电工与电子技术基础第2版课件第3章.ppt

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1、电力系统和电子设备中经常用电磁转换来实现能量的转换，或利用电磁力来进行控制。3．1磁路3.1.1磁场的基本物理量1．磁感应强度B表示某点磁场强弱和方向的物理量。电流产生的磁场方向可用右手螺旋定则来确定。2．磁通Ф磁感应强度B与垂直于磁场方向的面积S的乘积，即Ф=BS或Ф的单位是韦伯（Wb）3.磁导率μ是物质导磁性能。在真空中的μo为一常数，其值为μo＝4π×10–7H／m非磁性材料，如铜、铝、银等，其μ≈μo。铁磁性材料，如铁、钴、镍及其合金等，其磁导率μ比μo大得很多，可达几百至几万，且不是常数，随磁感应强度和温度变化而变化。4.磁场强度

2、H是与物质导磁率无关，与载流导体的形状、电流大小等有关的物理量。H=或B=μHH磁场强度的单位是A/m（安/米）3.1.2磁性材料的磁性能1.高导磁性在外磁场作用下，磁性材料磁化，使磁性材料内的B大大增加，图3-1中ab段。2.磁饱和性磁性材料磁化所产生的磁场不会随外磁场的增强而无限增强。当外磁场增大到一定值时，B达到饱和值。图3-1中bc段。3.磁滞性和剩磁性磁性材料在H值作正负变化的反复磁化过程中，B的变化总是H的变化，称磁滞；当H=0时，Br≠0，称剩磁。当B=0时，H=-HC，称为矫顽磁力，进行去磁，图3-2的磁滞回线。HcHO–H

3、CBrB图3-2磁滞回线–BrBμOHabcμB图3-1磁化曲线磁性材料按磁滞回线形状分成三类：(1)软磁材料：剩磁和矫顽磁力均较小，如硅钢片、坡莫合金等，常用来做成电机、变压器的铁心等。(2)硬磁材料：剩磁和矫顽磁力都较大，如碳钢、钨钢、钴钢及铁镍合金等。适宜做永久磁铁。(3)矩磁材料：磁滞回线接近矩形，如镁锰铁氧体、1J51型铁镍合金等。在计算机和控制系统中，可用作记忆元件、开关元件和逻辑元件。3.1.3磁路磁通集中通过的闭合路径称为磁路。几种常见电磁器件、设备的磁路有图3-3所示。线圈中通入电流称励磁电流I，磁路中磁通Φ，I和线圈匝数

4、N的乘积IN称为磁动势Fma)铁心主磁通Ф原绕组副绕组Фδ漏磁通图3-3不同的磁路b)磁极励磁绕组磁扼电枢主磁通Фc)N永久磁铁空气隙S主磁通Ф变压器是利用电磁感应原理传输电能或信号的器件，具有变换交流电压、交流电流和阻抗的作用。变压器由铁心和绕在铁心上的多个绕组两部分组成。与电源相连的绕组称为原绕组（初级或原边），与负载相连的绕组称为副绕组（次级或副边），结构如图3-4。3.2变压器的原理和应用铁心绕组(a)芯式(b)壳式图3-4变压器的结构变压器原边的电流称为励磁电流i10，在忽略漏磁通和线圈电阻的情况下，原边电压的有效值U1为设φ=Φ

5、msinωt，则u1＝Nφmcosωt=2πfN1Φmsin(ωt+90˚)=Um1sin(ωt+90˚)则电源电压有效值U1为=4.44fN1Φm3.2.1变压器的空载运行和电压变换uu1u20i10i2=0ФN1N2图3-5变压器空载运行u2++++––––空载即副边开路，i2=0，由于i10=0产生的主磁通φ通过铁心闭合，既穿过原、副边，于是在副边产生的感应电压有效值U20为U20=4.44fN2Φm于是ku称变压比。当N1>N2，ku>1，称降压变压器；当N1

6、组接上负载

7、Z

8、后，i2≠0，在副边N2将产生磁通，使主磁通变化，因U1和f固定，Φm近似于常数。故i1N1+i2N2=i10N1当i10远小于I1N时i1N1≈–i2N2则I1、I2的关系为由于u2≈u20于是U1I1=U2I2通过Φm实现了能量的传输。uu1u20i10i2≠0ФN1N2图3-6变压器有载运行u2

9、Z

10、++++––––3.2.3变压器的阻抗变换变压器副边接负载阻抗

11、Z

12、后，则对电源来说可用阻抗

13、Z´

14、来等效代替，两者的关系可通过下面计算得出。可见由改变匝数比ku来达到阻抗匹配的目的。图3-7变压器的阻抗变换i1i2u1a

15、)

16、Z

17、b)

18、Z'

19、i1u1N2u2N1+++–––3.2.4变压器的额定值、外特性和效率1．变压器的额定值(1)额定电压U1N和U2NU1N应加在原边的正常工作电压(或线电压)有效值；U2N是指加上U1N时副边输出的电压(或线电压)有效值(2)额定电流I1N和I2N原、副绕组中允许长期通过的最大工作电流(或线电流)有效值。(3)额定容量SN是指副边的额定额定视在功率，单位为伏安(VA)或千伏安(kVA)）。在单相变压器中SN=U2NI2N≈U1NI1N在三相变压器中SN=U2NI2N≈U1NI1N(4)额定频率fN是指变压器接入电源频率，

20、我国规定工频为50Hz(2)变压器的损耗和效率变压器运行时铜损ΔPCu和铁损ΔPFe，铜损为I12r1+I22r2，随负载而变；铁损有磁滞和涡流损耗，与负载无关。故输出功率P2比