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第五章 磁路和变压器 5.3 变压器 5.4 电磁铁 5.1 磁路及其分析方法 5.2 交流铁芯线圈电路 1 3.1 磁路及其分析方法 磁通的绝大部分经过铁芯形成闭合通路，磁通的闭合路径称为磁路。 磁性材料的磁导率比周围空气或其它物质的磁导率高的多。一般由磁性材料做成一定形状的铁芯。 1、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。 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。 3.1.1 磁场的基本物理量 2 2、磁通? （磁通密度）： 穿过垂直于B 方向的面积S 的磁力线总数。 在均匀磁场中 ? = B S 或 B= ? /S 磁通? 的单位:韦[伯](Wb) 1Wb =1V·s 伏秒 3、 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。 磁场强度H 的单位 ：安培/米（A/m) 3 4、磁导率 ? 表示磁场媒质磁性的物理量，衡量物质的导磁能力。 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。 磁导率? 的单位：亨/米（H/m） 4 3.1.2 磁性材料的磁性能 1、高导磁性 磁性材料的磁导率很高，即 ?r ??1 (如坡莫合金，其 ?r 可达 2?105 ) 。 磁性材料能被强烈的磁化，具有很高的导磁性能。 磁性材料主要指铁、镍、钴及其合金等。 磁性物质的高导磁性被广泛地应用于电工设备中，如电机、变压器及各种铁磁元件的线圈中都放有铁芯。在这种具有铁芯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。 5 　　磁性物质放在外磁场H中被磁化，磁感应强度B增强。当外磁场增大到一定程度时，磁化磁场的磁感应强度将趋向某一定值，趋于饱和，如图。 对于磁性物质，B 与 H不成正比，磁性物质的磁导率 ? 不是常数，随H而变。 2、磁饱和性 6 几种常见磁性物质的磁化曲线 7 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。 磁性材料中磁感应强度B的变化总是滞后于外磁场变化。 磁滞回线 ? ? ? ? Br Hc 剩磁感应强度Br (剩磁) ： 当线圈中电流减小到零(H=0)时，铁芯中的磁感应强度。 矫顽磁力Hc： 使 B = 0 所需的 H 值。 磁性物质不同，其磁滞回线和磁化曲线也不同。 3、磁滞性 8 (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，稳定性良好。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。 (1)软磁材料 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芯。常用的有铸铁、硅钢、坡莫合金即铁氧体等。 磁性材料分为三种类型： 9 1、磁路的欧姆定律 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 的磁通? 。 解：根据安培环路定律，有 设磁路的平均长度为 l，则有 3.1.3 磁路的分析方法 即有： Rm 称为磁阻 F=NI 为磁通势 10 2. 磁路与电路的比较 磁路 磁通势F 磁通? 磁阻 电路 电动势 E 电流密度 J 电阻 磁感应强度B 电流 I ? N I 11 3. 磁路分析的特点 (1) 在处理电路时不涉及电场问题，在处理磁路时离不开磁场的概念； (2) 在处理电路时一般可以不考虑漏电流，在处理磁路时一般都要考虑漏磁通； (3) 磁路欧姆定律和电路欧姆定律只是在形式上相似。由于 ? 不是常数，其随励磁电流而变，磁路欧姆定律不能直接用来计算，只能用于定性分析； (4) 在电路中，当 E=0时，I=0；但在磁路中，由于有剩磁，当 F=0 时， ? 不为零； 12 主要任务: 预先选定磁性材料中的磁通? (或磁感应强度)，按照所定的磁通、磁路各段的尺寸和材料,求产生预定的磁通所需要的磁通势F=NI ， 确定线圈匝数和励磁电流。 基本公式: 设磁路由不同材料或不同长度和截面积的 n 段组成，则基本公式为： 4 磁路的计算举例 13 基本步骤: （由磁通? 求磁通势F=NI ） (1) 求各段磁感应强度 Bi 各段磁路截面积不同，通过同一磁通? ，故有： (2) 求各段磁场强度 Hi 根据各段磁路材料的磁化曲线 Bi=f