徐州工程学院：《电工学技术》第七章 磁路与铁芯线圈电路

第七章磁路与铁芯线圈电路 §7-1磁场的基本物理量 §7-2磁性材料的磁性能 §7-3磁路及其基本定律 §7-4交流铁心线圈电路 §7-5变压器 §7-6电磁铁

第七章 磁路与铁芯线圈电路 • §7-1 磁场的基本物理量 • §7-2 磁性材料的磁性能 • §7-3 磁路及其基本定律 • §7-4 交流铁心线圈电路 • §7-5 变压器 • §7-6 电磁铁

本章将介绍与磁路有关的电路问题。 在电工技术中不仅要讨论电路问题,还将讨论磁路 问题。因为很多电工设备与电路和磁路都有关系, 如电动机、变压器、电磁铁及电工测量仪表等。 磁路问题与磁场有关,与磁介质有关,但磁场往往 与电流相关联,所以本章将研究磁路和电路的关系 及磁和电的关系。 本章讨论对象将以变压器和电磁铁为主,重点研究 其电磁特性,为以后研究电动机的基本特性作基础

本章将介绍与磁路有关的电路问题。 • 在电工技术中不仅要讨论电路问题，还将讨论磁路 问题。因为很多电工设备与电路和磁路都有关系， 如电动机、变压器、电磁铁及电工测量仪表等。 • 磁路问题与磁场有关，与磁介质有关，但磁场往往 与电流相关联，所以本章将研究磁路和电路的关系 及磁和电的关系。 • 本章讨论对象将以变压器和电磁铁为主，重点研究 其电磁特性，为以后研究电动机的基本特性作基础

§7-1.磁场的基本物理量 对磁场特性的描述,已在大学物理中进行了详尽 的讨论。这里将对几个基本物理量做以下复述 磁感应强度 磁感应强度B是表示磁场空间某点的磁场强弱和 方向的物理量。它是矢量。磁场对电流(或运动电荷) 有作用,而电流(或运动电荷)也将产生磁场 电流(或运动电荷)+磁场→电流(或运动电荷)

§7-1. 磁场的基本物理量 • 对磁场特性的描述，已在大学物理中进行了详尽 的讨论。这里将对几个基本物理量做以下复述。 一、磁感应强度 磁感应强度 B 是表示磁场空间某点的磁场强弱和 方向的物理量。它是矢量。磁场对电流(或运动电荷) 有作用，而电流(或运动电荷)也将产生磁场。 电流(或运动电荷) 磁场 电流(或运动电荷)

磁感应强度B的大小及方向: 电流强度为Ⅰ长度为l的电流元,在磁场中将受 到磁力的作用。实验发现,力的大小不仅与电流 元的大小有关,还与其方向有关 当l的方向与B的方向垂直时电流元受力为最大 F=Fmax,此时规定,磁场的大小 B=-mB的单位为特斯拉(T) 磁场的方向,由1、B和F三个矢量成右旋系的 的关系来定义

磁感应强度 B 的大小及方向： 电流强度为 I 长度为 l 的电流元，在磁场中将受 到磁力的作用。实验发现，力的大小不仅与电流 元 I·l 的大小有关，还与其方向有关。 I l F B  = max 当 l 的方向与 B 的方向垂直时电流元受力为最大 F = F max ，此时规定，磁场的大小 磁场的方向，由 I l B F 三个矢量成右旋系的     、 和 的关系来定义。 B 的单位为特斯拉(T)

当然,对磁感应强度的定义也可从运动电荷的角 度进行定义。 ·l .l= B maX t q F max B 同理,、B和F三个矢量也构成右旋系关系 如洛仑兹力公式所表示F=q×B

当然，对磁感应强度的定义也可从运动电荷的角 度进行定义。 l q v t q I l =  =    q v F B   = max B Fmax   B  S N l I B  l I F  同理， v B F    、 和 三个矢量也构成右旋系关系。 如洛仑兹力公式所表示 F qv B    = 

二、磁通 磁感应强度B在面积S上的通量积分称为磁通 Φ=「B·dS 如果是均匀磁场,即磁场内各点磁感应强度的 大小和方向均相同,且与面积S垂直,则该面 积上的磁通为 ① Φ=BS或B 故又可称磁感应强度的数值为磁通密度

二、磁通 • 磁感应强度 B 在面积 S 上的通量积分称为磁通   =  S B dS   如果是均匀磁场，即磁场内各点磁感应强度的 大小和方向均相同，且与面积 S 垂直，则该面 积上的磁通为  = BS 或 S B  = 故又可称磁感应强度的数值为磁通密度

如果用磁力线描述磁场,磁力线的密度就反映了磁 场的大小。 通过某一面积的磁力线总数应表示通过该面积的磁 通的大小 由于磁通的连续性,磁力线是闭合的空间曲线 磁通的单位是韦伯(Wb),在工程中常用电磁制单位 麦克斯韦(Mx),两者关系为 1b=108M dg 根据电磁感应公式 N dt 磁通的单位为伏秒(Vs),由此,磁感应强度的单 位也可表示为韦伯每平方米(Wb/m2)

• 如果用磁力线描述磁场，磁力线的密度就反映了磁 场的大小。 • 通过某一面积的磁力线总数应表示通过该面积的磁 通的大小。 • 由于磁通的连续性，磁力线是闭合的空间曲线。 磁通的单位是韦伯 (Wb)，在工程中常用电磁制单位 麦克斯韦 (Mx)，两者关系为 Wb Mx 8 1 =10 根据电磁感应公式 磁通的单位为伏·秒 (V·s)，由此，磁感应强度的单 位也可表示为韦伯每平方米 (Wb/m2)。 dt d e N  = −

三、磁场强度 磁场强度H是计算磁场时常用的物理量,也是 矢量。它与磁感应强度矢量的关系为 H=B/μ 工程上常根据安培环路定律来确定磁场与电流 的关系 pH.=∑I 上式左侧为磁场强度矢量沿闭合回线的线积分;右 侧是穿过由闭合回线所围面积的电流的代数和。 电流的符号规定为:闭合回线的围绕方向与电流成 右旋系时为正,反之为负

三、磁场强度 • 磁场强度 H 是计算磁场时常用的物理量，也是 矢量。它与磁感应强度矢量的关系为 H B/   = 工程上常根据安培环路定律来确定磁场与电流 的关系 H dl I l  =     上式左侧为磁场强度矢量沿闭合回线的线积分；右 侧是穿过由闭合回线所围面积的电流的代数和。 电流的符号规定为：闭合回线的围绕方向与电流成 右旋系时为正，反之为负

以环形线圈为例,计算线圈内的磁场强度 线圈内为均匀媒质,取磁力线 作为闭合回线,且以磁场强度 的方向为回线的绕行方向。于 是 Hdi=H,r=2x. H,oW 而∑I=IN S IN N H 2π 其中N为线圈的匝数;H是半径为x处的磁场强度。 乘积IN是产生磁通的原因,称为磁动势,用F表示。 F=IN单位是安培

以环形线圈为例，计算线圈内的磁场强度。 x I  S Hx 线圈内为均匀媒质，取磁力线 作为闭合回线，且以磁场强度 的方向为回线的绕行方向。于 是 x x x l H dl = H l = x  H  2   而  I = IN x x l IN x IN  H = = 2 其中N 为线圈的匝数；Hx 是半径为 x 处的磁场强度 。 乘积 I N 是产生磁通的原因，称为磁动势，用F 表示。 F = IN 单位是安培

四、磁导率 磁导率μ是表示磁场空间媒质磁性质的物理量, 是物质导磁能力的标志量。 前面已导出环形线圈的磁场强度H,可得磁感 应强度B为 IN Br=uh=u 磁导率的单位 的单位=B的单位韦/米2伏秒_欧秒。亨 H的单位安/米安米米米 真空磁导率μ:实验测得,真空的磁导率 o=4兀×10H/m

四、磁导率 • 磁导率μ是表示磁场空间 媒质 磁性质的物理量， 是物质导磁能力的标志量。 前面已导出环形线圈的磁场强度 H ，可得磁感 应强度 B 为 x x x l IN B = H =  磁导率的单位 米 亨 米 欧 秒 安 米 伏 秒 安 米 韦 米 的单位 的单位 的单位 =  =   = = = / / 2 H B  真空磁导率μ0：实验测得，真空的磁导率 0 = 410−7 H/m