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磁路设计与磁性器件复习资料1物质磁性分为抗磁性（抗磁性一般很微弱，磁化率H一般约为-10-5，为负值，如Bi、Cu、Ag、Au等金属）、顺磁性（顺磁性物质的磁化率一般也很小，室温下H约为10-5、如过渡元素、稀土元素、钢系元素，还有铝铂等金属，都属于顺磁物质。）铁磁性（Fe、Co、Ni等物质，在室温下磁化率可达10-3数量级）和反铁磁性（反铁磁性物质大都是非金属化合物，如MnO。）2按制造工艺和成分，磁性材料分为永磁材料（铸造永磁：铝镍钴、烧结永磁：铁氧体+金属磁、可加工永磁：铁铬钴、铁钴钒、铂钴、铂铁、锰铝碳、粘结永磁：铁氧体、铝镍钴、稀土）、软磁材料（金属软磁；硅钢（Fe-Si）+坡莫合金(Fe-Ni)+金属铁粉芯(FeSi-Al、FeNiMo)+非晶、钠米晶(Fe基Co基)、铁氧体、）、矩磁材料（磁记录介质材料+磁记录头材料+磁存储材料）、旋磁材料（YIG、RIG）和压磁材料（磁致伸缩、压敏、磁敏）。3磁性材料的应用主要有永磁体的机械应用、电声应用、电磁（机）应用和磁性密封；软磁磁芯如开关电源、电感器、变压器磁芯。4常见磁力除铁器的结构形式有：平板式、辊筒式和管道式等。5按换能机理和结构形式，扬声器分为动圈式（电动式）、电容式（静电式）、压电式（晶体或陶瓷）、电磁式（压簧式）、电离子式和气动式等。6扬声器有两个接线柱（两根引线），当单只扬声器使用时两根引脚不分正负极性，多只扬声器同时使用时两个引脚有极性之分。7电动纸盆式扬声器的工作原理永磁体产生永久磁场，音圈处于磁场中；当音圈有音频电流通过时，就产生随音频电流变化的磁场；这一磁场和永久磁铁的磁场发生相互作用，使音圈沿着轴向振动，带动振膜振动，从而拢动空气，发出声音。8电动纸盆式扬声器的结构。 9扬声器的主要性能指标有：灵敏度、频率响应、额定功率、额定阻抗、指向性以及失真度等参数。10电磁炉的结构和工作原理采用磁场感应电流（又称为涡流）的加热原理；（1分）电磁炉是通过电子线路板组成部分产生交变磁场；（1分）当含铁质锅具底部放置炉面时，锅具即切割交变磁力线而在锅具底部金属部分产生交变的电流（即涡流），（2分）涡流使锅具铁分子高速无规则运动，分子互相碰撞、摩擦而产生热能（故：电磁炉煮食的热源来自于锅具底部而不是电磁炉本身发热传导给锅具，所以热效率要比所有炊具的效率均高出近1倍）使器具本身自行高速发热，用来加热和烹饪食物，从而达到煮食的目的。 11电机是一种实现能量传递和能量转换的装置。根据其能量传递、转换的功能和用途，分为变压器、发电机和电动机。12永磁直流电机（电动机、发电机）的工作原理。13左手定则、右手定则。14永磁直流电机的结构。15永磁电机的优点（与电励磁电机相比）。16常规永磁电动机通常分为： 永磁直流电动机、异步起动永磁同步电动机、永磁无刷直流电动机和调速永磁同步电动机。17永磁体的常见充磁方法有：直流充磁、脉冲充磁。18瓦形永磁体的充磁方式有平行方式和径向方式。19环形永磁体的充磁方式有：轴向方式、 外周多极方式 、内周多极方式、 平面多极方式 、 径向2极方式。20磁路参数与磁路方程。21根据永磁体的形状的不同，永磁电机磁路的结构分为：瓦片形磁极、弧形磁极、环形磁极、爪极式磁极、星形磁极和矩形磁极。22永磁体的等效磁路、永磁电机外磁路的等效磁路和永磁电机的等效磁路。永磁体的等效磁路:：永磁体可等效为一个恒定磁通源和一个内阻的并联，永磁体也可等效为一个恒定磁动势和一个内阻的串联永磁电机外磁路的等效磁路：当电机负载运行时，电枢绕组中的电流产生电枢反应磁场，其中的直轴电枢反应磁动势Fad经过主磁路作用在永磁体上，对永磁体有助磁或去磁作用。因此，主磁路和电枢反应可用主磁路的磁阻和直轴电枢反应磁动势Fad的串联来表示（当为Fad+时，起去磁作用，当为Fad-时起助磁作用），漏磁路用其磁阻表示，主磁路和漏磁路并联。且满足Fad=Fad/ R=RR/（R+R）永磁电机的等效磁路：永磁体提供的磁动势和磁通，分别等于外磁路的磁压降和磁通，将永磁体等效磁路和外磁路结合在一起，就得到永磁电机的等效磁路。23永磁体工作图法的求解步骤。24永磁电机设计，永磁材料的选择要求。25永磁电机设计，永磁体尺寸的确定方法。永磁材料的选择要求：永磁体应能在指定工作空间内产生足够的磁场；永磁体所建立的磁场应具有一定的稳定性，磁性能随工作温度和环境的变化应在允许的范围内；具有良好的耐腐蚀性；具有良好的力学特性，如抗压强度、韧性、可加工性等；性价比好，价格合理，经济性好。几何尺寸的确定方法：永磁体的厚度为： （1）永磁体的面积为： （2）利用式（1）和（2）可粗略估算永体的尺寸，永磁体尺寸的确定，同时应考虑永磁体在电机中所处的空间尺寸，并结合材料选择要求来确定。26永磁直流电动机的磁极结构： 铝镍钴永磁：弧形并联两极结构、弧形并联开槽两极结构、矩形多极结构、矩形两极结构、圆柱形磁极结构； 铁氧体永磁：无极靴瓦形磁极结构、有极靴瓦形磁极结构、径向圆柱形极、矩形磁极； 稀土永磁：瓦楞形多极结构、聚磁结构。27永磁直流电动机的复合磁极结构。28永磁直流电动机的基本方程 电压平衡方程： U=Ea+ Ia Ra +2 b 感应电动势： Ea = Cen电磁转矩： T em= Ia=CTIa电磁功率： Pem= T em= Ia=nIa= EaIa功率平衡方程： P1= Pem + Pcua + Pb 转矩平衡方程： Tem = T2+ T0 29永磁直流电动机的转速特性、转矩特性、机械特性、效率特性30永磁直流电动机的电磁设计是根据额定数据和性能指标确定电机主要尺寸、永磁体尺寸、冲片尺寸、电枢绕组数据、换向器尺寸等。然后进行性能指标计算核实，直到得到合适的设计方案。31磁性饱和现象、磁滞现象 31起始磁导率、振幅磁导率、有效磁导率32.影响起始磁导率i的因数有：Ms、K1、晶粒结构。33提高起始磁导率的途径有：提高材料的饱和磁化强度Ms 降低磁晶各向异性常数和磁致伸缩系数 减少杂质和内应力 改善晶粒微观结构34.起始磁导率i的温度系数、温度因子 温度系数=2-1/i（2-1） 温度因子=i/i2 35起始磁导率i的减落系数D、减落因子DF起 D=（i-2）/i DF=12/12lg（t2t1）36.从加工到装配，磁性材料都要受到应力作用，在应力较小时，MnZn铁氧体的磁致伸缩系数小于零，此时，压应力使磁导率增大，张应力使磁导率降低。36 磁化曲线的雷利表示式为B=0aH=0（iH+H2）53 磁化曲线的彼德生表示式为B=0a10H+a11H2+(a12+a30)H3+54 在一个均匀分布的磁场中，放入一铁磁性物质，该物质会改变磁场的分布，它具有集中磁通的作用，而在该物质中心附近的外侧各点上的的场则要削弱。55 除椭圆形磁体以外的所有其他形状的磁体，磁化都是不均匀的，无论在磁体的表面还是内部都存在自由磁极。56 磁性材料的损耗主要由三种损耗组成，即：由磁滞引起的损耗，称为磁滞损耗；由涡流引起的损耗，称为涡流损耗；第三种是由其它机构引起的损耗，统称为剩余损耗。所以，磁性材料的损耗因子可以表示为：；磁芯工作在雷利区时，磁滞损耗因子与B成正比；涡流损耗因子与f成正比；剩余损耗因子与B和f无关，对于各种材料，都是一个常数。41.磁性材料的损耗及其影响因素磁性材料的损耗主要由三种损耗组成，即：由磁滞引起的损耗，称为磁滞损耗；由涡流引起的损耗，称为涡流损耗；第三种是由其它机构引起的损耗，统称为剩余损耗。所以，磁性材料的损耗因子可以表示为：；影响因素：磁滞损耗 可见，影响因素是磁感应强度的振幅B；涡流损耗 可见，影响因素是导体的尺寸D、材料的电阻率和工作角频率。43.用“逐段线性化”模型分析磁芯的工作状态，在BBs时， H与B的关系可表示为：H=H0(sgndB/dt)+B/+ gadB/dt。44.设计磁性器件通常包括三个步骤，即正确地选用磁性材料；合理地确定磁芯的几何形状以及根据磁性参数要求，模拟磁芯的工作状态得到相应的电气参数。45.将材料的磁特性参数转换成器件的电气参数的方法：=BS F=HL N=Udt I=F/N46.在磁性材料内部，矢量B和H的关系式 （两种单位制下）SI制：B=0（H+M） CGS单位制：B=H+4M 47.磁芯的有效尺寸的计算48.气隙对于磁芯的有效磁导率的影响49、磁芯开槽的作用：设磁芯开槽后的有效磁导率为e，表达式为，如果材料磁导率的发生改变，气隙可以减缓由于材料磁导率的改变所引起的电感量的改变。 或 从上式可以看出：磁芯的有效磁导率e的相对变化率比材料的磁导率的相对变化率缩小一个因子。此为稀释因子。实际应用中，磁性材料的磁导率随温度、时间、机械应力以及外加磁场而发生变化，而这种变化对磁性材料是不可避免的，设材料磁导率随温度变化时的相对变化率为，有： 由上式可见，磁芯的有效磁导率的温度系数等于材料的的温度系数乘以稀释因子。这样在磁芯中引入气隙，磁芯的有效磁导率的变化可以得到缓和，从而提高其稳定性。由于气隙所引起的退磁场，使作用于磁芯的实际磁场降低，这相当于改变了曲线水平轴的比例尺度，使曲线的斜率降低，设倾斜角为，则有： 就相当于一个退磁因子N值。磁芯开槽以后的损耗角为： 可见，开槽以后，可降低磁芯的损耗。50.气隙对磁性损耗的影响。51.铁氧体磁芯的形状和分类52.磁芯绕组匝数的计算方法57 磁芯绕组的直流电阻58 如果磁芯绕组处在交变磁场中，将会感生电动势，产生涡流损耗，包括集肤效应引起的涡流损耗和邻近效应引起的涡流损耗。59 电感器磁芯：60 电感器的质量指标：电感量、Q因子、磁滞效应及其它。61 电感器磁芯的几何形状决定Q因子（表达式）62 根据匝数因子计算磁芯绕组匝数，根据电感因子AL计算磁芯的电感量。63 电感量的调整原理：将调整磁芯插入电感器磁芯中，调整磁芯沿中心轴线上下移动，从而使气隙的有效磁阻发生变化，磁阻的变化导致通过气隙的磁通分流，从而改变了电感量的大小。64 软磁铁氧体磁芯电感器电感量的影响因素（铁氧体材料部分）：铁氧体材料引起的电感量变化主要决定于磁导率变化。即铁氧体材料的磁导率随温度、时间、磁感应强度、工作频率、偏置场强度以及机械应力 变化。A电感量的变化由磁导率的变化引起；B工作温度的变化引起电感量的变化（温度系数、温度因子）；C磁导率减落引起电感量的变化（减落系数、减落因子）；D偏置场强度、工作频率以及机械应力等引起电感量的变化。60请分析说明软磁铁氧体磁芯电感器电感量的调整原理和调整方法。电感量的调整原理：将调整磁芯插入电感器磁芯中，调整磁芯沿中心轴线上下移动，从而使气隙的有效磁阻发生变化，磁阻的变化导致通过气隙的磁通分流，从而改变了电感量的大小。假设调整磁芯的磁阻与环绕该磁芯的空气隙磁阻相比，可以忽略不计，假设空气隙的平均长度Lg与调整磁芯的长度LA相比要小得多，亦忽略不计，并设如图示参数，则磁芯气隙磁阻为： 磁芯有效磁导率为： 由上式可以看出，磁芯的有效磁导率随随调整磁芯的位置x而变化，而电感量与磁芯有效磁导率存在关系： 可见，当调整磁芯的位置x发生变化时，磁芯的有效磁导率变化，进而引起电感量发生变化。当调整磁芯位于X=0或X=LA位置时，磁芯的有效磁导率取最小值，电感量最小；当调整磁芯位于X=位置时，磁芯的有效磁导率取最大值，电感量最大。65 磁芯电感器的能量损耗机构：绕组直流电阻损耗：绕组涡流损耗：（绕组导体线径的计算）杂散电容损耗：磁芯损耗：（磁芯开槽作用，剩余损耗、时变磁通涡流损耗、磁滞损耗）