交流铁心线圈电路

6.2.1　交流铁心线圈中的电磁关系

铁心线圈分为两种：直流铁心线圈通直流来励磁，交流铁心线圈通交流来励磁。分析直流铁心线圈比较简单。因为励磁电流是直流，产生的磁通是恒定的，在线圈和铁心中不会感应出电动势来，在一定电压U下，线圈中的电流I只与线圈本向的电阻R有关；功率损耗也只有RI2。而交流铁心线圈存在电磁关系，则电压、电流关系及功率损耗等几个方面和直流铁心线圈有所不同。

图6.2.1　交流铁心线圈

如图6.2.1所示，铁心线圈中通入交流电流i时，在铁心线圈中产生交变磁通，其参考方向可用右手螺旋定则确定，绝大部分磁通穿过铁心中闭合，称为主磁通Φ，少量磁通由空气中穿过，称为漏磁通Φσ。这两部分交变磁通分别产生电动势e和eσ，其大小和方向可用法拉第－楞茨电磁感应定律和右手螺旋定则确定，即

由于Ri和eσ比e小很多，因此式（6.2.1）可近似地表达为

设主磁通为正弦交变磁通为Φ＝Φmsinωt，则

式中：N是励磁绕组的匝数，Em是e的最大值。E的有效值为

式（6.2.3）说明，当外加电压U及其频率f不变时，主磁通的最大值Φm基本上保持不变。这样，当交流磁路中的空气隙大小发生变化时，只要U、f不变，Φm仍基本恒定。这是交流磁路的一个重要特点，式（6.2.3）称为恒磁通公式。

另一方面，当空气隙大小改变时其磁阻Rm会随之变化，根据磁路欧姆定律，磁动势iN必然会发生变化。也就是说，当U、f保持一定时，交流磁路中空气隙大小的改变会引起励磁绕组中电流i的变化。这是交流磁路的另一个重要特点。

6.2.2　功率损耗

在交流铁心线圈中功率损失有两部分：一部分为铜损ΔPCu；另一部分为铁损ΔPFe。

（1）铜损ΔPCu：ΔPCu＝RI2，即线圈电阻功率损失。

（2）铁损ΔPFe：即ΔPFe＝ΔPh＋ΔPe，磁滞损耗ΔPh和涡流损耗ΔPe的总和。由磁滞所产生的铁损称为磁滞损耗ΔPh，有

式中：Kh为磁滞损耗系数，与材料性质和磁路体积有关；n＝1.6～2.3。交变磁化一周在铁心的单位体积内所产生的磁滞损耗能量与磁滞回线所包围的面积成正比。在交变磁通下，在与磁通方向垂直的截面中产生漩涡状的感应电动势和电流，称为涡流，由涡流所产生的铁损称为涡流损耗ΔPe，有

式中：Ke为涡流损耗系数，由材料性质决定；d为磁路厚度（mm）。

减小铁损的方法：在铁碳合金中加入硅元素，制成硅钢，可使磁滞回线面积减小，减小磁滞损失；将材料顺磁通方向切成互相绝缘的薄片和加入硅元素均可使涡流的电阻大大增加，以减小涡流损失。

在交变磁通的作用下，铁损差不多与铁心内磁感应强度的最大值Bm的平方成正比，故Bm不宜选得过大，一般取0.8～1.2T。

从上述可知，铁心线圈交流电路的有功功率为

思考与练习

6.2.1　将一个空心线圈先后接到直流电源和交流电源上，然后在这个线圈中插入铁心，再接到上述的直流电源和交流电源上。如果交流电源电压的有效值和直流电源电压相等。在上述四种情况下，试比较通过线圈的电流和功率的大小，并说明其理由。

6.2.2　试简述交流铁心线圈中的电磁关系。

6.2.3 举例说明涡流和磁滞的有害一面和有利一面。

6.2.4　直流铁心线圈电路和交流铁心线圈电路中电压电流关系、功率损耗有什么区别？