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第5章 磁路与铁心线圈电路 第5章 磁路与铁心线圈电路 本章要求： 5.1 磁场的基本物理量 2. 磁通 4. 磁导率 物质的磁性 1. 非磁性物质 2. 磁性物质 5.2 磁性材料的磁性能 5.3 磁路的分析方法 5.4 交流铁心线圈电路 5.5 电磁铁 5.4 .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） 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 式中：R是线圈的电阻；I 是线圈中电流的有效值。 2. 铁损（?PFe） 在交流铁心线圈中，处于交变磁通下的铁心内的功率损耗称铁损，用?PFe 表示。 铁损由磁滞和涡流产生。 ? + – u i （1）磁滞损耗（?Ph） 由磁滞所产生的能量损耗称为磁滞损耗（?Ph）。 磁滞损耗的大小： 单位体积内的磁滞损耗正比与磁滞回线的面积和磁场交变的频率 f。 O H B 磁滞损耗转化为热能，引起铁心发热。 减少磁滞损耗的措施： 选用磁滞回线狭小的磁性材料制作铁心。变压器和电机中使用的硅钢等材料的磁滞损耗较低。 设计时应适当选择值以减小铁心饱和程度。 (2)涡流损耗（?Pe） 涡流损耗: 由涡流所产生的功率损耗。 涡流：交变磁通在铁心内产生感应电动势和电流，称为涡流。涡流在垂直于磁通的平面内环流。 涡流损耗转化为热能，引起铁心发热。 减少涡流损耗措施： 提高铁心的电阻率。铁心用彼此绝缘的钢片叠成，把涡流限制在较小的截面内。 ? ? 铁心线圈交流电路的有功功率为： 先将实际铁心线圈的线圈电阻R、漏磁感抗X?分出，得到用理想铁心线圈表示的电路； ? + – – + u i R X? + + – – uR u? 实际铁心线圈电路 理想铁心线圈电路 线圈电阻 漏磁感抗 ? ?? + – – + – + e e? u i 5.4.4 等效电路 用一个不含铁心的交流电路来等效替代铁心线圈交流电路。 等效条件：在同样电压作用下，功率、电流及各量之间的相位关系保持不变。 理想铁心线圈的等效电路 理想铁心线圈有能量的损耗和储放，可用具有电阻R0和感抗X0串联的电路等效。 + – – + u i R X? + + – – uR u? X0 R0 式中： ?PFe为铁损， QFe为铁心储放能量的无功功率。 故有： ? ?? + – – + – + e e? u 理想铁心线圈的等效电路 理想铁心线圈有能量的损耗和储放，可用具有电阻R0和感抗X0串联的电路等效。其中：电阻R0是和铁心能量损耗(铁损)相应的等效电阻，感抗X0是和铁心能量储放相应的等效感抗。其参数为： 等效电路 例1: 有一交流铁心线圈，电源电压 U= 220 V电路中电流 I=4 A，功率表读数P=100W，频率f=50Hz，漏磁通和线圈电阻上的电压降可忽略不计，试求:(1)铁心线圈的功率因数；（2）铁心线圈的等效电阻和感抗。 解: (1) (2) 铁心线圈的等效阻抗模为 等效电阻为 等效感抗为 1. 概述 电磁铁是利用通电的铁心线圈吸引衔铁或保持某种机械零件、工件于固定位置的一种电器。当电源断开时电磁铁的磁性消失，衔铁或其它零件即被释放。电磁铁衔铁的动作可使其它机械装置发生联动。 根据使用电源类型分为： 直流电磁铁：用直流电源励磁； 交流电磁铁：用交流电源励磁。 2. 基本结构 电磁铁由线圈、铁心及衔铁三部分组成，常见的结构如图所示。 铁心 衔铁 衔铁 有时是机械零件 、工件充当衔铁 F F F F 线圈 线圈 衔铁 铁心 线圈 铁心 动画 3. 电磁铁吸力的计算 电磁铁吸力的大小与气隙的截面积S0及气隙中的磁感应强度B0的平方成正比。基本公式如下： 式中： B0 的单位是特[斯拉]； S0 的单位是平方米； F 的单位是牛[顿]（N）。 直流电磁铁的吸力 直流电磁铁的吸力依据上述基本公式直接求取。 交流电磁铁的吸力 交流电磁铁中磁场是交变的，设 则吸力瞬时值为: 式中： 为吸力的最大值。 吸力的波形: 吸力平均值为: t Fm f O (1) 交流电磁铁的吸力在零与最大值之间脉动。衔铁以两倍电源频率在颤动，引起噪音，同时触点容易损坏。为了消除这种现象，在磁极的部分端面上套一个分磁环（或称短路环），工作时，在分磁环中产生感应电流，其阻碍磁通的变化，在磁极端面两部分中的磁通 ?1 和 ?2 之间产生相位差，相应该两部分的吸力不同时为