电工技术 教学课件 作者 刘永波 第6章 .ppt

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1、第6章磁路和变压器磁路的概念、物理量和定律交流铁心线圈电路的分析变压器的工作原理学习要点第6章磁路和变压器6.1磁路的基本概念和基本定律6.2交流铁心线圈电路6.3变压器的结构和工作原理6.4常用变压器6.1磁路的基本概念和基本定律实际电路中，大量电感线圈中都有铁心，线圈通电后就会形成磁路，磁路又影响电路。因此在电工设备中，不仅有电路的问题，同时也有磁路的问题。图6-1几种常用的电工设备磁路6.1.1磁路的基本物理量1．磁感应强度B磁感应强度B是表示磁场内某点的磁场强弱及方向的物理量。B的方向用右手螺旋定则确定。B的大小可用该点作用于长1m，

2、通有1A电流的导体上的力F的大小来衡量，该导体与磁场方向垂直，可用下式表示：单位是特斯拉(T)。2．磁通Φ在均匀磁场中，磁通Φ等于磁感应强度B与垂直于磁场方向的面积S的乘积，即单位是韦伯(Wb)。3．磁导率μ磁导率μ表示物质的导磁性能，单位是亨/米(H/m)。真空的磁导率：非铁磁物质的磁导率与真空极为接近，铁磁物质的磁导率远大于真空的磁导率。相对磁导率μr：其他物质的磁导率与真空的磁导率的比值。非铁磁物质μr近似为1，铁磁物质的μr远大于1。4．磁场强度H磁场强度反映的是电流产生的磁场中某点磁场的强弱和方向，而与磁场中有无磁介质无关。故定义为

3、单位是安／米（A／m）。6.1.2铁磁物质的磁性能物质按其导磁性能的好坏，可分为两大类：铁磁性物质和非铁磁性物质。铁磁性物质的磁性能主要体现为以下三个方面：1.高导磁性：相对磁导率可达102~104的数量级。磁畴：在铁磁性物质内部存在的许多磁化小区。通电线圈中放入铁心后，磁场会大大增强，这时的磁场是线圈产生的磁场和铁心被磁化后产生的附加磁场的叠加。非铁磁性物质由于其内部不存在磁畴结构，所以不具有磁化特性。2.磁饱和性：B不会随H的增强而无限增强，H增大到一定值时，B几乎不再增加，达到饱和值。铁磁性物质的磁化曲线如图6-3所示。3.磁滞性：铁心

4、线圈中通过交变电流时，H的大小和方向都会改变，铁心在交变磁场中反复磁化，在反复磁化的过程中，B的变化总是滞后于H的变化。这种现象称为磁滞现象。铁磁性物质的磁滞回线如图6-5所示。图6-3铁磁性物质的磁化曲线图6-5铁磁性物质的磁滞回线铁磁材料按其磁性能又分为以下三类：软磁材料：磁导率高，磁滞特性不明显，矫顽力和剩磁都小，磁滞回线较窄，磁滞损耗小。硬磁材料：剩磁和矫顽力均较大，磁滞特性明显，磁滞回线较宽。矩磁材料：只要受较小的外磁场作用就能磁化到饱和，当外磁场去掉，磁性仍保持，磁滞回线几乎成矩形。式中，F=IN称为磁动势（A），称为磁阻（1/H

5、）。因铁磁物质的磁阻Rm不是常数，它会随励磁电流I的改变而改变，因而通常不能用磁路欧姆定律直接计算，但可以用于定性分析很多磁路问题。6.1.3磁路欧姆定律图6-6均匀无分支磁路铁心中的磁通：交变的磁通在线圈中产生的感应电动势e和eσ为6.2.1交流铁心线圈的电磁关系6.2交流铁心线圈电路由于漏磁通大部分经过空气闭合，而空气是非磁性物质，μ0是常数，所以铁心线圈的漏磁电感Lσ是一个常数，为所以铁心线圈是把导线缠绕在由铁磁材料加工而成的具有一定形状的骨架上而构成的。可分为直流和交流两类。图6-7交流铁心线圈电路由基尔霍夫电压定律，可得由于线圈电阻

6、上的电压降Ri和漏磁通电动势eσ都很小，与主磁通电动势e比较，均可忽略，故设主磁通，则式中，是主电动势e的幅值，其有效值为故可见，外加电压的相位超前于铁心中磁通90°，而外加电压的有效值式中，Bm为铁心中磁感应强度的最大值。在忽略线圈电阻和漏磁通的条件下，当线圈匝数N和电源频率f一定时，铁心中的磁通最大值近似与外加电压有效值U成正比。也就是说，当线圈匝数N、外加电压U和频率f都一定时，铁心中的磁通最大值将保持基本不变。这个结论对于分析交流电机及变压器的工作原理是十分重要的。6.2.2交流铁心线圈电路的功率损耗在交流铁心线圈电路中，线圈上损耗的

7、功率称为铜损，用ΔPCu表示，，其中I是铁心线圈中交流电流的有效值，R是线圈的等效电阻。铁心中损耗的功率称为铁损，用ΔPFe表示，铁损包括磁滞损耗和涡流损耗两部分。由磁滞现象所引起的损耗称为磁滞损耗，用ΔPh表示。磁滞损耗ΔPh与励磁电流频率f、铁心材料的磁滞回线的面积S及铁心磁感应强度的最大值Bm等有关系。为了减小磁滞损耗，应选用磁滞回线面积小的铁磁材料制造铁心。由涡流所引起的损耗称为涡流损耗，用ΔPe表示。为了减小涡流损失，铁心可用彼此绝缘的平行于磁场方向的钢片叠成，这样就可以限制涡流只能在较小的截面内流通。交流铁心线圈的功率损耗为【例6

8、-1】某铁心线圈，加12V直流电压时，电流为1A；加110V交流电压时，电流为2A，且消耗功率为88W。试求加110V交流电压时铁心线圈的ΔPCu、ΔPFe及。解：