第5章电磁场与变压器.doc

学习目标： 1. 了解铁磁材料的磁性能，铁磁材料的分类 、磁滞回线、磁化曲线。 2. 了解交流铁心线圈等效电路，掌握交直流铁心线圈的工作特点，掌握交流铁心线圈电路的电压平衡方程式。 3. 熟悉直流电磁铁、交流电磁铁的特点、吸力特性。 4. 熟悉变压器工作原理，掌握电压、电流、电阻的变换公式及其来源和条件，在多绕组变压器中应掌握正确判断同名端方法，并学会利用同名端的概念确定正确的连接方法。 5.1 磁路的基本知识 5.1.1磁路的基本物理量 1.磁路的基本概念 大多数电气设备都是运用电与磁及其相互作用等物理过程实现能量的传递和转换的，例如直流电机、异步电机是运用载流导体在磁场中将产生电磁力这种物理现象实现将电能转换成机械能。因此在上述电气设备中都必须具备一个磁场，这个磁场是线圈通以电流产生的，通过线圈的电流叫励磁电流。 要使较小的励磁电流能够产生足够大的磁通，在变压器、电机及各种电磁元件中常用铁磁物质做成一定形状的铁心，由于铁心的导磁系数比周围其它物质的导磁系数高很多，因此磁通差不多全部通过铁芯而形成一个闭合回路，；这部分磁通称为主磁通Φ，所经过的路径叫磁路，如图5.1所示。另外还有很少一部分经过空气而形成闭合路径，这部分磁通叫漏磁通Φσ。 图5.1 磁路 2.磁感应强度 磁感应强度是表示磁场内某点的磁场强弱和方向的物理量，它是一个矢量，用B表示。它的方向就是该点磁场的方向，它与电流之间的方向可用右手螺旋定则来确定，其大小是用一根电导线在磁场中受力的大小来衡量的。（该导线与磁场方向垂直）即 （5-1） 式中，为磁力，单位为牛顿（N）；为通过导线的电流，单位为（A）；为导线的长度，单位为米（m）。在国际单位位制中，B的单位为特斯拉（韦伯/米2），简称特，用T（Wb/m2）表示。 磁感应强度的大小也可用通过垂直于磁场方向单位面积的磁力线数来表示。 3.磁通 在磁场中，磁感应强度B与垂直于磁场方向的某一截面积S的乘积称为磁通Φ，即 （5-2） 也就是说，磁通Φ是垂直穿过某一截面磁力线的总数。 根据电磁感应定律的公式有 （5-3） 在国际单位制中，Φ的单位为伏·秒（V·S），通常称为韦伯，用Wb表示。 4.磁场强度 磁场强度是进行磁场计算时引用的一个辅助计算量，也是矢量，用H表示。通过它来确定磁场与电流间的关系。 在工程上，要确定通过导线和线圈的电流用其产生磁通之间的关系是工程计算的重要内容之一。例如电磁铁的吸力大小就取决于铁芯中磁通的多少，而磁通的多少又与通入线圈的励磁电流大小有关。对空心线圈要计算磁场与电流之间的关系比较简单，因为介质是空气， 它的导磁系数是个常数，所以空心线圈产生的磁通是与励磁电流成正比的。 当线圈中具有铁心时，因为铁磁物质的磁饱和现象、导磁系数不是常数，磁通与励磁电流之间不再是正比关系，这样在研究与计算磁路时就比较麻烦，为了简化起见，引入磁场强度这样一个辅助量，当磁路由一种磁性材料组成，且各处截面积S相等，如图5.2所示，根据磁路的安培环路定律，磁路的磁场强度为 （5-4） 式中，为励磁电流，为线圈匝数，为磁路的平均长度，的单位为安培每米，用A/m表示。 5．磁导率 磁导率μ是一个用来表示磁场介质磁性的物理量，也就是用来衡量物质导磁能力的物理量。在国际单位制中，μ的单位为享/米，用H/m表示。真空的磁导率是一个常量，用μ0表示。，任一种物质的磁导率μ和真空的磁导率μ0的比值，称为该物质的相对磁导率，即 （5-5） 引入磁导率μ后，磁感应强度B的大小等于磁导率μ与磁场强度H的乘积，即 （5-6） 这说明在相同磁场强度的情况下，物质的磁导率愈高，整体的磁场效应愈强。 5.1.2磁路的基本定律 1.磁路的欧姆定律 如图5.3所示是最简单的磁路，设一铁心上绕有N匝线圈，铁心的平均长度为，截面积为S，铁心材料的磁导率为μ。当线圈通以电流I后，将建立起磁场，铁心中有磁通Φ通过。假定不考虑漏磁，则沿整个磁路的Φ相同，则由式(5-2)、(5-4)、(5-6)式可知