《电工基础》课件_第9章 磁路与铁芯线圈.pptx

第9章磁路与铁芯线圈; 9.1铁磁性物质

9.1.1铁磁性物质的磁化

实验表明:将铁磁性物质(如铁、镍、钴等)置于某磁场中,会大大加强原磁场。这是由于铁磁性物质会在外加磁场的作用下,产生一个与外磁场同方向的附加磁场,正是由于这个附加磁场促使了总磁场的加强。这种现象叫做磁化。

铁磁性物质具有这种性质,是由其内部结构决定的。研究表明:铁磁性物质内部是由许多叫做磁畴的天然磁化区域所组成的。虽然每个磁畴的体积很小,但其中却包含有数亿个分子。但未被磁化的铁磁性物质,磁畴排列是紊乱的,各个磁畴的磁场相互抵消,对外不显磁性,如图9.1(a)所示。;;9.1.2磁化曲线

不同种类的铁磁性物质,其磁化性能是不同的。工程上常用磁化曲线(或表格)表示各种铁磁性物质的磁化特性。磁化曲线是铁磁性物质的磁感应强度B与外磁场的磁场强度

H之间的关系曲线,所以又叫BH曲线。这种曲线一般由实验得到,其实验电路如图9.2所示。;图中,Us为直流电源;Rw为可变电阻,用来调节回路电流I的大小;双刀双掷开关S用来改变流过线圈的电流方向;右边的圆环是由被测铁磁性物质制成的,其截面积为S,平均长度为L;线圈绕在圆环上,匝数为N;磁通计Ф用来测量磁路中磁通的大小。

由于B=Φ/S,H=IN/L,依次改变I值,测量Φ值,可分别计算出B和H,绘出曲线,如图9.3(a)所示。由于B=μH,故绘出μH曲线,如图9.3(b)所示。;1.起始磁化曲线

图9.3(a)所示的BH曲线是在铁芯原来没有被磁化,即B和H均从零开始增加时所测得的。这种情况下作出的BH曲线叫起始磁化曲线。起始磁化曲线大体上可以分为四段,即OP、PQ、QR和R点以后。下面分别加以说明。

(1)OP段:此段斜率较小,当H增加时,B增加缓慢,这反映了磁畴有“惯性”,较小的外磁场不能使它转向为有序排列。

(2)PQ段:此段可以近似看成是斜率较大的一段直线。在这段中,随着H加大,B增大较快。这是由于原来不规则的磁畴在H的作用下,迅速沿着外磁场方向排列的结果。;(3)QR段:此段的斜率明显减小,即随着H的加大,B增大缓慢??这是由于绝大部分磁畴已转向为外磁场方向,所以B增大的空间不大。Q点附近叫做BH曲线的膝部。

在膝部可以用较小的电流(较小的H),获得较大的磁感应强度(B)。所以电机、变压器的铁芯常设计在膝部工作,以便用小电流产生较强的磁场。

(4)R点以后:R点后随着H加大,B几乎不增大。这是由于几乎所有磁畴都已转向为外磁场方向,即使H加大,附加磁场也不可能再增大。这个现象叫做铁磁性物质的磁饱

和,R点以后的区域叫饱和区。铁磁性物质的BH曲线是非线性的,μ(=B/H)不是常数。而非铁磁性物质的BH曲线为直线,μ是常数。;2.磁滞回线

起始磁化曲线只反映了铁磁性物质在外磁场(H)由零逐渐增加的磁化过程。在很多实际应用中,外磁场(H)的大小和方向是不断改变的,即铁磁性物质受到交变磁化(反复磁

化),实验表明交变磁化的曲线如图9.4(a)所示,这是一个回线。;此回线表示,当铁磁性物质沿起始磁化曲线磁化到a点后,若减小电流(H减小),B也随之减小,但B不是沿原来起始磁化曲线减小,而是沿另一路径ab减小,特别是当

I=0(即H=0)时,B并不为零。B=Br(Ob段),叫剩磁,这种现象叫磁滞。磁滞现象是铁磁性物质所特有的。要消除剩磁(常称为去磁或退磁),需要反方向加大H,也就是bc段,当H=-Hc(Oc段)时,B=0,剩磁才被消除,此时的|-Hc|叫做材料的矫顽力。|-Hc|的大小反映了材料保持剩磁的能力。如果我们继续反向加大H,使H=-Hm,B=-Bm,再让H减小到零(de段),再加大H,使H=Hm,B=Bm(efa段),这样反复,便可得到对称于坐标原点的闭合曲线,如图9.4(a)所示,即铁磁性物质的磁滞回线(abcdefa)。;如果我们改变磁场强度的最大值(即改变实验所取电流的最大值),重复上述实验,就可以得到另外一条磁滞回线。图9.4(b)给出了不同Hm时的磁