚踏实地、一丝不苟、科学分析等职业素养。
为学生学习专业知识和职业技能，提高全面素质，增强适应职业变化的能力和继续学习的能力打坚实的基础。
1.2课程设计思路课程开发基于面向电气技术类、自动化类、电子类等多个电力类专业开设的《电工基础》课程。
根据以上各专业职业岗位能力的要求，按照“以职业能力为主线，以典型工作为载体，以真实工作环境为依托，以完整工作过程为行动体系”为要求，进行课程内容设计、教学模式设计及考核评价体系设计。
在课程内容的选取和各知识模块学时分配上既考虑电气技术类、自动化类、电子类专业人才培养目标的要求，又使学生具有一定的可持续发展性。
确定了“以应用为目的，以必需够用为度”的原则，教学重点放在“掌握概念，强化应用，培养能力，提高素质”上。
通过教学要实现传授知识和培养能力两方面的教学目的，能力培养要贯穿教学全过程。
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
交流磁路中电压、磁通及电流间的关系
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。
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p66 [例8—6]
解（1）
m
U 4.44
fN
220 4.44 50 100
0.00991Wb
（2）
Z0
U I
220 55 4
铁心线圈的功率因数角为
arccos P arccos 100 83.5
UI
220 4
Z0 R0 jX0 Z0
5583.5 (6.25 j54.6)
（3）铁心线圈的损耗角
arccan Ia arccan 0.1 2.86
IM
2
磁通 经铁心闭合；漏磁通 经空气闭合，与励
磁电流成正比。
U1 UR US U RI jX I E
绕线电阻压降UR和漏抗压降一般很小，仅为U的百分之几 。
应该注意：由于铁心线圈是一个含有非线性电感元件 的电路，其电路模型中各参数均与励磁电流的大小及对 应的磁导率有关，一般都不是常量，会随线圈端电压U 做非线性变化。但是如果端电压变化范围不大，没有严 重磁饱和时，这些参数可近似看作常量，这样便可利用 等效正弦波的概念，并采用上述的相量模型，通过相量 进行计算，使问题大为简化。
G0
=
Ia U
=
PFe U2
，
B0 =
IM U
Z0
R0
jX 0
1 Y0
U I
G0
1 jB0
8.5.2 考虑绕线电阻及 漏磁通的电路模型
L
N I
X
L
考虑绕线电阻，就是考虑线圈的铜损，线圈的铜损是
电流通过绕线电阻引起的功率损耗，铜损Pcu= I 2 R
漏磁通不容忽略时，把线圈的磁链分为两部分：主
0.1A
IM
I
2
2
Ia
22
2
0.1
2A
p66 [例8—6]
U
U1
160V
Ia
PFe U
16 160
0.1A
IM
I
2
2
Ia
22
2
0.1
2A
可见铁损不大时，对总电流影响较小。
（2） 并联电路模型的参数
G0
=
Ia U
= 0.1 =
1
S
。
160 1600
，
B0 =
IM U
2 1 S 160 80
量和称为励磁电流。
是励磁电流滞后于电压的角度，由于有铁损电流 I a
存在，使 角小于90度。
U
铁损PFe UIa，Ia与U同相，IM滞后U 90
I IM Ia
=90 - =arctan Ia
IM
称为损耗角。铁损越大，则 I a 越大，损耗角越大。
I IM Ia （G0 +jB0）U Y0U
p66 [例8—6]
解（1）直流电压源作用时，电压与电流之比
为线圈的绕线电阻。R来自321.5
正弦电压源作用时，绕线电阻消耗的功率为铜损Pcu。
PCu I 2 R 22 2 8W
铁损为总功率与铜损之差：
PFe=P- Pcu 24 8 16W
U U1 160V
Ia
PFe U
16 160
波。因此对交流铁心线圈的精确计算比较困难。
用等效正弦电流替代实际的非正弦尖峰电流， 可以得出交流铁心线圈的相量模型。
8.5.1 忽略绕线电阻、忽略漏磁通时的电路模型
Ia
忽略绕线电阻、忽略漏磁通，仅考虑铁损 PFe ，当正
弦电压源作用于铁心线圈时，除产生不消耗有功功率的磁
化电流 IM 外，再设一个补偿铁损的电流 I a ，两者的相
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
8.5 交流铁心线圈的电路模型
交流铁心线圈中，电流和磁通都是交变的，铁 心中有磁滞损耗、涡流损耗，还由于铁心线圈磁化 曲线的非线性及磁饱和，使电流波形畸变为非正弦