电工电子技术基础.ppt

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1、第7章磁路和变压器7.1磁路7.2交流铁心线圈电路7.3单相变压器7.1磁路电流产生磁场，在电磁铁、变压器和电机等电工设备中，为了用较小的电流产生较大的磁场，通常把线圈绕在磁性材料制成的铁心上。线圈通电后铁心就构成磁路，磁路又影响电路。用以产生磁场的电流称为励磁电流。磁感应强度B是表示磁场内某点磁场强弱及方向的物理量。B的大小等于通过垂直于磁场方向单位面积的磁力线数目。单位是特斯拉(T)。它与电流之间的方向关系可用右螺旋定则确定。如果磁场内各点的磁感应强度的大小相等、方向相同，这样的磁场称为均匀磁场。7.1.1磁路的基本物理量1．磁感应强度B均匀磁场中磁通Φ等于磁感应强度B与

2、垂直于磁场方向的面积S的乘积，单位是韦伯(Wb)。2．磁通Φ故又可称磁感应强度B的数值为磁通密度。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，铁磁物质的磁导率不是一个常数与励磁电流有关系。相对磁导率μr：物质磁导率与真空磁导率的比值。非铁磁物质μr近似为1，铁磁物质的μr远大于1。3．磁导率μ磁场强度H是计算磁场时常用的物理量，也是矢量。4．磁场强度H磁场强度只与产生磁场的电流以及这些电流分布有关，而与磁介质的磁导率无关，单位是安／米（A／m）。是为了简化计算而引入的辅助物理量。又称为全电流定律，是对磁路进行分析与计算的基

3、本定律。安培环路定律指出：在磁场中，沿任一个闭合路径，磁场强度的线积分等于该闭合路经所包围面的电流的代数和，即式中电流的正负是这样规定的：电流参考方向与绕行方向符合右手螺旋定则的电流取正号，反之取负号。工程上常根据安培环路定律来确定磁场与电流的关系.7.1.2磁场的基本定律1．安培环路定律在均匀磁场中，常常遇到闭合回路上各点的磁场强度相等并且其方向与闭合回路的切线方向一致的情况，这时安培环路定律可简化为：其中，l为磁路的平均长度。由于电流和闭合回路绕行方向符合右手螺旋定则，线圈有N匝，电流就穿过回路N次，因此其中F=NI称为磁动势，单位是安（A）。2．磁路欧姆定律（Ohm’s

4、lawofmagneticcircuit）它表明在磁路中，磁通Φ与磁动势F成正比，与磁阻RM成反比。其中l/μs称为磁阻（magneticresistance），表示对磁通的阻碍作用，磁路对磁动势建立磁通所呈现的阻力。其中：l——磁路的长度（m）；S——磁路的截面积（m2）；μ——磁路材料的磁导率。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的欧姆定律直接计算，但可以用于定性分析很多磁路问题。当通过线圈的电流发生变化时，线圈中的磁通也随之变化，并在线圈中出现感应电流，这表明线圈中感应了电动势。即3．电磁感应定律即穿过线圈的磁通增加时，e<

5、0，这时感应电动势的方向与参考方向相反；即穿过线圈的磁通减小时，e>0，这时感应电动势的方向与参考方向相反；磁性材料的磁导率很高，磁导率可达102~104，由铁磁材料组成的磁路磁阻很小，在线圈中通入较小的电流即可获得较大的磁通。7.1.3铁磁材料的磁性能1、高导磁性磁性材料主要指铁、镍、钴及其合金等。磁性物质的高导磁性被广泛地应用于电工设备中，如电机、变压器及各种铁磁元件的线圈中都放有铁心。在这种具有铁心的线圈中通入不太大的励磁电流，便可以产生较大的磁通和磁感应强度。几种常用磁性材料的磁导率材料名称铸铁硅钢片镍锌铁氧体锰锌铁氧体坡莫合金相对磁导率200～4007000～100

6、0010～1000300～50002*104～2*105B不会随H的增加而无限增加，H增大到一定值时，B不能继续增加-----磁饱和性将磁性材料放入磁场强度为H的磁场内，会受到强烈的磁化。铁磁性物质的磁感应强度B与外磁场的磁场强度H之间的关系曲线如图。2、磁饱和性H（I）B（φ）μμabcB铁磁材料B-H，μ-H曲线os不是常数。磁通尽量地约束在有限的范围内，提高电磁设备的利用率，一般使用B-H曲线的ab段。铁心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。磁滞回线3、磁滞性当线圈中电流减至零值时（H

7、=0），铁芯在磁化时所获得的磁性还未完全消失。这时铁芯中所保留的磁感应强度称为剩磁Br。去磁的方法：加反向励磁电流，使B=0，所对应的H称为矫顽磁力。磁滞回线在电路中，当E=0时，I=0；但在磁路中，由于有剩磁，当F=0时，不为零；4、磁性材料的种类和用途软磁材料：矫顽力和剩磁都小，磁滞回线较窄，磁滞损耗小。常用来制造变压器、电机和接触器等的铁芯。硬磁材料：剩磁和矫顽力均较大，磁滞性明显，磁滞回线较宽。常用来制造永久磁铁。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