《電工電子技術基礎》電子教案電工電子技術課件第4章磁路和變壓器

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1、磁路概念、變壓器工作原理磁路與變壓器主要授課內容第1章第4章磁路與變壓器4.1鐵芯線圈、磁路4.2變壓器的基本結構和工作原理4.3三相電力變壓器4.4特殊變壓器第1章4.1鐵芯線圈、磁路實際電路中有大量電感元件的線圈中有鐵心。線圈通電后鐵心就構成磁路，磁路又影響電路。因此電工技術不僅有電路問題，同時也有磁路問題。第2頁1.磁路的基本概念iuφ交流鐵心線圈示意圖電路部分磁路部分電流通過N匝線圈產(chǎn)生的磁動勢：f=iNf在鐵芯中激發(fā)按正弦規(guī)律變化，沿鐵芯閉合的工作磁通φ。均勻磁場中磁通Φ等于磁感應強度B與垂直于磁場方向的面積S的乘積，單位是韋伯(Wb)?！?Wb=108Mx第2頁磁

2、導率μ磁導率μ表示物質的導磁性能，單位是亨/米(H/m)。真空的磁導率：非鐵磁物質的磁導率與真空極為接近，鐵磁物質的磁導率遠大于真空的磁導率。相對磁導率μr：物質磁導率與真空磁導率的比值。第2頁非磁性物質：μr≈1的物質，如銅、鋁、橡膠、空氣、塑料等。鐵磁性物質：μr>>1的物質，如鐵、鎳、鈷、鋼、合金鋼、坡莫合金等。鐵磁性物質彼此之間的相對磁導率差別很大。如鑄鐵的μr≈200～400；鑄鋼的μr≈500～2200；硅鋼的μr≈7000～10000；坡莫合金的μr≈20000～200000。一個磁路中若有氣隙存在，則氣隙磁阻>>鐵芯磁阻。物質根據(jù)相對磁導率的不同可分為兩大類第2

3、頁磁感應強度B和磁場強度H1.磁感應強度B是表征磁場中某點強弱和方向的物理量。B的大小與磁場周圍介質的磁導率μ有關；2.磁場強度H是表征電流的磁場強弱和方向的物理量。H的大小與磁場周圍介質的磁導率μ無關。磁路歐姆定律：磁路歐姆定律可以用來定性的分析磁路的情況。第2頁鐵磁材料內部往往有相鄰的幾百個分子電流圈流向一致，因此在這些極小的區(qū)域內就形成了一個個天然的磁性區(qū)域—磁疇。2.鐵磁材料的磁性能鐵磁材料內部的磁疇排列雜亂無章，磁性相互抵消，因此對外不顯示磁性。鐵磁材料之所以具有高導磁性，是因為在它們的內部具有一種特殊的物質結構—磁疇。磁疇是怎么形成的？顯然，磁疇是由分子電流產(chǎn)生的。

4、磁疇因受外磁場作用而順著外磁場的方向發(fā)生歸順性重新排列，在內部形成一個很強的附加磁場。（a）無外磁場情況（b）有外磁場情況第2頁磁滯回線中H為零時B并不為零的現(xiàn)象說明鐵磁材料具有剩磁性。BH0cba起始磁化曲線oa段是線性段ab段是上升段bc段是磁化曲線的膝部C點以后是飽和段起始磁化曲線反映了什么？起始磁化曲線的ab段反映了鐵磁材料的高導磁性；c點以后說明鐵磁材料具有磁飽和性。磁滯回線中B的變化總是落后于H的變化說明鐵磁材料具有磁滯性；鐵磁材料反復磁化一周所構成的曲線稱為磁滯回線。起始磁化曲線和磁滯回線第2頁鐵心線圈中通過交變電流時，H的大小和方向都會改變，鐵心在交變磁場中反復

5、磁化的過程中，B的變化總是滯后于H的變化，這種現(xiàn)象稱為磁滯性；當H減為零時B并不為零。磁導率可達102~104，由鐵磁材料組成的磁路磁阻很小，在線圈中通入較小的電流即可獲得較大的磁通。B不會隨H的增強而無限增強，H增大到一定值時，B不能繼續(xù)增強。高導磁性磁滯性和剩磁性磁飽和性：鐵磁性材料具有高導磁性、磁飽和性、磁滯性和剩磁性。第2頁渦流在鐵芯中造成的熱量損耗。根據(jù)電流的熱效應，渦流通過鐵芯將使鐵芯發(fā)熱，嚴重時會造成設備燒損。鐵磁材料反復磁化時，內部磁疇的極性取向隨著外磁場的交變來回翻轉，在翻轉的過程中，由于磁疇間相互摩擦而引起的能量損耗稱為磁滯損耗。3.鐵芯損耗磁滯損耗渦流損耗

6、φ在交變磁場作用下，整塊鐵芯中產(chǎn)生的旋渦狀感應電流稱為渦流。渦流對電氣設備有何影響？為減小渦流損耗，常用硅鋼片疊壓制成電機電器的鐵芯。第2頁具有磁導率極高、磁化后只有正、負兩個飽和狀態(tài)特點的鐵磁材料。矩磁材料適用于制作各類存儲器記憶元件的磁芯。具有磁導率不太高、但一經(jīng)磁化、能保留很大的剩磁且不易去磁特點的鐵磁材料。硬磁材料適用于制作各種人造磁體。具有磁導率很高、易磁化、易去磁特點的鐵磁材料。軟磁材料適用于制作各種電機電器的鐵心。4.鐵磁材料的分類和用途鐵磁材料根據(jù)工程上用途的不同可分為三大類軟磁材料硬磁材料矩磁材料對交流鐵芯而言，當外加電壓有效值及電源頻率不變時，主磁通的最大值

7、φm也將基本維持不變。5.主磁通原理第2頁由主磁通原理可知，發(fā)生機械故障時電源電壓和電源頻率并沒有發(fā)生變化，因此磁路中的主磁通應基本維持不變。例：一個交流電磁鐵，由于機械故障造成通電后不能吸合，結果把線圈燒壞，試分析原因。分析根據(jù)磁路歐姆定律：由式可得：交流電磁鐵由于卡住而不能吸合，空氣隙增大造成磁路中的磁阻大大增加，而主磁通又要維持不變，因此電流i將大大增加，結果使線圈燒損。鐵損包括磁滯損耗和渦流損耗。鐵損不僅造成能量損耗，還可造成電機、電器的鐵芯發(fā)熱，若發(fā)熱嚴重時將造成設備絕緣的永久性損