磁路与铁芯线圈电路.讲解学习
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交流铁芯线圈电路
二、功率消耗 在交流铁芯线圈电路中
，除了在线圈电阻上有功率 损耗外，在铁心中也会有功 率损耗。线圈上损耗的功率 称为铜损；铁芯上损耗的功 率称为铁损，铁损包括磁滞 耗损和涡流损耗两部分。
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磁路的基础知识
二、铁磁材料的磁性能 物质按其导磁性能可分为两大类。一类称为铁磁材料，
如铁、钢、镍、钴等，这类材料的导磁性能好，导磁率μ值 大；另一类为非导磁材料，如铜、铝、纸、木头、空气等， 此类材料的导磁性能差，磁导率μ值小（接近于真空的导磁 率）。
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磁路的基础知识
铁磁材料的应用：铁磁材料是制造变压器、电动机、等
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磁路的基础知识
2、磁路的欧姆定律
在线圈中通入电流I时，在铁芯中就会有磁通Ø通过。铁
芯中的磁通必与通过线圈的电流I、线圈匝数N以及磁路的截
面积S成正比，与磁路的长度成反比，还与组成磁路的材料
的导磁率μ成正比。
INS IN F
l
l Rm
S
Ø为磁通
μ为导磁率
I为流过的电流
F为磁场力
N为线圈匝数
磁现象
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1
常见的磁感应线
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2
磁路的基础知识
一、磁场的基本物理量
1、磁感应强度（B）
定义：磁感应强度B是表示磁场内部某点的磁场强弱
及方向的物理量。
性质：＊方向与该点磁力线切线方向一致，B与产生
该磁场的电流之间的关系符合右手螺旋定则。 ＊B的大小用通过单位电流强度的单位长度导
什么是磁路-什么是电路-电路与磁路的区别
什么是磁路?什么是电路?电路与磁路的区别我们首先来看两个概念：磁路和电路。
那么什么是磁路，什么是电路呢，只有搞清楚这两个概念是什么，我们才能分析二者之间到底有什么区别。
我们先来看什么是电路：在电动势或者电压的作用下，电流所流经的路径叫电路。
电路的组成是由电源、负载和开关三部分结构。
而电路又分为直流电路和交流电路。
流经电路的电流的大小和方向不随时间变化的电路，叫做直流电路。
流经电路的电流的大小和方向随时间变化的电路，叫做交流电路。
看完了电路，我们再来讲讲磁路。
当通电线圈中具有铁芯时，磁动势所产生的磁通，主要集中在由铁芯所规定的路径内，这种路径就叫做磁路。
而磁路也是分为直流磁路和交流磁路。
由直流电流励磁的磁路，叫做直流磁路，由交流电流励磁的磁路，叫做交流磁路。
电路与磁路相同点确实没有什么可说的。
在电路中，电流是电动势产生的，在磁路中，磁通是由磁动势产生的。
在电路中，电流经过电阻便产生电压降，在磁路中，磁通经过磁阻便产生磁压降。
在电路中，用欧姆定律来表示电流、电阻和电压降之间的关系，在磁路中，用与电路相似的磁路欧姆定律来表示磁通、磁阻和磁动势之间的关系。
但是，电路与磁路二者有本质上的区别，主要区别如下：a.在电路中，没有电动势时，电流等于零。
而在磁路没有磁动势时，由于磁滞现象，总是或多或少地存在剩磁。
b.电流代表电荷的移动，而磁通却不代表任何质点移动。
磁通通过滋阻时，不象电流通过电阻那样要消耗能量，维持恒定磁通也并不需要消耗任何能童。
因此，在电路中可以有断路情况，在磁路中却没有断路的情况，只要有磁动势存在，总会引起相应的磁通，磁通总是连续的。
c.由于铁磁材料具有磁饱和现象，所以磁路的磁阻都是非线性，这与一般情况下电路电阻都是线性电阻是不一样的。
因此，磁路欧姆定律一般只能用来对磁路进行定性分析。
d.在电路中，导电材料的电导率一般比绝缘材料的电导率大儿千万倍以上，所以电路的漏电非常小，完全可以忽略不计。
在磁路中，铁磁材料的磁导率一般比非铁磁材料的磁导率只大几千倍甚至更小。
磁路与铁芯线圈(12)
解 (1) 按照截面和材料不同, 将磁路分为三段l1, l2, l3。
(2)l1按已2知75磁 路22尺0 寸2求75出: 770mm 77cm S1 50 60 3000mm2 30cm2 l2 35 220 35 290mm 29cm S2 60 70 4200mm2 42cm2 l3 2 2 4mm 0.4cm S3 60 50 (60 50) 2 3220mm2 32.2cm2 18
（5） 每段的磁位差为
H1l1 1.4 77 107.8A H2l2 1.5 29 43.5A H3l3 4942 0.4 1976.8A
（6） 所需的磁通势为
NI H1l1 H2l2 H3l3 107 .8 43.5 1976 .8 2128 .1A
激磁电流为 I NI 2128.1 2.1A N 1000
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 9.6 几种常用铁磁材料的基本磁化曲线
8
第9章 磁路与铁芯线圈
9.2
9.2.1 磁路
N
I
S
S
U
N
(a)
(b)
9
图9.7 直流电机和单相变压器磁路
第9章 磁路与铁芯线圈
边 缘 效应
6
第9章 磁路与铁芯线圈
9.1.3 铁磁性物质的分类
B
软磁 硬磁
O
H
图9.5 软磁和硬磁材料的磁滞回线
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。
磁路与电路的异同比较
磁路与电路、直流励磁铁心线圈电路与交流励磁铁心线圈、交流铁心线圈电路与交流空心线圈电路、直流铁心线圈电路与直流空心线圈电路异同比较学号：**********班号：18201班姓名：母剑峰2011/11/17磁路与电路磁路是指在电工设备中，用磁性材料做成一定形状的铁芯，铁芯的磁导率或其他物质的磁导率高得多，因此铁芯线圈中的电流产生的磁通绝大部分经过铁芯闭合，这种人为造成的磁通的闭合路径称为磁路。
电路是由金属导线和电气以及电子部件组成的导电回路，称其为电路，也可以是电路是电流所流经的路径。
相似之外也有不同，比如磁通只是描述磁场的物理量，并不像电流那样表示带电质点的运动，它通过磁阻时，也不像电流通过电阻那样要消耗功率，因而也不存在与电路中的焦耳定律类似的磁，处理电路时一般不涉及电厂问题，而在处理磁路时离不开磁场的概念；处理电路是一般不考虑漏电流，而处理磁路时要考虑漏磁现象；磁路的欧姆定律与电路的欧姆定律只是形式上的相似，由于不是常数，他随励磁电流变化不能直接应用，只用作定性分析。
在电路中E=0时I=0，但在磁路中由于有剩磁，F=0时，0.直流励磁铁心线圈电路与交流励磁铁心线圈直流励磁铁心线圈电路与交流励磁铁心线圈电路均是由电流的变化激发磁场。
直流励磁方式用直流电产生磁场或采用永久磁铁，它能产生一个恒定的均匀磁场，在线圈和铁芯中不会感应出电动势；在一定的电压U下，线圈的电流I只与本身的电阻R有关，功率损耗也只有R2；而交流电是周期性变化的电流来激发磁场，所激发的磁场以及感应电动势，感应电流也是周期性变化的，主磁通最大值m只与U、f和N有关，当铁芯尺寸和材料保持变化值保持不变，感应电动势的计算公式为：E=4.44fN m。
除了电阻R上的损耗外，处于交变磁m化下的铁心中也有功率损耗（铁损耗Fe），是由磁滞和涡流产生的。
有功功率的损耗计算为P=UI=RI2+Fe。
交流铁心线圈电路与交流空心线圈电路交流铁芯线圈电路与交流空心线圈在励磁规律，感应电动势，感应电流，感应磁场遵循相同的规律。
第十三章 磁路和铁芯线圈
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
第9章 磁路与铁芯线圈
第九章 磁路与铁芯线圈
用于低频的有铸钢、硅钢、坡莫合金等。电机、变压 器等设备中的铁芯多为硅钢片,录音机中的磁头铁芯多用坡 莫合金。由于软磁材料的磁滞回线狭长,一般用基本磁化 曲线代表其磁化特性,图 9.5 所示是软磁和硬磁材料的磁滞回 线。图 9.6 所示是几种常用铁磁性材料的基本磁化曲线,电气 工程中常用它来进行磁路计算。
第九章 磁路与铁芯线圈
思考题 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,制造变压器时要用铁 芯,试说明它们在使用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?
第九章 磁路与铁芯线圈
由于制造和结构上的原因,磁路中常会含有空气隙,当空 气隙很小时,气隙里的磁力线大部分是平行而均匀的,只有极 少数磁力线扩散出去造成所谓的边缘效应,如图 9.8 所示。
第九章 磁路与铁芯线圈
另外,还会有少量磁力线不经过铁芯而经过空气形成磁 回路,这种磁通称为漏磁通。漏磁通相对于主磁通来说,所占 的比例很小,所以一般可忽略不计。与电路相类似,磁路也可 分为无分支磁路和有分支磁路两种。图 9.7 ( a )为有分支磁 路,图 9.7 ( b )为无分支磁路。
第九章 磁路与铁芯线圈
如果把铁磁性物质放入外磁场中,这时大多数磁畴都趋向 于沿外磁场方向规则地排列,因而在铁磁性物质内部形成了 很强的与外磁场同方向的“附加磁场”,从而大大地加强 了磁感应强度,即铁磁性物质被磁化了,如图 9.1 ( b )所示。当 外加磁场进一步加强时,所有磁畴的磁轴都几乎转向外加磁 场方向,这时附加磁场不再加强,这种现象叫磁饱和,如图 9.1 ( c )所示。非铁磁性物质(如铝、铜、木材等)由于没有磁畴 结构,磁化程度很微弱。
磁路与铁芯线圈(电磁铁)
N
I
U
S
S
N
(a)
(b)
图9.7 直流电机和单相变压器磁路
9.2.1 磁路（二）
边缘 效应
主磁 通
I 漏磁 通
图 9.8 主磁通、 漏磁通和边缘效应
9.2.2 磁路定律（一）
1. 磁路的基尔霍夫第一定律
0
1 2 3 0
9.2.2 磁路定律（二）
D
A
1
l1′
2
l3′
I1
I2
N1 l1
N2 l2
0.621104Wb/cm2
0.621T
例9.1（五）
(4) 由图9.6 所示硅钢片和铸钢的基本磁化曲线得
H1 1.4 A / cm H 2 1.5 A / cm
空气中的磁场强度为
H3
B3
0
0.621
4 10 7
4942
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。
9.3 简单直流磁路的计算（二）
Sa (a)(b)ab(ab)
Sb
(r)2
2
r2r
a r
b
(a)
(b)
图9.11
(a) 矩形截面； (b) 圆形截面
教学方法
用比较的方法讲解本节
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？
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？
汽车电工电子基础 2常用电磁元件的认识
多电器设备如变压器、电磁铁、继电器、电动机等均
用铁磁材料来构成磁路。磁路的欧姆定律
是分析
磁路的基础。由于铁磁材料的磁阻不是常数，故它常
用于定性分析。
3 含有铁芯线圈的交流电路的主磁通
。这表
明当线圈匝数N 及电源频率f 为一定时，主磁通的幅值
Φｍ由励磁线圈外的电压有效值U 确定，与铁芯的材料
及尺寸无关。
图2-8 单相变压器的负载运行示意图
I1 N2 1 I2 N1 k
U1 E1 N1 k U2 E2 N2
3）阻抗变换
图2-8 变压器的阻抗变换作用
ZL
U1 I1
kU2 I2
k2 U2 I2
k2
ZL
k
2. 变压器的损耗与额定值
1）变压器的损耗和效率
损耗
铜损： 铁损： 主要包括磁滞损耗和涡流损耗
6 电磁铁是利用通电的铁芯线圈产生的电磁力或力矩吸 引衔铁或保持某种工件于固定位置，通过将电磁能转 化为机械能来实现各种控制的一种电器。电磁铁在汽 车上应用广泛，如汽车电喇叭发声、汽油泵进出油阀 的启闭、ABS油阀等都是由电磁铁来控制的。
37 继电器是自动控制电路中常用的一种元件，是用较小 的电流来控制较大电流的一种自动开关，在电路中起 着自动操作、自动调节、安全保护等作用。电磁式继 电器成本较低，便于控制执行部件，因此在汽车电路 中被广泛采用。
1. 开磁路点火线圈
图2-12 传统点火线圈的磁路
磁路的上、下部分从空气中 通过，漏磁较多。
图2-11 点火线圈结构示意图
2. 闭磁路点火线圈
铁芯形成闭合磁路，具有漏磁少、 转换效率高、体积小、质量轻、易 散热等优点。
图2-13 闭磁路点火线圈
交流铁芯线圈电路
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电工电子技术
4、电磁铁的分类
线圈通入直流电，称为直流电磁铁。 线圈通入交流电，称为交流电磁铁。
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电工电子技术
5、电磁铁的特性
用实验，证明： 电磁铁通电时有磁性，断线时磁性消失
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电工电子技术
6、影响电磁铁磁性强弱的因素？
（1）增大线圈中的电流； （2）在电流一定时增加线圈的匝数； （3）在线圈中插入铁芯等方法使电磁铁 的磁性强些。
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三、交流铁芯线圈电路的主磁通原理
对交流铁芯线圈而言，设工 作主磁通为： m sin t 交变磁通穿过线圈时，在线 圈中感应电压，其值为：
d m sin t uL N m N cost dt 2fN m sin(t 90 ) U m sin(t 90 )
电铃
门铃
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电话
电磁继电器
电工电子技术
图 交／直流接触器和电磁继电器
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电工电子技术
二位三通阀
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电工电子技术
二、交流电磁铁
1、什么是交流电磁铁？ 线圈通入交流电，称为交 流电磁铁。 2、结构组成： 线圈、铁心和衔铁构成。 其中衔铁是可动的。 3、工作原理： 当线圈得电时，吸引衔铁 与铁心吸合，衔铁可以和 多种机械结构连接，实现 电磁控制。断电时，释放。
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6、在衔铁吸合的过程中： 吸合后电磁吸力变大(比吸合 之前)。
电工电子技术
课后习题、 例题2个
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电工电子技术
某含有气隙的铁芯线圈，线圈两端加有效值为U的交流 电压，当气隙增大时，铁芯中的主磁通是增大还是减小？ 线圈中的电流如何变化？ 气隙增大时，铁芯磁路中的磁阻增加，但由于电源电 压效值为U和频率f 并无改变，根据主磁通原理可知， 铁芯磁路中的工作主磁通Φ并不发生改变。根据磁路 欧姆定律： IN Rm 磁通不变，则上式中的比值也应不变。因此，当磁阻Rm 增大时，线圈中通过的电流必定增大。