第6章+磁路与变压器ppt课件.ppt

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1、第6章磁路与变压器6.1磁路的基本知识6.2交流铁心线圈电路6.3变压器6.4电磁铁思考题与习题6.1磁路的基本知识6.1.1磁路的概念在电工设备中，常采用导磁性能良好的铁磁材料做成一定形状的铁心，给绕在铁心上的线圈通以较小的励磁电流，就会在铁心中产生很强的磁场。相比之下，周围非磁性材料中的磁场就显得非常弱，可以认为磁场几乎全部集中在铁心所构成的路径内。这种由铁心所限定的磁场称为磁路。常见的几种电气设备的磁路如图6-1所示。磁路中的磁通可以由励磁线圈中的励磁电流产生，如图6-1（a）、（b）；也可以由永久磁铁产生，

2、如图6-1(c)。磁路中可以有气隙，如图6-1(b)、(c)；也可以没有气隙，如图6-1(a)。图6-1几种常见电气设备的磁路(a)变压器；(b)电磁铁；(c)磁电式电表6.1.2磁路欧姆定律由铁磁材料制成的一个理想磁路（无漏磁）如图6-2所示，若线圈通过电流I，则在铁心中就会有磁通Φ通过。实验表明，铁心中的磁通Φ与通过线圈的电流I、线圈匝数N以及磁路的截面积S成正比，与磁路的长度l成反比，还与组成磁路的铁磁材料的磁导率μ成正比，即(6-1)式(6-1)在形式上与电路的欧姆定律（I=E/R）相似，被称为磁路欧姆定律

3、。磁路中的磁通对应于电路中的电流；磁动势F=NI反映通电线圈励磁能力的大小，对应于电路中的电动势；磁阻对应于电路中的电阻，是表示磁路材料对磁通起阻碍作用的物理量，反映磁路导磁性能的强弱。对于铁磁材料，由于μ不是常数，故Rm也不是常数。因此，式(6-1)主要被用来定性分析磁路，一般不能直接用于磁路计算。图6-2铁磁材料的理想磁路对于由不同材料或不同截面的几段磁路串联而成的磁路，如有气隙的磁路，磁路的总磁阻为各段磁阻之和。由于铁心的磁导率μ比空气的磁导率μ0大许多倍，故即使空气隙的长度l0很小，其磁阻Rm仍会很大，从而

4、使整个磁路的磁阻大大增加。若磁动势F不变，则磁路中空气隙越大，磁通Φ就越小；反之，如线圈的匝数N一定，要保持磁通Φ不变，则空气隙越大，所需的励磁电流I也越大。6.1.3铁磁材料根据导磁性能的不同，自然界的物质可分为两大类：一类称为铁磁材料，如铁、钢、镍、钴及其合金和铁氧体等材料，这类材料的导磁性能好，磁导率很高；另一类为非铁磁材料，如铝、铜、纸、空气等，这类材料的导磁性能差，磁导率很低。任意一种物质导磁性能的好坏常用相对磁导率μr来表示，即其中,μ为任意一种物质的磁导率，μ0为真空的磁导率，其值为常数μ0=4π×1

5、0-7H/m非铁磁材料的相对磁导率大多接近于1，铁磁材料的相对磁导率可达几百、几千,甚至几万，是制造变压器、电机、电器等各种电工设备的主要材料。铁磁材料的磁性能主要包括高导磁性、磁饱和性和磁滞性。1．高导磁性在铁磁材料的内部存在许多磁化小区，称为磁畴，每个磁畴就像一块小磁铁。在无外磁场作用时，各个磁畴排列混乱，对外不显示磁性。随着外磁场的增强，磁畴逐渐转向外磁场的方向，呈有规则的排列，显示出很强的磁性，这就是铁磁材料的磁化现象，如图6-3所示。非铁磁材料没有磁畴结构，所以不具有磁化特性。图6-3铁磁材料的磁化(a)

6、磁化前；(b)磁化后2．磁饱和性当外磁场（或励磁电流）增大到一定值时，其内部所有的磁畴已基本上均转向与外磁场方向一致的方向上，因而再增大励磁电流其磁性也不能继续增强，这就是铁磁材料的磁饱和性。铁磁材料的磁化特性可用磁化曲线即B=f(H)曲线来表示。铁磁材料的磁化曲线如图6-4中的曲线①所示，它不是直线。在Oa段，B随H线性增大；在ab段，B增大缓慢，开始进入饱和；b点以后，B基本不变，为饱和状态。铁磁性材料的μ不是常数，如图6-4中的曲线②所示。非磁性材料的磁化曲线是通过坐标原点的直线，如图6-4中的曲线③所示。图

7、6-4磁化曲线图6-5铁磁材料的磁滞回线3．磁滞性实际工作时，如果铁磁材料在交变的磁场中反复磁化，则磁感应强度B的变化总是滞后于磁场强度H的变化，这种现象称为铁磁材料的磁滞现象，磁滞回线如图6-5所示。由图可见，当H减小时，B也随之减小，但当H=0时，B并未回到零值，而是B=Br，Br称为剩磁感应强度，简称剩磁。若要使B=0，则应使铁磁材料反向磁化，即使磁场强度为-Hc。Hc称为矫顽磁力，它表示铁磁材料反抗退磁的能力。铁磁材料按其磁性能又可分为软磁材料、硬磁材料和矩磁材料三种类型。软磁材料的剩磁和矫顽磁力较小，磁滞

8、回线形状较窄，但磁化曲线较陡，即磁导率较高，适用于做变压器、电机和各种电器的铁心。软磁材料包括如纯铁、硅钢片、坡莫合金等。硬磁材料的剩磁和矫顽磁力较大，磁滞回线形状较宽，适用于制作永久磁铁。硬磁材料包括碳钢、钴钢及铁镍铝钴合金等。矩磁材料的磁滞回线近似于矩形，剩磁很大，接近饱和磁感应强度，但矫顽磁力较小，易于迅速翻转，常在计算机和控制系统中用作记忆元件。矩磁