《電工電子技術(shù)基礎(chǔ)》第4章磁路

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1、2010年8月主編劉敏磁路概念、變壓器工作原理磁路與變壓器主要授課內(nèi)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(jié)構(gòu)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(shí)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(gòu)成磁路，磁路又影響電路。因此電工技術(shù)不僅有電路問題，同時(shí)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(dòng)勢(shì)：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(chǎng)中磁通Φ等于磁感應(yīng)強(qiáng)度B與垂直于磁場(chǎng)方向的面積S的乘

2、積，單位是韋伯(Wb)。……1Wb=108Mx第2頁磁導(dǎo)率μ磁導(dǎo)率μ表示物質(zhì)的導(dǎo)磁性能，單位是亨/米(H/m)。真空的磁導(dǎo)率：非鐵磁物質(zhì)的磁導(dǎo)率與真空極為接近，鐵磁物質(zhì)的磁導(dǎo)率遠(yuǎn)大于真空的磁導(dǎo)率。相對(duì)磁導(dǎo)率μr：物質(zhì)磁導(dǎo)率與真空磁導(dǎo)率的比值。第2頁非磁性物質(zhì)：μr≈1的物質(zhì)，如銅、鋁、橡膠、空氣、塑料等。鐵磁性物質(zhì)：μr>>1的物質(zhì)，如鐵、鎳、鈷、鋼、合金鋼、坡莫合金等。鐵磁性物質(zhì)彼此之間的相對(duì)磁導(dǎo)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

3、個(gè)磁路中若有氣隙存在，則氣隙磁阻>>鐵芯磁阻。物質(zhì)根據(jù)相對(duì)磁導(dǎo)率的不同可分為兩大類第2頁磁感應(yīng)強(qiáng)度B和磁場(chǎng)強(qiáng)度H1.磁感應(yīng)強(qiáng)度B是表征磁場(chǎng)中某點(diǎn)強(qiáng)弱和方向的物理量。B的大小與磁場(chǎng)周圍介質(zhì)的磁導(dǎo)率μ有關(guān)；2.磁場(chǎng)強(qiáng)度H是表征電流的磁場(chǎng)強(qiáng)弱和方向的物理量。H的大小與磁場(chǎng)周圍介質(zhì)的磁導(dǎo)率μ無關(guān)。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(nèi)部往往有相鄰的幾百個(gè)分子電流圈流向一致，因此在這些極小的區(qū)域內(nèi)就形成了一個(gè)個(gè)天然的磁性區(qū)域—磁疇。2.鐵磁材料的磁性能鐵磁材料內(nèi)部的磁疇排列雜亂無章，磁性相互抵消，因此對(duì)外不顯示磁性。鐵磁材

4、料之所以具有高導(dǎo)磁性，是因?yàn)樵谒鼈兊膬?nèi)部具有一種特殊的物質(zhì)結(jié)構(gòu)—磁疇。磁疇是怎么形成的？顯然，磁疇是由分子電流產(chǎn)生的。磁疇因受外磁場(chǎng)作用而順著外磁場(chǎng)的方向發(fā)生歸順性重新排列，在內(nèi)部形成一個(gè)很強(qiáng)的附加磁場(chǎng)。（a）無外磁場(chǎng)情況（b）有外磁場(chǎng)情況第2頁磁滯回線中H為零時(shí)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(diǎn)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(dǎo)磁性；c點(diǎn)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

5、滯性；鐵磁材料反復(fù)磁化一周所構(gòu)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(shí)，H的大小和方向都會(huì)改變，鐵心在交變磁場(chǎng)中反復(fù)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(dāng)H減為零時(shí)B并不為零。磁導(dǎo)率可達(dá)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(huì)隨H的增強(qiáng)而無限增強(qiáng)，H增大到一定值時(shí)，B不能繼續(xù)增強(qiáng)。高導(dǎo)磁性磁滯性和剩磁性磁飽和性：鐵磁性材料具有高導(dǎo)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(yīng)，渦流通過鐵芯將使鐵芯發(fā)

6、熱，嚴(yán)重時(shí)會(huì)造成設(shè)備燒損。鐵磁材料反復(fù)磁化時(shí)，內(nèi)部磁疇的極性取向隨著外磁場(chǎng)的交變來回翻轉(zhuǎn)，在翻轉(zhuǎn)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φ在交變磁場(chǎng)作用下，整塊鐵芯中產(chǎn)生的旋渦狀感應(yīng)電流稱為渦流。渦流對(duì)電氣設(shè)備有何影響？為減小渦流損耗，常用硅鋼片疊壓制成電機(jī)電器的鐵芯。第2頁具有磁導(dǎo)率極高、磁化后只有正、負(fù)兩個(gè)飽和狀態(tài)特點(diǎn)的鐵磁材料。矩磁材料適用于制作各類存儲(chǔ)器記憶元件的磁芯。具有磁導(dǎo)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(diǎn)的鐵磁材料。硬磁材料適用于制作各種人造磁體。具有磁導(dǎo)率很高、易磁化

7、、易去磁特點(diǎn)的鐵磁材料。軟磁材料適用于制作各種電機(jī)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(duì)交流鐵芯而言，當(dāng)外加電壓有效值及電源頻率不變時(shí)，主磁通的最大值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(jī)械故障時(shí)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(yīng)基本維持不變。例：一個(gè)交流電磁鐵，由于機(jī)械故障造成通電后不能吸合，結(jié)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

8、變，因此電流i將大大增加，結(jié)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(jī)、電器的鐵芯發(fā)熱，若發(fā)熱嚴(yán)重時(shí)將