文档介绍：第十一章磁路和有铁心的交流电路
在工程实践中,广泛应用着机电能量转换器件和信号转换的器件如:电机、变压器、互感器、贮存器等,其工作原理和特性分析都是以磁路和带铁心电路分析为基础的,为了正确理解、运用这些器件来设计制造出新的器件,掌握有关知识是有必要的。
第一节、磁场和磁路的基本概念
一、磁场的基本概念:
磁场是一种能量的储存方式。可以形象地用一簇磁力线表示。
②磁通量(flux):是磁感应强度的通量,可用穿越磁场中某一面积的磁力线根数来表示。
①磁感应强度(ic induction strength ) B表示某点磁场性质的基本物理量,它反映了磁力线分布的疏密程度,其方向与各点的切线方向一致,是单位面积的磁通量。也称为磁通密度(flux density)
③磁场强度(ic field strength)H:是磁场中另一个重要的物理量,它沿场中任意闭合路径的线积分只与产生磁场的宏观传导电流有关,与场中的介质无关:
④磁导率
:是表征磁场中介质磁性质的物理量,也就是衡量磁介质导磁能力的物理量。其变化就是所谓的磁化曲线。非铁磁物质为直线,铁磁物质为一条曲线。
二、磁路的基本概念:
机电能量转换的器件中,为了提高效率,缩小体积,常需要以较小的电流获得较大的磁通,这就要求设法将磁场(磁力线)集中在较小的区域内。
如利用铁磁物质组成一定结构,人为地造成磁通的路径,由于铁磁物质的磁导率较其周围的空气或非铁磁物质高可使磁通集中在这个路径中。这种结构的总体称为磁路( ic circuit)。
磁路具有以下特点:
①可以认为磁通全部(或主要)集中在磁路里,磁路路径就是磁力线的轨迹。
②磁路常可分为几段,使每段具有相同的截面积和相同的磁介质。在各磁路段中磁场强度处处相同,方向与磁路路径一致。
③在磁路的任一个截面上,磁通都是均匀分布的。
磁路问题实质上是局限在一定范围内的磁场问题。
注意
1、磁路与磁场没有严格的界限,磁通分布较广,就必须作为磁场问题处理。
2、磁路与电路相比有不同之处:
(1)电流表示带电质点运动,磁通并不表示某种质点运动;
(2)自然界存在有良好的对电流绝缘的材料,铜的电导率约为橡胶电导率的1020倍,铁磁材料的磁导率约为空气的106数量级,目前尚未发现对磁通绝缘的材料;
(3)磁路几乎都是非线性的。
三、铁磁材料的主要特性及磁滞回线
1、高导磁性μ≥μ0
2、磁饱和性与非线性
在非铁磁物质中,磁通密度B与磁场强度H成正比例,它们的相互关系为一条通过坐标原点的直线,即μ=B/H为一常量。但铁磁物质却不同,它的B与H的关系是一条曲线,称为该种材料的磁化曲线,通常也称为B-H曲线。
曲线①称为被测试铁磁材料的起始磁化曲线。基本上可以分为三段:在开始的Oa段,B值随着H缓慢增加;以后在ab段,B迅速上升;再以后在bc段,B值又转为缓慢上升,这称饱和段。过了c点,达到磁饱和,曲线几乎变成像非铁磁物质的磁化曲线(直线③)那样趋近于一条直线。
①
③
②
B
H
O
a
b
c
μ
B—H、μ—H曲线
曲线②: μ随磁场强度H变化的曲线。由于B与H的关系是非线性的,μ不是一个常量。开始时μ较小,以后迅速增加达到它的最大值,最后出现饱和时,μ的量值趋近于真空的磁导率μ0,即此时铁磁材料的相对磁导率μr接近于1。
①
③
②
B
H
O
a
b
c
μ
B—H、μ—H曲线
当H值下降到零时,B值并不为零,保留着Br1值(Od),称为剩余磁通密度,简称剩磁。要退磁使B值降到零(e点),必须将H的方向反过来并达到H=-Hc1,这个使B=0的反向磁场-Hc1称为矫顽磁场强度,简称矫顽力。
3、磁滞性与磁滞回线
B
H
O
a
b
c
起始磁化曲线
Hm
Hc1
-Hc1
-Hm
f
g
h
c’
d
Br1
e
4、基本磁化曲线(平均磁化曲线)
基本磁化曲线,是对一种磁铁材料取多个不同的Hm值,得到一系列不同的对称磁滞回线,再把各磁滞回线的正顶点联成曲线(Oc)。基本磁化曲线亦称平均磁化曲线。
铁磁物质由于外磁场的方向和绝对值变化而反复磁化与退磁的过程中,磁通密度B的变化总是滞后于磁场强度H的变化,这种现象称为磁滞,这样得到的闭合磁化曲线称为磁滞回线。
矫顽力大的材料称为“硬”磁材料,矫顽力小的材料称为“软”磁材料。
B
H
O
磁滞回线
Hm
Hc
-Hc
-Hm
c
Br
-Br
第二节磁路的基本定理
一、安培环路定理(复习)
在磁场中,H矢量沿任何闭合曲线的线积分(或H矢量沿任一闭合曲线的环流),等于这闭合曲线所包围的各传导电流强度的代数和。
I1
I3
I2
例: