[理学]电工学第04章

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1、第4章变压器本章讲授学时:2学时变压器——是一种利用磁路传递电能的设备。也就是说，变压器是通过电磁感应关系或利用互感作用，从一个电路向另一个电路传递能量或传输讯号的一种电器。变压器主要应用在下列几方面：电力系统中电子线路中电源适配器专用变压器电力变压器低频变压器高频变压器贴片变压器电源变压器电源适配器自耦变压器电压互感器电流互感器电能表变压器变压器的分类三相变压器单相变压器按相数分类按用途分类电子变压器：在电子线路中传输电能或传递信号电力变压器：在电力系统中传输电能电炉变压器：给电炉如(炼钢炉)供电电焊变压器：给电焊机供电专用变压器整流变压器：给直流电力机车供电仪用变压器：用于测量

2、设备壳式变压器心式变压器按铁心形式油浸式变压器干式变压器按冷却方式本章主要内容磁路的基本概念变压器的结构和工作原理变压器的铭牌数据三相变压器特殊变压器在很多电工设备（像变压器、电机、电磁铁电工测量仪器等）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，才能对以上电工设备进行全面分析。本章结合磁路的分析，讨论变压器的工作原理，作为应用实例。磁路和电路往往是相关的，因此在这里要研究磁路和电路的关系以及磁和电的关系。在电机、变压器及各种铁磁元件中常用磁性材料做成一定形状的铁芯。铁芯的磁导率比周围空气或其它物质的磁导率高的多，磁通的绝大部分经过铁芯形成闭合通路

3、，磁通的闭合路径称为磁路。磁场的基本物理量——磁感应强度磁感应强度B:表示磁场内某点磁场强弱和方向的物理量。磁感应强度B的大小:磁感应强度B的方向:与电流的方向之间符合右手螺旋定则。磁感应强度B的单位:特斯拉(T)，1T=1Wb/m2均匀磁场:各点磁感应强度大小相等，方向相同的磁场，也称匀强磁场。磁通：穿过垂直于B方向的面积S中的磁力线总数。说明:如果不是均匀磁场，则取B的平均值。在均匀磁场中=BS或B=/S磁感应强度B在数值上可以看成为与磁场方向垂直的单位面积所通过的磁通,故又称磁通密度。磁通的单位:韦[伯](Wb)1Wb=1V·s磁场的基本物理量——磁通磁场强度H：是

4、计算磁场时所引用的一个物理量，也是矢量，通过它来确定磁场与电流之间的关系。磁场强度H的单位：安培/米（A/m)磁场的基本物理量——磁场强度I是穿过闭合回线所围面积的电流的代数和。安培环路定律（全电流定律）I1HI2在均匀磁场中Hl=IN由实验可测得：真空的磁导率为：磁导率：表示磁场媒质磁性的物理量，衡量物质的导磁能力。它与磁场强度的乘积就等于磁感应强度，即：磁导率的单位：亨/米（H/m）因为它是一个常数，将其它物质的磁导率和它比较是很方便的。磁场的基本物理量——磁导率相对磁导率r：任一种物质的磁导率和真空的磁导率0的比值。也即当磁场媒质是某种物质时某点的磁感应强度B与在

5、同样电流下真空时该点的磁感应强度B0之比的倍数。自然界的所有物质按磁导率的大小，大体上可分为磁性材料和非磁性材料。磁场的基本物理量——相对磁导率磁性材料的磁性能(1)1.高导磁性磁性材料的磁导率通常都很高，即r1(如坡莫合金，其r可达2105)。磁性材料能被强烈的磁化，具有很高的导磁性能。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芯。在这种具有铁芯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。2.磁饱和性BJ磁场内磁性物质的磁化磁场的磁感应强度曲线；B0磁场内不存在磁性物质

6、时的磁感应强度直线；BBJ曲线和B0直线的纵坐标相加即磁场的B-H磁化曲线。OHBB0BJB•a•b磁化曲线磁性物质由于磁化所产生的磁化磁场不会随着外磁场的增强而无限的增强。当外磁场增大到一定程度时，磁性物质的全部磁畴的磁场方向都转向与外部磁场方向一致，磁化磁场的磁感应强度将趋向某一定值。如图。磁性材料的磁性能(2)B-H磁化曲线的特征：Oa段：B与H几乎成正比地增加；ab段：B的增加缓慢下来；b点以后：B增加很少，达到饱和。OHBB0BJB•a•b有磁性物质存在时，B与H不成正比，磁性物质的磁导率不是常数，随H而变。有磁性物质存在时，与I不成正比。磁性物质的磁化曲线在磁路计算

7、上极为重要，其为非线性曲线，实际中通过实验得出。OHB,B磁化曲线B和与H的关系3.磁滞性磁性材料在交变磁场中反复磁化，其B-H关系曲线是一条回形闭合曲线，称为磁滞回线。磁滞性：磁性材料中磁感应强度B的变化总是滞后于外磁场变化的性质。磁滞回线OHB••••BrHc剩磁感应强度Br(剩磁)：当线圈中电流减小到零(H=0)时，铁心中的磁感应强度。例如:永久磁铁的磁性就是由剩磁产生的；自励直流发电机的磁极，为了使电压能建立，也必须具有剩磁。磁性材料的磁性能(3)磁滞回