j《电工电子技术基础》电子教案电工电子技术课件第4章磁路和变压器

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1、2004年8月制作曾令琴主编曾令琴磁路概念、变压器工作原理磁路与变压器主要授课内容第1章第4章磁路与变压器4.1铁芯线圈、磁路4.2变压器的基本结构和工作原理4.3三相电力变压器4.4特殊变压器第1章4.1铁芯线圈、磁路实际电路中有大量电感元件的线圈中有铁心。线圈通电后铁心就构成磁路，磁路又影响电路。因此电工技术不仅有电路问题，同时也有磁路问题。第2页1.磁路的基本概念iuφ交流铁心线圈示意图电路部分磁路部分电流通过N匝线圈产生的磁动势：f=iNf在铁芯中激发按正弦规律变化，沿铁芯闭合的工作磁通φ。均匀磁场中磁通Φ等于磁感应强度B与垂直于磁场方向的面积

2、S的乘积，单位是韦伯(Wb)。……1Wb=108Mx第2页磁导率μ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，铁磁物质的磁导率远大于真空的磁导率。相对磁导率μr：物质磁导率与真空磁导率的比值。第2页非磁性物质：μr≈1的物质，如铜、铝、橡胶、空气、塑料等。铁磁性物质：μr>>1的物质，如铁、镍、钴、钢、合金钢、坡莫合金等。铁磁性物质彼此之间的相对磁导率差别很大。如铸铁的μr≈200～400；铸钢的μr≈500～2200；硅钢的μr≈7000～10000；坡莫合金的μr≈20000～200000。一

3、个磁路中若有气隙存在，则气隙磁阻>>铁芯磁阻。物质根据相对磁导率的不同可分为两大类第2页磁感应强度B和磁场强度H1.磁感应强度B是表征磁场中某点强弱和方向的物理量。B的大小与磁场周围介质的磁导率μ有关；2.磁场强度H是表征电流的磁场强弱和方向的物理量。H的大小与磁场周围介质的磁导率μ无关。磁路欧姆定律：磁路欧姆定律可以用来定性的分析磁路的情况。第2页铁磁材料内部往往有相邻的几百个分子电流圈流向一致，因此在这些极小的区域内就形成了一个个天然的磁性区域—磁畴。2.铁磁材料的磁性能铁磁材料内部的磁畴排列杂乱无章，磁性相互抵消，因此对外不显示磁性。铁磁材料之所

4、以具有高导磁性，是因为在它们的内部具有一种特殊的物质结构—磁畴。磁畴是怎么形成的？显然，磁畴是由分子电流产生的。磁畴因受外磁场作用而顺着外磁场的方向发生归顺性重新排列，在内部形成一个很强的附加磁场。（a）无外磁场情况（b）有外磁场情况第2页磁滞回线中H为零时B并不为零的现象说明铁磁材料具有剩磁性。BH0cba起始磁化曲线oa段是线性段ab段是上升段bc段是磁化曲线的膝部C点以后是饱和段起始磁化曲线反映了什么？起始磁化曲线的ab段反映了铁磁材料的高导磁性；c点以后说明铁磁材料具有磁饱和性。磁滞回线中B的变化总是落后于H的变化说明铁磁材料具有磁滞性；铁磁材

5、料反复磁化一周所构成的曲线称为磁滞回线。起始磁化曲线和磁滞回线第2页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的过程中，B的变化总是滞后于H的变化，这种现象称为磁滞性；当H减为零时B并不为零。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。B不会随H的增强而无限增强，H增大到一定值时，B不能继续增强。高导磁性磁滞性和剩磁性磁饱和性：铁磁性材料具有高导磁性、磁饱和性、磁滞性和剩磁性。第2页涡流在铁芯中造成的热量损耗。根据电流的热效应，涡流通过铁芯将使铁芯发热，严重时会造成设

6、备烧损。铁磁材料反复磁化时，内部磁畴的极性取向随着外磁场的交变来回翻转，在翻转的过程中，由于磁畴间相互摩擦而引起的能量损耗称为磁滞损耗。3.铁芯损耗磁滞损耗涡流损耗φ在交变磁场作用下，整块铁芯中产生的旋涡状感应电流称为涡流。涡流对电气设备有何影响？为减小涡流损耗，常用硅钢片叠压制成电机电器的铁芯。第2页具有磁导率极高、磁化后只有正、负两个饱和状态特点的铁磁材料。矩磁材料适用于制作各类存储器记忆元件的磁芯。具有磁导率不太高、但一经磁化、能保留很大的剩磁且不易去磁特点的铁磁材料。硬磁材料适用于制作各种人造磁体。具有磁导率很高、易磁化、易去磁特点的铁磁材料。

7、软磁材料适用于制作各种电机电器的铁心。4.铁磁材料的分类和用途铁磁材料根据工程上用途的不同可分为三大类软磁材料硬磁材料矩磁材料对交流铁芯而言，当外加电压有效值及电源频率不变时，主磁通的最大值φm也将基本维持不变。5.主磁通原理第2页由主磁通原理可知，发生机械故障时电源电压和电源频率并没有发生变化，因此磁路中的主磁通应基本维持不变。例：一个交流电磁铁，由于机械故障造成通电后不能吸合，结果把线圈烧坏，试分析原因。分析根据磁路欧姆定律：由式可得：交流电磁铁由于卡住而不能吸合，空气隙增大造成磁路中的磁阻大大增加，而主磁通又要维持不变，因此电流i将大大增加，结果

8、使线圈烧损。铁损包括磁滞损耗和涡流损耗。铁损不仅造成能量损耗，还可造成电机、电器的铁芯发热，若