电工技术 教学课件 作者 牛百齐 第6章 磁路与变压器.ppt

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1、第6章磁路与变压器学习目标理解磁路的概念，掌握磁路的主要物理量。理解磁通势、磁阻的概念，掌握磁路欧姆定律。理解交流铁心线圈电路及有关特点。掌握变压器的基本结构及工作原理。了解几种常用变压器的结构特点及工作原理。6.1磁路的基本知识在电气工程中大量用到的电机、变压器、电磁铁及某些电工测量仪表等电气设备，都是利用电磁相互作用进行工作的，其内部都有铁心线圈，这些铁心线圈中不仅有电路问题，而且有磁路问题。本章将介绍有关磁路与变压器的知识。6.1.1磁路的概念当线圈通以电流时，磁通大部分经过铁心而形成闭合回路，这种磁通集中通过的路径就称为磁路。电磁铁是由励磁绕组(线

2、圈)、静铁心和动铁心(衔铁)三个基本部分组成。当励磁绕组通以电流时，磁场的磁通绝大部分通过铁心、衔铁及其间的空气隙而形成闭合的磁路，这部分磁通称为主磁通。但也有极小部分磁通在铁心以外通过大气形成闭合回路，这部分磁通称为漏磁通。6.1.2磁路的主要物理量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。它是一个矢量，其方向与该点磁力线方向一致，与产生该磁场的电流之间关系符合右手螺旋法则。在国际单位制中的单位是特斯拉（T），简称特。2．磁通在匀强磁场中，磁感应强度B与垂直于磁场方向的单位面积S的乘积，称为通过该面积的磁通。或3．磁导率磁导率

3、是表示物质磁性能的物理量，它的单位是亨/米（H/m）。真空的磁导率。任意一种物质的磁导率与真空的磁导率之比称为相对磁导率，用表示，即(6-2)4．磁场强度H磁场强度是进行磁场分析时引用的一个辅助物理量，为了从磁感应强度B中除去磁介质的因素，定义为或6.1.3铁磁材料根据导磁性能的好坏，自然界的物质可分为两大类。一类物质称为铁磁材料，如铁、钢、镍、钴等，这类材料的导磁性能好，磁导率值大；另一类为非铁磁材料，如铜、铝。铁磁材料是制造变压器、电机、电器等各种电工设备的主要材料，铁磁材料的磁性能对电磁器件的性能和工作状态有很大影响。铁磁材料的磁性能主要表现为高导磁

4、性、磁饱和性和磁滞性。1．高导磁性当在外磁场的作用下铁磁物质的磁畴就顺着外磁场的方向转向，显示出磁性。随着外磁场的增强，磁畴就逐渐转到外磁场相同的方向上，这样便产生了很强的与外磁场同方向的磁化磁场，使磁性物质内的磁感应强度大大增强，这种现象称为磁化。磁性物质的磁化如图6-2所示。非铁磁材料没有磁畴结构，所以不具有磁化特性。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。变压器、电机和各种电器的线圈中都放有铁心，在这种具有铁心的线圈中通入不大的励磁电流，便可产生足够大的磁感应强度和磁通。2．磁饱和性在铁磁材

5、料的磁化过程中，随着励磁电流的增大，外磁场和附加磁场都将增大，但当励磁电流增大到一定值时几乎所有的磁畴与外磁场的方向一致，附加磁场就不在随励磁电流的增大而继续增强，这种现象称为磁饱和现象。图6-4不同材料的磁化曲线3．磁滞性如果励磁电流是大小和方向都随时间变化的交变电流，则铁磁材料将受到交变磁化。在电流交变的一个周期中，磁感应强度B随磁场强度H变化的关系如图6-5所示。6.1.4磁路的欧姆定律磁路的欧姆定律是磁路最基本的定律。假设铁心横截面积各处相等，线圈是密绕的，且绕的很均匀，则电流沿铁心中心线产生的磁场各处大小相等，设磁路的横截面积为S，磁路的平均长度

6、为，根据磁场强度B和励磁电流I的关系，即由此式可得(6-4)可见，铁心中的磁通与通过线圈的电流I、线圈的匝数N以及磁路的截面积S成正比，与磁路的长度l成反比，还与组成磁路的材料磁导率成正比。由于式（6-4）在形式上与电路的欧姆定律相似，称为磁路的欧姆定律。思考与练习6-1-1什么是磁路、磁感应强度？6-1-2.什么是磁阻、磁通势？分别写出磁阻、磁通势的公式？6-1-3写出磁路欧姆定律的表达式，说明磁通与磁导体的面积、长度及磁导率的关系。6-1-4铁磁材料反复磁化形成的闭合曲线有何特征？设主磁通是主磁通电动势的最大值，而有效值则为可见，外加电压的相位超前于铁

7、心中磁通900，而外加电压的有效值(6-6)式中单位是韦伯（Wb），f的单位是赫兹（Hz），U的单位是伏特(V)。6.2.2功率损耗在交流铁心线圈中，除了在线圈电阻上有功率损耗(这部分损耗叫铜损，表示)，由于铁心在交变磁化的情况下也引起功率损耗(这部分损耗叫铁损，用表示)，铁损是由铁磁物质的涡流和磁滞现象所产生的。因此，铁损包括磁滞损耗和涡流损耗两部分。1．磁滞损耗铁心在交变磁通的作用下被反复磁化，在这一过程中，磁感应强度B的变化落后于H，这种现象称为磁滞，由于磁滞现象造成的能量损耗称为磁滞损耗。用表示。它是由铁磁材料内部磁畴反复转向，磁畴间相互摩擦引起铁

8、心发热而造成的损耗。铁心单位面积内的每周期产生的磁滞损耗与磁滞回线