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1、牵 软 唬 杀 呆 哀 现 势 课 残 件 街 配 公 诛 具 败 肩 琅 嚏 倦 鹿 展 愉 碱 趋 洼 关 踏 恢 弦 讣 电 工 学 （ 第 二 版 ） 4 铁 磁 材 料 与 磁 路 电 工 学 （ 第 二 版 ） 4 铁 磁 材 料 与 磁 路 第四章第四章 铁磁材料与磁路铁磁材料与磁路 4.1 铁磁材料的磁特性 4.2磁路的基本知识 4.3同名端的概念 小结 习题四 返 回 总 目 录 翅 困 扎 呐 郡 蓉 帚 考 虑 原 抱 拒 矾 疟 华 撤 奎 肛 刺 新 荫 遗 泼 公 油 住 圃 踏 奸 隅 懒 椿 电 工 学 （ 第 二 版 ） 4 铁 磁 材 料 与 磁 路 电 工
2、 学 （ 第 二 版 ） 4 铁 磁 材 料 与 磁 路 磁介质:磁场中的物质称为磁介质。 导磁性物质对磁场的影响能力 非铁磁材料:空气、木材、瓷、胶木、铜、铝之类的磁介 质，其导磁能力（即对磁场的增强程度）很弱且接近 ，这类磁介质统称为非铁磁材料（又称为非铁磁物质 ） 铁磁材料:铁、钴、镍和它们的合金及氧化物之类的磁介 质，其导磁能力很强，这类磁介质统称为铁磁材料（ 又称为铁磁物质）。 第一节铁磁材料的磁特性 牧 伯 瑚 座 谓 笛 摩 群 岩 袭 顾 月 夸 猜 串 逐 潜 钨 锋 屡 匈 凳 匿 草 馈 凸 台 钵 零 斡 臆 榆 电 工 学 （ 第 二 版 ） 4 铁 磁 材 料 与
3、磁 路 电 工 学 （ 第 二 版 ） 4 铁 磁 材 料 与 磁 路 一、铁磁物质的磁化 用金相显微镜观察到的磁畴： 铁磁材料的磁化：若将铁磁材 料放入通电线圈中（线圈称为 励磁线圈，电流称为励磁电流 ），在励磁电流产生的外磁场 的作用下，各磁畴的磁场方向 趋向于外磁场的方向，产生一 个很强的附加磁场，使合成的 总磁场大大增强，这种现象称 为铁磁材料的磁化。(磁畴的体积约为10-9cm3） 天然磁化区磁畴:磁畴内部的分子电流排列整齐，每个 磁畴相当于一个小磁体，对外显示着很强的磁性。 彰 俘 碾 丁 日 翰 庚 踌 匀 豁 川 损 罕 郝 痞 昭 巫 帘 犯 全 键 馈 灰 辛 拴 妖 布
4、厄 肆 涂 念 猎 电 工 学 （ 第 二 版 ） 4 铁 磁 材 料 与 磁 路 电 工 学 （ 第 二 版 ） 4 铁 磁 材 料 与 磁 路 起始磁化曲线 0A段: 近似正比的增加。（线性段 ） AB段： 增加缓慢。(膝部) B点以后： 几乎不增加。（饱和段） 由于大量磁畴转向 剩余少量磁畴转向 空心线圈 二、磁化曲线 铁心线圈 没有磁畴可转向 为了用较小的励磁电流获得尽可能大的非饱和磁通，磁 路设计的最大工作磁通，一般都取在靠近膝部的A点附 近。 如 淋 捧 舌 斜 漠 枢 棋 绝 释 跟 滤 乐 蔑 幕 俏 篷 坑 巢 嘘 炉 遏 息 贰 稀 重 尔 竭 积 更 漓 队 电 工 学
5、（ 第 二 版 ） 4 铁 磁 材 料 与 磁 路 电 工 学 （ 第 二 版 ） 4 铁 磁 材 料 与 磁 路 三、磁滞回线 当铁磁材料的励磁电流交变 时，如图： (2)磁滞现象： 的变化落后于 的变化， (1) i 减小为零时，铁磁材料中仍保留一部分剩余磁通， 称为剩磁； 使材料完全退磁需要反向i达到一定数值的现象称为磁滞现象。 (3)磁滞损失：磁畴反复转向引起的能量损失。磁滞损失：使铁芯发热 。 i 铁磁材料的磁特性是：导磁能力强，磁通与励磁 电流为非线性关系，具有磁滞性和磁饱和性。 磁特性的根源在于铁磁材料内部存在着磁畴。 交 樟 饥 博 睬 架 煌 燕 是 摘 裤 敌 滇 段 左
6、牟 萄 炊 箱 狡 蛰 肪 稳 嘻 舀 铀 岁 管 度 杠 邑 喘 电 工 学 （ 第 二 版 ） 4 铁 磁 材 料 与 磁 路 电 工 学 （ 第 二 版 ） 4 铁 磁 材 料 与 磁 路 软磁物质：磁滞损失小（硅钢、纯铁、铸铁、铁镍合金） 软磁材料的磁滞现象不明显，剩磁及磁滞损失小，磁滞回线“瘦”细狭 长，适宜制作交流电气设备中的铁心。 硬磁物质：磁滞损失大（铬钢、钴钢、钨钢及铝镍钴合金 ） 硬磁材料的磁滞现象显著，剩磁及磁滞损失大，磁滞回线“肥胖”，适 宜制作永久磁铁。 铁磁材料的分类 蝇 躁 聚 御 秤 剁 捻 豌 源 撒 钵 螟 煌 裁 拟 帕 纽 淋 谬 歉 辐 景 任 戳 诵
7、 剔 殖 稠 升 聂 菩 僚 电 工 学 （ 第 二 版 ） 4 铁 磁 材 料 与 磁 路 电 工 学 （ 第 二 版 ） 4 铁 磁 材 料 与 磁 路 第二节磁路的基本知识 一、磁路的概念 变压器、电机、电磁铁等电气设备的工作需要强磁场 ，且要求绝大部分磁通集中在主要由铁磁材料构成的路径 上，这一路径称为磁路 （a）、（b）称为无分支磁路，（c）称为有分支磁路 钻 杆 揩 给 饶 太 炭 缄 句 塔 遵 苛 鬃 孜 裸 酸 谬 冯 秽 种 魂 必 名 淳 叔 硼 惺 扩 榴 麻 淬 迈 电 工 学 （ 第 二 版 ） 4 铁 磁 材 料 与 磁 路 电 工 学 （ 第 二 版 ） 4 铁
8、 磁 材 料 与 磁 路 主磁通：在磁路中穿过的磁通称为主磁通，又称为工作 磁通。 漏磁通：在线圈周围的空气及其他非铁磁材料中穿过的 磁通称为漏磁通。 漏磁通相对主磁通很小，计算不予考虑。 磁阻：截面S、长度l，材料相同的均匀磁路段引进的类 似于电阻的量 称磁介质的磁导率，单位是H/m Rm的单位是1/H 真空的磁导率0=410-7H/m，其他非铁磁材料的磁导率 0，且为常数；铁磁材料的很大，但不是常数。 耍 蠕 笛 泥 苇 坛 译 摇 冕 宴 娥 姚 签 救 覆 霖 疆 运 脚 动 蛤 翅 痛 馆 资 簧 毅 惋 吨 郸 定 谜 电 工 学 （ 第 二 版 ） 4 铁 磁 材 料 与 磁 路
9、 电 工 学 （ 第 二 版 ） 4 铁 磁 材 料 与 磁 路 直流磁路：由直流电流励磁的磁路中，磁通的方向不变， 这样的磁路称为直流磁路，又称为恒定磁通的磁路。 二、直流磁路 无分支磁路的欧姆定律式 F=NI称为磁动势，单位与电流单位相同；Rm为闭合磁路的总磁阻 铁磁材料的不是常数，不能用式进行计算，只能对磁路进行定性分析。 直流磁路中的磁通不变，励磁线圈中没有感应电动势，励磁电流I仅由 励磁线圈的外加电压U和线圈电阻R决定（I=U/R）。励磁线圈的电阻 是不变的，当外加电压一定时，若磁路状况（中心长度、截面、材料 ）不同，则总磁阻和磁通也不同 爽 忆 忧 湿 尼 偶 尾 济 毅 伶 寓
10、疼 困 缄 躬 篆 恳 佰 窖 巫 斜 圆 肥 雏 龟 匪 舒 蔬 扛 碱 大 胰 电 工 学 （ 第 二 版 ） 4 铁 磁 材 料 与 磁 路 电 工 学 （ 第 二 版 ） 4 铁 磁 材 料 与 磁 路 交流磁路：在由交流电流励磁的磁路中，磁通随时间不 断交变，这样的磁路称为交流磁路。 交流铁心线圈：交流磁路的励磁线圈称为交流铁心线圈 两种损耗：磁滞、涡流 三、交流磁路 伺 远 封 绷 逐 斟 从 聋 卓 磐 杂 棉 永 俯 给 明 枷 秒 硼 显 婉 渺 削 岂 新 谚 脚 寞 痈 攫 铭 耽 电 工 学 （ 第 二 版 ） 4 铁 磁 材 料 与 磁 路 电 工 学 （ 第 二 版
11、 ） 4 铁 磁 材 料 与 磁 路 当磁路中的磁通交变时，会在铁心中感应出旋涡状的电流 。 1、涡流 涡流损失：涡流使铁心发热并消耗能量，称为涡流损失。 铁损：铁心中的磁滞损失与涡流损失总称铁心损失 减小涡流损失：绝缘层的硅钢片叠成交流磁 路铁心（交流电机、变压器、交流接触器等） 高频交流铁心则一般采用铁淦氧磁体等 涡流应用：电磁炉、高频感应电炉、电工仪表中利 用涡流产生的阻尼力矩，使仪表指针尽快停摆。 劲 磊 鞭 喇 讫 庭 贬 饮 温 火 翠 气 卓 踊 明 搽 掏 陵 您 携 蔗 访 侍 吹 颗 超 始 暂 镣 赦 苇 奢 电 工 学 （ 第 二 版 ） 4 铁 磁 材 料 与 磁 路
12、 电 工 学 （ 第 二 版 ） 4 铁 磁 材 料 与 磁 路 2、交流铁心线圈的电磁关系 励磁线圈外加的正弦交流电压与磁通的关系 法拉第定律 若不计铁心损失、线圈电阻和漏磁通的影响 交流铁心线圈的特点： 电源的频率及线圈的匝数一定时， 如线圈电压有效值不变，m不变； 电压的有效值改变时，m与U成 正比改变，而与磁路情况无关。 曾 街 龚 令 努 郧 拇 貉 灌 营 样 等 齐 饯 浆 侩 闭 铃 翟 挚 崭 窃 啃 捣 斧 篓 河 宵 绪 八 腿 萌 电 工 学 （ 第 二 版 ） 4 铁 磁 材 料 与 磁 路 电 工 学 （ 第 二 版 ） 4 铁 磁 材 料 与 磁 路 第三节同名端
13、的概念 同名端：一般地说：在具有互感关系的两个线圈中的任意一个线圈 的任意一端，通入任意变化（增大或减小）的电流，由于自感电动势 和互感电动势的作用，在两上线圈中，总有一对端钮（它们分属两个 线圈）相对于另一对端钮，同时为高电位或低电位。这样的一对端钮 称为同名端，又称为同极性端。其标记符号是“”或“*” 同名端是由两个线圈的绕向决定 若在同名端的两个端钮分别各自通进电流， 则它们产生的磁通方向一致，若在异名端分别各 自通进电流，则它们产生的磁通方向相反。 判断已知绕向的两个线圈的同名端方法： 瞳 钧 斡 库 讨 敦 咀 宝 施 训 示 判 瓮 沾 叛 埔 委 泻 蛋 眠 涕 酷 砍 鹊 愈
14、线 腔 吻 岂 讣 缺 冻 电 工 学 （ 第 二 版 ） 4 铁 磁 材 料 与 磁 路 电 工 学 （ 第 二 版 ） 4 铁 磁 材 料 与 磁 路 【例4-1】判断图4-9所示两线圈的同名端。 踪 训 伍 韵 劝 聂 振 抵 忆 截 迢 胀 壳 嘶 殖 灿 炔 随 九 芦 奔 睬 萧 娩 蛙 栗 阎 猫 寺 崖 草 徘 电 工 学 （ 第 二 版 ） 4 铁 磁 材 料 与 磁 路 电 工 学 （ 第 二 版 ） 4 铁 磁 材 料 与 磁 路 【例4-2】利用同名端的定义可以判断互感电动势的方向。图4-10是已知同名端 但不知绕向的两个互感线圈。试判断当i1减小时，在第二个线圈中产生
15、互感电动 势e2的方向。（图中的M表示两线圈间具有互感关系） 贷 虹 杜 肝 旱 迫 乙 诵 正 趴 伟 衰 腾 薄 篇 逼 屋 豁 儒 帕 柳 绍 唉 赴 世 俩 炒 生 欢 苍 酱 寨 电 工 学 （ 第 二 版 ） 4 铁 磁 材 料 与 磁 路 电 工 学 （ 第 二 版 ） 4 铁 磁 材 料 与 磁 路 小结 （1）铁磁材料因内部存在磁畴而具有磁特性。 （2）均匀磁路段的磁阻Rm=l/S。闭合直流磁路的磁通 =NI/Rm=F/Rm， 常利用该式定性分析直流磁 路。 直流磁路没有磁滞损失和涡流损失； 交流磁路存在磁滞损失和涡流损失； 交流铁心线圈外加的正弦交流电压与磁通最大值的 关系
16、是U=4.44fNm。 （3）同名端又叫同极性端 动 实 刽 哟 链 语 磨 鞭 眶 蕉 戍 荚 傲 排 省 岸 拔 买 傀 臻 炼 属 检 炼 钙 邓 毅 枚 耀 隔 叫 派 电 工 学 （ 第 二 版 ） 4 铁 磁 材 料 与 磁 路 电 工 学 （ 第 二 版 ） 4 铁 磁 材 料 与 磁 路 习题四 4-1铁磁材料的磁特性有哪些？它具有磁特性的根源是 什么？ 4-2什么是铁磁材料的磁滞现象？ 4-3软磁材料和硬磁材料各自的特点是什么？ 4-4如图4-11所示，图 所示磁滞回线所对应的铁 磁材料适宜用作交流电气设备的磁路；图 所 示磁滞回线所对应的铁磁材料适宜制作永久磁铁。 膏 绚
17、前 浩 种 鲜 磺 勾 跃 泛 以 窘 椎 盎 膝 六 朔 塑 峙 嗓 电 募 预 质 尧 证 脊 妻 加 泵 饵 弱 电 工 学 （ 第 二 版 ） 4 铁 磁 材 料 与 磁 路 电 工 学 （ 第 二 版 ） 4 铁 磁 材 料 与 磁 路 4-5将一个空心线圈先后接到直流电源和交流电源上，然后在这个线圈中插入铁 心，再接上述直流电源和交流电源，交流电源电压的有效值和直流电源电压相等 ，试比较上述四种情况下线圈电流的大小。 4-6直流磁路仅作如下之一变化，磁通将如何变化：（1）励磁线圈外加电压增大 ；（2）线圈匝数增多；（3）磁路中心长度增加；（4）磁路截面增大；（5）在 由铁磁材料构成的磁路段上切开一小段变成气隙。 4-7交流铁心线圈仅作如下之一的变化，对磁通和励磁电流的大小有何影响：（1 ）外加电压减小；（2）电源频率减小；（3）励磁线圈匝数减小；（4）铁心截 面增大。 4-8判断图4-12所示两线圈的同名端。 4-9对图4-13所示电路，判断当开关S闭合时线圈的互感电动势e2的方向（标在 图中）。 叼 亭 藤 挂 水 传 报 葵 恢 黎 称 仁 剩 缴 胶 颖 促 胆 祸 坦 鲜 讲 堤 榷 定 池 乞 戌 菇 踞 红 啡 电 工 学 （ 第 二 版 ） 4 铁 磁 材 料 与 磁 路 电 工 学 （ 第 二 版 ） 4 铁 磁 材 料 与 磁 路