第七章 磁路与铁心线圈电路 - 101 -
第六章 磁路与铁心线圈电路
★ 主要内容
1、磁场的基本物理量 2、磁性材料的磁性能 3、磁路及其基本定律 4、交流铁心线圈电路 5、变压器
★ 教学目的和要求
1、理解描述磁场性质的四个有关物理量（磁感应强度、磁通、磁导率和磁场强度）的意义，并熟记它们的单位和符号，了解铁磁材料的磁化、磁滞的物理意义，掌握铁磁材料磁滞回线的概念，了解两类铁磁质的磁性能（磁滞回线的不同特点）和用途。
2、了解磁路的基本概念；了解交流铁心线圈电路的基本电磁关系，掌握交流铁芯线圈端电压与线圈磁通的关系（U≈E=4.44NfΦm）。
3、了解变压器的基本构造、工作原理、绕组的同极性端，掌握理想变压器的三种变换特性，并能利用这些特性对含有变压器的电路进行熟练地计算。
★ 学时数：6学时 ★ 重难点
重点：① 磁路基本定律、交流铁心线圈；② 变压器的三个主要作用 难点：① 交流铁心线圈电路分析；② 变压器与负载的关系
★ 本章作业布置：
课本习题P197—199页，6.1.4，6.3.2，6.3.4，6.3.5，6.3.6
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第七章 磁路与铁心线圈电路 - 102 -
第六章 磁路与铁心线圈电路
本章学习变压器的工作原理。变压器是一种利用磁路传送电能，实现电压、电流和阻抗变换的重要设备。
§6.1 磁路及其分析方法
在电机、变压器及各种铁磁元件中常用铁磁材料做成一定形状的铁心，铁心的磁导率比周围空气或其他物质高得多，因此铁心线圈中电流产生的磁通绝大部分经过铁心而闭合，这种人为造成的磁通闭合路径，称为磁路。如图7.3-1和图6.1-1分别表示四极直流电机和交流接触器的磁路。
If?N?SNS
图6.1-1
一、磁场的基本物理量
这部分内容在普物中已基本讲过，这里简单复习一下。电磁学中已讲过了，电流会产生磁场，通有电流的线圈内部及周围都有磁场存在。在变压器、电动机等电工设备中，为了用较小的电流产生较强的磁场，通常把线圈绕在铁磁材料制成的铁心上。由于铁磁性材料的导磁性能比非磁性材料好的多，因此，当线圈中有电流流过时，产生的磁通，绝大部分集中在铁心中，沿铁心面闭合，这部分铁心中的磁通称为主磁通，用?表示。沿铁心以外空间闭合的磁通，称为漏磁通，用??表示。这一部分磁通??很小，在工程上常将它忽略不计。
1、 磁感应强度
磁感应强度B是表示磁场大小和方向的物理量，是一个矢量。
2、 磁通
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第七章 磁路与铁心线圈电路 - 103 -
定义：磁感应强度B与垂直于磁场方向的面积S的乘积。即
??????B?dS， 均匀磁场时，??BS (6.1-1)
３、磁场强度
???B磁场强度H是进行磁场计算时引入的一个物理量，H??M，H与产生磁
?0场的电流成正比，与磁介质的磁导率无关。
??由安培环路定理， ?H?d???I ----------------------------------------- (6.1-2)
４、磁导率
磁导率?，是表示物质导磁性能的物理量。 B??H (6.1-3) 在工程上，根据磁导率的大小，常把物质分为磁性物质和非磁性物质两类。 非磁性材料：空气、铝、铜、木材等，???0?4??10?7H/m。
磁性材料：硅钢、铸铁、合金等，导磁能力很强，????0，?不是常数，广泛应用于变压器、电机和各种电磁器件的线圈铁心。
二、磁性材料的磁性能
１、高导磁性
?r??1，可达到数百、数千乃至数万，容易被磁化。
２、磁饱和性
??铁磁物质由于磁化所产生的磁化磁场(B??H)不会随着外磁场H的增强而无限地增强。当外磁场(励磁电流)增大到一定数值时，全部磁畴的方向都转向与外磁场方向一致，这时磁化磁场的磁感应强度B达到饱和，如图6.1-2为B-H磁化曲线。
BbBB230561HaBJB0H4图6.1-2 图6.1-3
３、磁滞性
表现为铁磁材料在交变磁场H中反复磁化时，磁感应强度的变化滞后于磁场H的变化。
当H?0，B?Br(剩磁)。若要使B?0，则应使铁磁材料反向磁化，即施加一个(?Hc)，Hc称为矫顽磁力，如图6.1-3磁滞回线。
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第七章 磁路与铁心线圈电路 - 104 -
铁磁物质的分类：根据铁磁物质的磁滞回线不同，分为软磁材料和硬磁材料。 软磁材料：Br、Hc小，磁滞回线细窄、容易磁化，去掉外磁励磁场，剩磁很小、适合制作变压器、交流电机、电磁铁的铁心。
硬磁材料（永磁材料）：Br、Hc大，磁滞回线宽，它需要有较强的外磁场才能磁化，去掉外磁场后，磁性不易消失。适合用于制造永久磁铁、电工仪表、扬声器及小型直流电机中的永久磁铁铁心等
三、磁路的分析方法
如图变压器磁路，下面引入分析和计算磁路的基本定律：磁路欧姆定律。 根据安培换路定律
???H?d???I
描述了磁场强度H与励磁电流的关系，其中电流与闭合回路绕引方向一致取“+”，否则取“-”。
I?IN+E_Rm(a)(b)图6.1-4
由图可得
??H??d??NI ???NI???BS??HS??d??NI???NI???
??S?S?S?令Rm?，为磁阻；F?NI为磁动势，则
?SF?? ------------------------------------- (6.1-4)
Rm其中磁阻Rm大小表示了磁路对磁通的阻碍作用，由于μ不是常数，Rm也不是常数。因此，磁路欧姆定律一般用作定性分析，不直接用来作定量计算。
串联磁路：如下图所示，由不同材料或不同截面的几段磁路串联而成的磁路。
Rm=Rm1+Rm2+Rm3
l3l1l2??? ?1S1?2S2?3S3电工学教案
第七章 磁路与铁心线圈电路 - 105 -
??F Rm
图6.1-5
对于空气隙这段磁路，其l0虽小，但因μ0很小，故Rm很大，从而使整个磁路的磁阻大大增加。当Fm不变时，间隙越大、φ愈小。若要保持φ不变、则所需的励磁电流I越大。
【例6.1-1】一个具有闭合的均匀铁心的线圈，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，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。
解：
查磁化曲线，可得
H1?9000?0.45??13.5(A) N300H?260?0.45?0.39(A) (2)H2?260(A/m)，I2?2?N300NI所用铁心材料(?)不同，由B??H??，要得到同样的磁感应强度B，则
?所需要的F或I相差很大。磁导率?越高，所需要的励磁电流I越小，线圈的电阻越大，线圈的用铜量越小。
(1)H1?9000(A/m)，I1?§6.2 交流铁心线圈电路
铁心线圈：将线圈绕在铁心上便构成了铁心线圈，分两种：直流铁心线圈和交流铁心线圈。直流铁心线圈通直流励磁，分析比较简单，交流铁心线圈通正弦交流电励磁。本节主要分析交流铁心线圈。如图所示为一交流铁心线圈。
一 电磁关系
d?dtu→i(F=Ni)
d??di???e???N??L?dtdt
.??e??N下面对漏磁通??、主磁通?分析：
图6.2-1
由于漏磁通的主要通过空气等非磁性物质，???0，?0=4??107H/m，是一个常数。由于?0很小，则??也很小，通常情况下可忽略不计。
N?????B?S??HS?i，φσ与i是线性关系，L??。
i二、电压、电流关系
由KVL定律，可得 ?u?e??e?Ri?0
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