电工电子技术 教学课件 作者 王锁庭 张翼翔 主编第4章 磁路与变压器.ppt

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1、第4章磁路与变压器在电工技术中不仅要讨论电路问题，还将讨论磁路问题。因为很多电工设备与电路和磁路都有关系，如电动机、变压器、电磁铁及电工测量仪表等。磁路问题与磁场有关，与磁介质有关，但磁场往往与电流相关联，所以本章将首先介绍磁路和电路的关系，然后学习变压器的工作原理和基本特性。4.1磁场的基本物理量4.1.1磁感应强度磁感应强度B是表示磁场内某点的磁场强弱和方向的物理量,它是一个矢量。磁感应强度B与电流之间的方向关系可用右手螺旋定则来确定。其大小可用下式表示在国际单位制中，B的单位是特[斯拉]（T）或高斯（Gs））且F:通过电流的导体在磁场中所受的电磁力;I:导体中通过

2、的电流；L:为导体在磁场中的有效长度，即与磁场垂直的长度。如果磁场内各点的磁感应强度大小相等、方向相同，则称为均匀磁场。4.1.2磁通在匀强磁场中，磁感应强度B与垂直于磁场方向的面积S的乘积，称为通过该面积的磁通φ，即在国际单位制中磁通的单位是韦伯（Wb）。在工程计算中也常采用麦克斯韦（Mx）且4.1.3磁导率处在磁场中的任何物质均会或多或少地影响磁场的强弱，而影响程度则与该物质的导磁性能有关。磁导率μ就是用来衡量物质导磁性能的物理量。它的单位是亨/米（H/m）。经测定，真空磁导率为μ0=4π×10-7H/m，是一常数。通常用相对磁导率μr来比较物质导磁能力的高低，即：

3、凡μr≈1的物质，它们的导磁能力都和真空差不多，统称为非磁性材料；μr》1的物质，如钢、铁、镍、钴及其合金，它们对磁场强弱影响很大，称为磁性材料。4.1.4磁场强度磁场强度H也是矢量。它与磁感应强度的关系为工程上常根据安培环路定律来确定磁场强度与电流的关系电流的符号规定为：闭合回线的围绕方向与电流成右旋系时为正，反之为负图4.1.1以环形线圈为例，如图4.1.1,计算线圈内的磁场强度。线圈内为均匀媒质，取磁力线作为闭合回线，且以磁场强度的方向为回线的绕行方向。于是其中N为线圈的匝数；Hx是半径为x处的磁场强度此式表明磁场内某点的磁场强度H只与电流大小I、线圈匝数N及该点

4、的位置有关，而与该点处介质的磁导率μ无关。4.2磁性材料的主要特性4.2.1高导磁性磁性材料具有很强的导磁能力，其相对磁导率可达102~105量级。如图4.2.1(a)4.2.1(b)所示。铁、镍、钴及其合金等是常用的磁性材料磁性物质内的磁感应强度大大增加物质被强烈的磁化了4.2.2磁饱和性当外磁场(或激励磁场的电流)增大到一定程度时，全部磁畴都会转向与外磁场方向一致。这时的磁感应强度将达到饱和值。如，变压器铁心线圈在励磁电流的作用下，铁心受到磁化，产生磁场，其B与H关系曲线，即磁化曲线如图4.2.2所示。B0是真空情况下的磁感应强度；Bｊ是磁化产生的磁感应强度；B是介

5、质中的总磁感应强度。磁性材料的B与H不成正比，因此磁导率μ不是常数，其大小随H变化曲线如图4.2.3所示。4.2.3磁滞性当铁心线圈通有交变电流时，铁心将受到交变磁化。但当H减少为零时，B并未回到零值(如4.2.4图示中“2”和“5”点)，出现剩磁Br。不同的磁性物质有不同的矫顽力和剩磁，因此它们的磁滞回线也不同。根据磁滞回线的形状常把磁性材料分成为：(1)软磁材料：这种材料的矫顽力、剩磁都较小，磁滞回线较窄。如图4.2.5所示。这种材料磁导率高，矫顽力小，容易磁化，也容易退磁。(2)硬磁材料：这类材料的矫顽力、剩磁都较大，磁滞回线较宽，如图4.2.6所示。这类材料不易

6、退磁，很适合于制造永久磁铁。常用的有碳钢、钴钢及铁镍铝钴合金等(3)矩磁材料：这种材料两个方向上的剩磁都很大，接近饱和。但矫顽力却很小，在很小的外磁场作用下就能使它正向或反向饱和磁化，即易于“翻转”；去掉外磁场后，与饱和磁化时方向相同的剩磁稳定地保持下去，即它具有记忆性，如图4.2.7所示。4.3磁路与磁路欧姆定律4.3.1磁路所谓磁路指的是主磁通经过的闭合回路。4.3.2磁路欧姆定律磁路欧姆定律是分析、计算磁路时应用到的最基本的定律。某均匀无分支磁路，如图4.3.1a所示，铁心磁导率为，截面积为，沿磁路各点的和均相同，取铁心中心磁力线为积分路径，长度为，线圈匝数为，电

7、流有效值为。由式（4-5）可知那么铁心磁通，令，则有磁路欧姆定律表达式为式中，为磁通（）；称为磁通势（A），它是磁路中产生磁通的根源；称为磁阻，它表示磁路对磁通有阻碍作用，其大小由铁心材料及其形状尺寸决定。磁路欧姆定律和电路欧姆定律非常相似，两者之间的对照关系见表如果磁路是由不同的材料或不同长度和截面积的几段组成的，则可认为磁路是由磁阻不同的几段串联而成，其总磁通势和总磁阻分别表示为磁路中如果含有空气隙,那么空气隙的磁阻计算式为由上式可以看出,如果磁路中含有空气隙,那么磁阻将明显增大[例4-1]已知有一铁心线圈，线圈的匝数为1000，磁路