第一章 磁 路

1-1磁路的基

本定律

1-2 常用的

铁磁材料及其特性

1-3 磁路

的计算

一、重点:

1、磁路的基本定律;2、铁磁材料的特性及基本磁化曲线;3、铁心损耗.

※ 重点与难点

二、难点:

1、磁滞回线；

2、铁心损耗；

3、磁路的计算。

1-1磁路的基本定律

一、磁路的概念:

磁路：磁通所通过的路径.见图１－１。

主磁通：由于铁心的导磁性能比空气要好得多，所以绝大部分磁通将在铁心内通过,这部分磁通称

为主磁通。

漏磁通：围绕载流线圈、部分铁心和铁心周围的

空间，还存在少量分散的磁通，这部分磁通称为漏磁通。

主磁路：主磁通所通过的路径。

漏磁路：漏磁通所通过的路径。

励磁线圈：用以激励磁路中磁通的载流线圈。

励磁电流：励磁线圈中的电流。

直流:直流磁路

例如:直流电机

交流:交流磁路

例如:变压器

二、磁路的基本定律

1．安培环路定律

定律内容:沿任何一条闭合回线，磁场强度的线积分值恰好等于该闭合回线所包围的总电流值（代数和）。

公式:

附图1-2,有:

321 iiidlHL

−+−=•∫

∑=•∫ idlL H

2．磁路的欧姆定律

附图1-3a定律内容:作用在磁路上的磁动势等于磁路内的

磁通量乘以磁阻。

公式:

式中：

相应的模拟电路图1-3b.

ΛΦ

=Φ= mRF

AlRm μ

=

点击书本进入例题1-1

例题

定律内容:穿出(或进入)任一闭和面的总磁通量恒等于零(或者说,进入任一闭合面的磁通量恒等于穿出该闭合面的磁通量),这就是磁

通连续性定律。

公式:公式:

又称磁路的并联定律。

3．磁路的基尔霍夫第一定律

∑ = 0φ

附图1-4

4．磁路的基尔霍夫第二定律

定律背景:磁路计算时，总是把整个磁路分成若干段，每段为同一材料、相同截面积，且段内磁通密度处处相等，从而磁场强度亦处处相等。

定律内容:沿任何闭合磁路的总磁动势恒等于各段磁路磁位降的代数和。

公式:

又称磁路的串联定律。

332211

3

1mmmk

kk RRRiHNi ϕϕϕ ++==∑

=

附图1-5

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1-2 常用的铁磁材料及其特性

一、铁磁物质的磁化

铁磁物质包括铁镍钴以及它们的合金。

铁磁材料在外磁场中呈现很强的磁性，此现象称为铁磁物质的磁化。

磁畴示意图1-6。

二、磁化曲线和磁滞回线

1．起始磁化曲线

定义:将一块尚未磁化的铁磁材料进行磁化，当磁

场强度H由零逐渐增大时，磁通密度B将随之增大，曲线B=f(H)就称为起始磁化曲线.

曲线附图1-7.

分析:起始磁化曲线基本上可分为四段 ,如下

起始磁化曲线

oa段 ab段 bc段 cd段

饱和膝点

铁磁材料 磁化曲线见示意

图1-7.

应用: 设计电机和变压器时，为使主磁路内得

到较大的磁通量而又不过分增大励磁磁动势，通常把铁心内的工作磁通密度选择在膝点附近。

)( HfFe =μ

2．磁滞回线

示意图: 图1-8。

剩磁:去掉外磁场之后，铁磁材料内仍然保留的磁通密度 。

矫顽力:要使B值从减小到零，必须加上相应的反向外磁场，此反向磁场强度Hc称为矫顽力。

磁滞:铁磁材料所具有的这种磁通密度B的变化滞后于磁场强度H变化的现象。

磁滞现象是铁磁材料的另一个特性。

rB

3．基本磁化曲线

定义:对同一铁磁材料，选择不同的磁场强度进

行反复磁化，可得一系列大小不同的磁滞回线,再将各磁滞回线的顶点联接起来，所得的曲线。

附示意图1-9。

三、铁磁材料

1．软磁材料

定义: 磁滞回线窄、剩磁和矫顽力都很小的材料。

附图1-11a

常用软磁材料:铸铁、铸钢和硅钢片等。

软磁材料的磁导率较高,故用以制造电机和变压器的铁心。

2．硬磁(永磁)材料

定义:磁滞回线宽、剩磁和矫顽力都很大的铁磁材

料称为硬磁材料，又称为永磁材料。

附图1-11b

磁性能指标 剩磁

矫顽力

最大磁能积

永磁材料种类

铸造型铝镍钴

稀土钴 钕铁硼铁氧体粉末型铝镍钴

种类示意图

四、铁心损耗

1．磁滞损耗

定义: 铁磁材料置于交变磁场中时，磁畴相互间不停地摩擦、消耗能量、造成损耗，这种损耗称为磁滞损耗。

公式:

应用:由于硅钢片磁滞回线的面积较小，故电机和变压器的铁心常用硅钢片叠成。

VfBCp nmhh =

2．涡流损耗

涡流:当通过铁心的磁通随时间变化时,根据电

磁感应定律,铁心中将产生感应电动势,并引起环流,环流在铁心内部围绕磁通作旋涡状流动称为涡流。示意图1-12。

定义:涡流在铁心中引起的损耗。

公式:

应用:为减小涡流损耗，电机和变压器的铁心都

用含硅量较高的薄硅钢片叠成。

VBfCp mee222Δ=

3．铁心损耗

定义: 铁心中磁滞损耗和涡流损耗之和。

表达式:

GBfCp mFeFe23.1≈

ehFe ppp

铁心损耗与频率的1.3次方,磁通密度的平方和铁心重量成正比。

+=

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一、直流磁路的计算

导言: 磁路计算时，通常是先给定磁通量，然后计算所需要的励磁磁动势。对于少数给定励磁磁动势求磁通量的逆问题，由于磁路的非线性，需要进行试探和多次迭代，才能得到解答。

1-3 磁路的计算

1．简单串联磁路

定义:不计漏磁影响，仅有一个磁回路的无分支

磁路 .

附图1-13.

点击书本进入例题1-2

例题

2．简单并联磁路

定义:指考虑漏磁影响，或磁回路有两个以上分

支的磁路。

点击书本进入例题1-３

例题

二、直流电机的空载磁路和磁化曲线

1.空载磁路及其计算

定义:直流电机的空载磁场是指励磁绕组内通有

直流励磁电流时由励磁磁动势单独激励的磁场。

2.直流电机的磁化曲线

曲线示意图1-16。

电机的磁化曲线体现了电机磁路的非线性，这种非线性使电机运行特性的数学表达复杂化。工程分析中，常用线性分析加上适当修正的办法来考虑非线性的影响。

三、交流磁路的特点

1.交流磁路中，激磁电流是交流，因此磁路中

的磁动势及其所激励的磁通均随时间而交变，但每一瞬时仍和直流磁路一样，遵循磁路的基本定律；

2.就瞬时值而言，通常情况下，可以使用相同的基本磁化曲线；

3.磁通量和磁通密度均用交流的幅值表示，磁动势和磁场强度则用有效值表示。

交变磁通的效应:

(1)磁通量随时间交变，必然会在激磁线圈内

产生感应电动势；

(2)磁通量随时间交变，必然会在铁心中产生铁心损耗。

(3)磁饱和现象会导致电流、磁通和电动势波形的畸变。

小提示:

本章内容已结束,及时复习可以巩固学习效果。

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