《电工与电子技术》单元4磁路和变压器

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1、主编：李文王庆良副主编：孙全江韦宇主审：于昆伦电工与电子技术上篇电工学单元4磁路和变压器1【知识点】磁场的基本物理量、磁性材料的磁性能、磁路和磁路欧姆定律；变压器的结构及原理；三相变压器的连接方式、三相变压器的铭牌及参数；电压互感器、电流互感器、自耦变压器、电焊变压器的用途和使用注意事项；变压器电路的分析计算方法。【能力目标】具有正确选择变压器的能力。单元4磁路和变压器2单元4磁路和变压器4.1磁路14.2变压器的结构及原理24.3三相变压器34.4特殊变压器4目录小结534.1.1.1磁感应强度磁场是由电流产

2、生的。磁感应强度B是表示磁场内某点的磁场强弱和方向的物理量。它是一矢量。为了形象地描述磁场，采用磁力线表示，磁力线是无头无尾的闭合曲线，磁力线的方向与电流方向符合右手螺旋定则。4.1磁路4.1.1磁场的基本物理量4.1磁路44.1.1.2磁通磁感应强度B（如果是不均匀磁场，则取B的平均值）与垂直于磁场方向面积S的乘积，称为通过该面积的磁通Φ，有：Φ=B·S（4.1）B也可以表示为磁场方向垂直的单位面积上的磁通，又称为磁通密度。在国际单位制中，磁通的单位是韦伯（Ｗb）；磁感应强度的单位是特斯拉（Ｔ），也就是韦伯每

3、平方米（Ｗb／ｍ2）。4.1磁路54.1.1.3磁场强度磁场强度H是计算磁介质的磁场时所引用的一个物理量，也是矢量。任何磁介质中，磁场中某点的磁感应强度B与同一点的磁导率μ的比值就是该点的磁场强度H，即：（4.2）国际单位制中，磁场强度的单位为安培每米（Ａ/ｍ）。4.1磁路64.1.1.4磁导率磁导率是一个用来衡量物质导磁能力大小的物理量，单位为亨每米（Ｈ／ｍ）。实验测得，真空中的磁导率为一常数,Ｈ／ｍ。通常把某种材料的磁导率与之比称为该物质的相对磁导率，即。对于非磁性物质而言，，；而磁性物质的磁导率很高，如铸

4、钢的约为的1000倍，各种硅钢片的为的7000～10000倍。4.1磁路7磁性材料是指铁、钢、镍、钴及其合金等材料。它们具有如下磁性能。（1）高导磁性磁性材料本身对外是不具备磁性的，当它受到外磁场的作用时就被强烈磁化而呈现磁性现象。众所周知，电流产生磁场，在物质的分子中由于电子环境绕原子核运动和本身自转运动而形成分子电流，分子电流也要产生磁场，每个分子相当于一个基本小磁铁。同时，在磁性物质内还分成许多小区域，由于磁性物质的分子间有一种特殊的作用力而使每一区域的分子磁铁排列整齐，显示磁性。这些小区域称为磁畴。在没

5、有外磁场作用时，磁畴排列杂乱无章，磁性互相抵消，因此宏观对外不呈现磁性。4.1.2磁性材料的磁性能4.1磁路8而当有外磁场作用时，磁畴就会沿着外磁场的方向做定向排列，呈现磁性，形成与外磁场同方向的磁化磁场，从而使磁性物质内的磁感应强度显著增强，如图4.1所示。这就是说，磁性物质被强烈磁化了。磁性物质的这一特性，即能用较小的电流产生足够大的磁感应强度，被广泛地应用于电工设备中，如电工、变压器及各种铁磁元件的线圈中都放有铁芯。图4.1磁性物质的磁化(a)磁化前；(b)磁化后4.1磁路9（2）磁饱和性磁性物质在磁化过

6、程中，其B随H变化的曲线称为磁化曲线，又称B-H曲线。磁性物质由于磁化产生的磁化磁场不会随外磁场H的增加而无限地增强。当外磁场增大到一定值时，全部磁化磁场方向都转向与外磁场的方向一致。这时磁化磁场的磁感应强度BJ为饱和值，如图4.2所示。图4.2磁化曲线4.1磁路10图中的B0是在外磁场作用下，如果磁场内不存在磁性物质时的磁感应强度，其B-H曲线为一直线。将BJ曲线与B0直线的纵坐标相加，便得出B-H磁化曲线。这条曲线大致可分为四段：H从O开始增加时，B随之增大（曲线O～a段）；H继续增大时，B急剧上升（a～b

7、），这是由于磁场在外磁场作用下，迅速顺外磁场的方向排列，所以B值增加快，这时μ值较大；在曲线b～c段，因为大部分磁场已转到外磁场方向，所以随着H的增大B值的增强已渐缓慢，μ值逐渐减小；到c点以后，因磁场已全部转到外磁场方向，故H值增加时B值基本上不再增加了，这时B值已达到饱和值。可见，当有磁性物质存在时，B和H不成正比，所以磁性物质的磁导率μ不是常数，随H而变，如图4.3所示。4.1磁路11不同的磁性物质，饱和磁感应强度是不一样的。但对同一种磁性材料，饱和磁感应强度是一定的。电机和变压器，通常都工作在曲线b～c

8、。图4.3B，μ与H的关系4.1磁路12（3）磁滞性上面讨论的磁化曲线，只是反映了磁性物质在外磁场由零逐渐增强时的磁化过程。但在很多实际应用中，磁性物质都工作在交变磁场中，当铁芯线圈中通有交变电流时，铁芯就会受到交变磁化。在电流变化一次时，磁感应强度B随磁场强度H而变化的关系如图4.4所示。由图可见，磁场强度H先是从O开始增大,磁感应强度B也随之增大，直到B达到饱和值，这条曲线称起始磁