第3章电工基础ppt课件.ppt

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1、“十二五”规划教材《电工技术》电子教案（PPT）主编：曹建林2014年8月1第3章磁路与变压器前面已经讨论了电路的基本定律和分析计算各种电路的基本方法。在很多电工设备（如变压器、电工仪表、电机等）及各种铁磁元件中，不仅有电路的问题，同时还有磁路的问题。只有同时掌握了电路和磁路的基本理论，才能对各种电工设备作全面的分析。3.1磁路与铁磁性材料3.1.1电路及其组成磁路及磁路欧姆定律1．磁路线圈中通以电流就会在其周围的整个空间产生磁场。工程上常常需要获得较强的磁场，并把磁通集中在某一特定的路径中，磁通集中通过的闭合路径称为磁路。由于铁磁性

2、物质的导磁性能强，可将其按照电器结构要求做成所需形状的铁心，将线圈绕在铁心上，从而使铁心中的磁通大大增强。磁通主要沿铁心而闭合，只有很少部分经过空气或其他材料。通过铁心的磁通称为主磁通，铁心外的磁通称为漏磁通，一般情况下漏磁通很少，常略去不计。2图3.1所示分别为单相变压器和四极直流电机的磁路。和电路类似，磁路也分为无分支磁路和有分支磁路。图（a）是无分支磁路，图（b）是有分支磁路。32．磁路欧姆定律磁路中也有类似电路欧姆定律的基本关系式式中Φ为磁通，单位为韦伯（Wb），是流过磁路截面磁感线的多少，表征磁路中磁场的强弱；Um为磁压，单

3、位为安（A），是磁路上的磁位差，其大小与产生该磁场线圈中的电流及线圈的匝数成正比；Rm为磁阻，单位为亨-1（H-1），表征磁路对磁通的阻碍作用；H为磁场强度，表征该磁路中去除铁心介质影响后每点磁场的强弱。（3.1）4磁阻也有类似计算电阻的公式（3.2）式中l为磁路长度，S为磁路截面积，μ为形成磁路的铁磁性物质的磁导率，表征物质导磁能力的大小。非铁磁性材料的磁导率μ≈4π×10-7H/m，铁磁性材料的μ很大（如硅钢片的磁导率μ高达3π×10-3H/m），是非铁磁性材料磁导率的几百甚至几万倍，并且不是常数。5由上面两式可见，磁路中的磁通Φ

4、与该段磁路的磁压Um成正比，与该段磁路的磁阻Rm成反比。所以当磁压一定（同一线圈中通以同样大小的电流）的情况下，要提高磁路中的磁通Φ，就必须设法减小磁路的磁阻Rm；而要减小Rm，可以采取增加磁路的截面积S，减小磁路的长度l，用导磁性能好的材料（μ大）制作磁路，这就是电机、变压器、电器的磁路均采用铁磁性材料的原因所在。由于铁磁性材料的磁导率是空气磁导率的几百甚至几万倍，故空气中的磁阻比铁磁性材料中的磁阻要大得多，因而电机、变压器等磁路中存在的空气隙虽然很小，但对磁路性能的影响却很大，应尽量减小空气隙，以达到减小磁路的磁阻，增加磁通的目的

5、。6磁路与电路有许多相似之处，可用表3.1加以比较。表3.1电路与磁路的基本物理量及基本定律对照表73.1.2铁磁性材料的基本性能及其应用铁磁性材料主要指铁、钴、镍及其合金，它具有高导磁性、磁饱和性以及磁滞性。1．高导磁性由磁路欧姆定律可见，在产生同样大小磁通Φ的前提下，具有铁心的线圈（μ大，Rm小）中所需通入的励磁电流I比相同的线圈但没有铁心时要小得多。这就解决了电机、变压器及各种电工仪表中既要磁通大，又要励磁电流小的矛盾。用铁磁性材料做成铁心，可以用较小的电流得到很强的磁场，这对减小电工设备的重量和体积是十分有用的。随着优质磁性材

6、料的不断开发和广泛应用，电工设备的性能在不断改善。82．磁饱和性磁路中，用磁感应强度B具体表示有介质空间某点的磁场强弱和方向，用磁场强度H表示撇开磁场中介质的影响，即无介质时该点的磁场强弱和方向。而B与H的比值称为磁导率μ，即μ=B/H，反映介质对磁场的影响。各种材料的磁化曲线（B与H之间的关系曲线）可通过实验测得。非铁磁性材料的μ=B/H为常数，即B-H曲线为一条直线；磁性材料的B-H曲线如图3.2所示。9（1）磁性材料的B-H关系为非线性，所以其磁导率μ不是常数，随H而变，如图3.2中μ-H曲线所示。（3）在ab段铁磁性材料的导磁

7、能力已很强。一般希望工作在b点附近，这样既不至于将铁心磁化到饱和状态，又提高了材料的利用率。（2）磁性材料的磁化曲线可分为四段：oa段—B与H几乎成正比地增加；ab段—随着外磁场H的增加，铁磁性材料中的磁感应强度B急剧增大；bc段—外磁场H继续增加，铁磁性材料中B的增长率反而变小；c点之后，B随H的增长率很小，几乎与空气中的情况相近，这种现象称为磁饱和。103.磁滞性当铁心线圈中通有交变电流时，铁心就受到交变磁化。图3.3所示为电流变化一周时，磁感应强度B随磁场强度H而变化的关系曲线。由图可见，当H值已减到零（励磁电流I为0）时，B尚

8、未回到零，即磁感应强度滞后于磁场强度，这一性质称为磁性物质的磁滞性，这时铁心中所剩余的磁感应强度称为剩磁，记作Br。录音磁带就是利用剩磁来记录被录制的信息，永久磁铁的磁性也是由剩磁产生的11有时需要去掉剩磁，例如，当工件