第6章 磁路与铁芯线圈电路

N2
U 2 为二次绕组的端电压。
变压器空载时: I2 0 , U2 U20 E2 4.44 f m N 2
式中U20为变压器空载电压。
故有
U1 E1 N1 K U 20 E2 N 2
K为变比（匝比）
结论：改变匝数比，就能改变输出电压。
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6.2 交流铁心线圈电路
6.2 .1 电磁关系
i
主磁通 ：通过铁心闭合的 +
– e
磁通。 与i不是线性关系。 u 漏磁通：经过空气或其 –
e–++
它非导磁媒质闭合的磁通。 N
dΦ
eN
线圈
铁心
u i (Ni)
（磁通势） σ
dt
eσ
N
d Φσ dt
Lσ
di dt
i，
铁心线圈的漏磁电感
Lσ
NΦσ i
磁性物质不同，其磁滞回线
• O •Hc H •
和磁化曲线也不同。
磁滞回线
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按磁性物质的磁性能，磁性材料分为三种类型： (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心。常用的有铸 铁、硅钢、坡莫合金即铁氧体等。 (2)永磁材料
6.2 .3 功率损耗
交流铁心线圈的功率损耗主要有铜损和铁损两种。
1. 铜损（Pcu）
i
在交流铁心线圈中, 线圈电阻R +
上的功率损耗称铜损，用Pcu 表示。 Pcu = RI2
u –
式中：R是线圈的电阻；I 是线圈中电流的有效值。 2. 铁损（PFe）

电工学课件第6章磁路与 铁心线圈电路
磁路与铁心线圈电路是电工学的重要内容，深入了解磁场来源、铁磁材料特 性和磁路磁阻，能帮助我们理解电磁铁和铁心线圈电路的工作原理和计算方 法。
磁场的来源与特性
电流
通过电流可以创建磁场，磁场的特性由其方向和强度决定。
永磁体
永久磁体是通过原子磁偶极子排列达到自发磁化的，其磁场具有持久性。
磁路
磁路是指通过磁介质的路径，它 对于指定的磁场强度和磁通量起 着重要的影响。
磁路阻抗
磁路阻抗是描述磁路对磁通量产 生阻碍程度的物理量。
磁通量
磁通量是指通过某个截面的磁场 总量，它和磁场强度、磁路面积 以及磁路阻抗之间存在关系。
电磁铁的工作原理和特点
1 电磁激励
电流通过线圈产生磁场，使铁芯具有磁性。
电动势 法拉第电磁感应定律
洛伦兹力定义
电路方程
电动势和线圈自感、电流变化 率的关系
电动势与线圈长度、磁感应强 度、线圈电流和外加磁场的关 系
磁场与磁感应强度的计算
安培定理
根据安培定理，通过封闭回路 的总磁感应强度等于通过该回 路的总电流。
磁场强度
磁场强度是单位长度内的磁通 量，与电流和回路形状有关。
磁感应强度
磁感应强度是介质内某点的磁 场强度，与磁导率和磁场强度 有关。
铁心线圈电路中的电动势和电路方程
现象 带电线圈的磁场变化
外加磁场中的线圈
电磁感应
电磁感应是指磁场与导体运动或改变状况相互作用产生的电流和电动势。
铁磁材料的特点及磁滞回线
1
磁导率高
铁磁材料具有较高的磁导率能够达到较高的磁化强度，在磁路中发挥重要作用。
3
磁滞回线
铁磁材料的磁滞回线描述了其磁化和去磁过程中的能量损耗和延迟现象。

6·2 交流铁心线圈电路
6·2·2 电压电流关系
根据基尔霍夫定律 u+e+eσ = Ri u= Ri +(−eσ)+(−e) = Ri + L di +(−e) σ dt =uR +uσ +u′ 是正弦电压时，式中各量可视为正弦量， 当 u 是正弦电压时，式中各量可视为正弦量，于是 ɺ ɺ ɺ ɺ ɺ ɺ ɺ ɺ ɺ ɺ U = RI +(−Eσ)+(−E)= RI + jXσI +(−E)=UR +Uσ +U′ 式中X 称为漏磁感抗，它是由漏磁通引起的。 式中 σ=ωLσ，称为漏磁感抗，它是由漏磁通引起的。 由于主磁电感不是常数， 由于主磁电感不是常数，所以设主磁通Φ=Φmsinωt，则主磁电 ， 动势 d(Φmsinωt) e =−N dΦ =−N =−NωΦmcosωt dt dt =2πfNΦmsin(ωt −90°)= Emsin(ωt −90°)
6·2 交流铁心线圈电路
6·2·3 功率损耗
在交流铁心线圈中， 在交流铁心线圈中，除线圈电阻 R 所谓铜损耗 上有功率损耗 RI (所谓铜损耗 ∆PCu) 所谓 外，处于交变磁化下的铁心中也有功 所谓铁损耗 。 率损耗 (所谓铁损耗 ∆PFe)。 所谓 铁损耗是由磁滞和涡流产生的。 铁损耗是由磁滞和涡流产生的。 由磁滞所产生的铁损耗称为磁滞损耗 由磁滞所产生的铁损耗称为磁滞损耗 ∆Ph，磁滞损耗要引起铁 心发热。为了减小磁滞损耗，应选用磁滞回线狭小的磁性材料制 心发热。为了减小磁滞损耗， 造铁心。 造铁心。 由涡流所产生的铁损耗称为涡流损耗 由涡流所产生的铁损耗称为涡流损耗 ∆Pe，涡流损耗也会引起 铁心发热。为了减小涡流损耗， 铁心发热。为了减小涡流损耗，在顺磁场方向的铁心可由彼此绝 缘的钢片叠成，这样就可以限制涡流只能在较小的截面内流通。 缘的钢片叠成，这样就可以限制涡流只能在较小的截面内流通。 铁心线圈交流电路的有功功率为 P =UIcosϕ= RI2 + P Fe

说明: 如果不是均匀磁场，则取B的平均值。 磁感应强度B在数值上可以看成为与磁场方向垂直
的单位面积所通过的磁通,故又称磁通密度。
磁通 的单位:韦[伯](Wb) 1Wb =1V·s
6.1.3 磁场强度
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。
B
H
磁场强度H的单位 ：安培/米（A/m)
磁
外
畴
磁
场
在外磁场作用下，磁畴方向发生变化，使之与外 磁场方向趋于一致，物质整体显示出磁性来，称为 磁化。即磁性物质能被磁化。
11
6.2 磁性材料的磁性能
磁性材料主要指铁、镍、钴及其合金等。
6.2.1 高导磁性
磁性材料的磁导率通常都很高，即 r 1 (如坡 莫合金，其 r 可达 2105 ) 。
磁性材料能被强烈的磁化，具有很高的导磁性 能。
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 放有铁心。在这种具有铁心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。
12
6.2.2 磁饱和性
磁性物质由于磁化所产生的磁化磁场不会随着
外磁场的增强而无限的增强。当外磁场增大到一定
程度时，磁性物质的全部磁畴的磁场方向都转向与
在均匀磁场中 Hl = IN 或 H IN l
安培环路定律将电流与磁场强度联系起来。
5
6.1.4 磁导率
磁导率 ：表示磁场媒质磁性的物理量，衡量物质
的导磁能力。
磁导率 的单位：亨/米（H/m）
真空的磁导率为常数，用 0表示，有：
0 4π107H/m
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。