电工学 教学课件 作者 行小帅 主编 第5章.变压器 .ppt

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1、第5章变压器5.1磁路5.2电磁铁5.3变压器的结构和分类5.4变压器的工作原理5.5三相变压器第5章学习要求了解磁路的基本物理量，物质的导磁性质和磁路欧姆定律。理解直流电磁铁和交流电磁铁的工作原理和主要应用，理解变压器的结构和分类。熟悉三相变压器的特点和应用。掌握变压器的工作原理，掌握变压器在电压变换、电流变换、阻抗变换和功率传递等方面应用。5.1磁路5.1.1磁场的基本物理量磁场是由电流产生的，磁场的情况可形象地用磁力线来描述。磁力线是闭合曲线，磁力线方向与产生该磁场电流方向符合右手螺旋法则。磁力线上每

2、一点的切线方向即为该点磁场方向，磁力线的疏密反映了磁场的强弱。若磁力线是一组间距相等的平行线时，这样的磁场称为均匀磁场。对磁场分析和计算用到的物理量有：1）磁通，又称磁通量。它是指磁场中穿过某一截面积的磁力线数，用Φ表示，单位为韦伯（Wb）。2）磁感应强度:它是描述介质中实际磁场强弱和方向的物理量，是一个矢量，用B表示,单位为特（T）。其数值表示磁场强弱，方向表示磁场方向。在均匀磁场中，若通过与磁力线垂直的截面面积A的磁通为Φ，则B=Φ/A。3）磁场强度。它是描述磁场的又一个物理量，用H表示，单位为安每米（

3、A/m）。H和B的区别是：H代表电流本身所产生磁场的强弱，它反映了电流的励磁能力，其大小与产生该磁场的电流大小成正比，与介质的性质无关；B代表电流所产生的磁场以及介质被磁化后所产生磁场，其大小不仅与电流大小有关，而且还与介质性质有关。4）磁导率。它是衡量物质导磁能力的物理量，单位为亨每米（H/m），是磁感应强度与磁场强度的比值μ=B/H真空磁导率为一常数，用μ0表示。5.1.2物质的导磁性质自然界的物质按磁导率的不同，大体上可分为两类：磁性物质和非磁性物质。非磁性物质其磁导率近似等于真空磁导率，它又分为顺磁

4、物质和反磁物质两种。顺磁物质（例如空气和变压器油）的稍大于真空磁导率；反磁物质（例如铜和铋）的稍小于真空磁导率。磁性物质的磁导率远远大于真空磁导率，两者之比可达数百甚至数万。例如硅钢片的磁导率约为真空磁导率的6000～7000倍，坡莫合金的磁导率约为真空磁导率的几万倍。磁性物质这一性质被广泛地应用于变压器和电机中。变压器和电机都是利用磁场来实现能量传递或转换的。磁性物质的磁导率不但大于真空磁导率，而且不是常数，磁感应强度与磁场强度之间的关系如图所示，这条曲线称为初始磁化曲线。磁性物质具有磁滞特性，当绕制在磁

5、性材料上的线圈通过交流电时，开始的时候，铁心中的B随H从零按初始磁化曲线增加，随着与电流成正比的H反复变化，B沿着闭合曲线变化，该曲线称磁滞特性曲线。按磁滞回线的不同，磁性物质分为硬磁性物质、软磁性物质和矩磁性物质三种。硬磁性物质是指磁滞回线很宽，如钴钢、铝镍钴合金和钕鉄硼合金等，常用来制造永久磁铁。软磁性物质是指磁滞回线很窄，如硅钢、坡莫合金和鉄氧体等，常用来制造变压器、电机、接触器的铁心。矩磁性物质是指磁滞回线接近矩形，如磁性陶瓷和某些鉄镍合金等，常用作电子技术和计算机技术中的记忆材料。5.1.3磁路欧

6、姆定律应用物理学中的全电流定律，即在磁路中，沿任一闭合路径，磁场强度的线积分等于与该闭合回路交链的电流代数和。其表达式为图示电路中，依据全电流定律有等号左端等号右端则有磁路欧姆定律在磁路欧姆定律中可以看出，磁通势一定，即绕制在磁性材料上线圈电流一定时，磁通与磁阻成反比，磁阻增大，磁通减小。因此，当磁路有空气隙存在，磁路中磁阻将显著增加，所以磁路中尽量减小不必要的空气隙。5.2电磁铁电磁铁是利用电磁力来实现某一机械动作的多用途电磁元件。人们既可以用它来提放钢铁材料，还可以做成各种自动控制电器，比如电磁阀、继电

7、器和接触器。电磁铁按励磁电流种类不同，可以分为直流电磁铁和交流电磁铁。5.2.1直流电磁铁直流电磁铁原理如图所示。工作时，励磁线圈加上直流电压，直流电流通过励磁线圈产生不随时间变化的恒定磁通，由于是恒定磁通，也就不会在线圈中产生感应电动势。线圈上的电流只与电路中电压和电路中电阻有关，即I=U/R线圈通电后，产生主磁通，铁心和衔铁被磁化，在它们两端形成N极和S极，从而产生电磁吸力。越大，电磁吸力也越大。直流电磁铁在衔铁吸合前后，电磁吸力的大小是不同的。衔铁吸合前后电流不变，因而磁路中的磁通势也不变，但衔铁在吸

8、合前有空气隙存在，磁阻大，吸合后空气隙消失，由磁路欧姆定律可知，衔铁吸合后磁路中的磁通比吸合前大得多，因而吸合后的电磁吸力比吸合前大得多。5.2.2交流电磁铁交流电磁铁原理如图所示。当铁心线圈加上交流电压时，线圈中通过交流电流，它将产生交变磁通，其中绝大部分是主磁通，很小部分是漏磁通。交变的主磁通会在线圈中产生感应电动势。设感应电动势的大小和相位可以直接由电磁感应定律得到。其有效值为用相量表示电流通过线圈时，除产