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第七章 磁路及变压器 [教学目标] 1、了解磁路的基本知识，铁磁材料主要特性、分类及磁路欧姆定律。 2、了解变压器的基本结构、工作原理及主要参数。 3、掌握变压器变换电压、变换电流、变换阻抗的作用。 4、了解几种特殊用途变压器的特点及应用。 7.1 磁路的基本知识 在工程实践中，广泛地应用着机电能量变换的器件和设备，如电动机、变压器及电工仪表等，它们都是利用电磁现象的规律制成的。因此，研究磁与电之间的关系，掌握磁路十分有用。 磁路问题是局限于一定路径内的磁场问题，因此磁场的各个基本物理量也适用于磁路。 7.1.1 磁路的概念 磁路就是磁通的路径。磁路实质上是局限在一定路径内的磁场。工程上为 了得到较强的磁场并有效的加以运用，常采用导磁性能良好的铁磁物质作成一定形状的铁心，以便使磁场集中分布于由铁心构成的闭合路径内，这种磁场通路才是我们要分析的磁路。很多电工设备，如变压器、电机、电器和电工仪表等，在工作时都要有磁场参与作用。常见的磁路如图7-1-1所示，磁路中的磁通由励磁线圈中的励磁电流产生，经过铁心和空气隙而闭合，如图7-1-1(a)、(b)；也可由永久磁铁产生，如图7-1-1(c)。磁路中可以有空气隙，如图7-1-1(b)、(c)；也可以没有空气隙，如图 7-1-1(a)。 （a）变压器 （b）电磁铁 （c）磁电式电表 图7-1-1 常见电气设备的磁路 7.1.2 磁场的主要物理量 表示磁场特性的主要物理量包括磁感应强度、磁通、磁场强度和磁导率。 1、磁场强度 磁场强度是一个用来确定磁场与电流之间关系的矢量，满足安培环流定律： （7-1-1） 其中N为线圈匝数,L为磁路的平均长度；在国际单位制中，磁场强度的单位是（安每米）。 2、磁感应强度 磁感应强度B是一个表示磁场内某点的磁场强弱和方向的矢量，其方向可用小磁针N极在磁场中某点的指向确定，磁针N极的指向就是磁场的方向。在磁场中某点放一个长度为，电流为I并与磁场方向垂直的导体，如果导体所受的电磁力为F，则该点磁感应强度的量值为。在国际单位制中，磁感应强度的单位为T（特斯拉）。如果磁场内各点的磁感应强度大小相等、方向相同,这样的磁场称为均匀磁场。 3、磁通 在均匀磁场中，若垂直于磁场方向的面积为S，则通过该面积的磁通 　　　　　　　　 　Φ＝ＢＳ　或　 （7-1-2） 式中B为磁感应强度，又称为磁通密度，在国际单位制中，磁通的单位是伏·秒（V·S），通常称为韦伯（Wb）。 4、磁导率 处在磁场中的任何物质均会或多或少地影响磁场的强弱，影响的程度则与该物质的导磁性能有关。磁导率与磁场强度的乘积就等于磁感应强度，即 （7-1-3） 磁导率的国际单位制单位为H/m(亨每米)。 通过实验可测出，真空的磁导率 任意一种物质的磁导率 与真空的磁导率的比值，称为该物质的相对磁导率 ，即 （7-1-4） 非磁性材料中，即， 磁性材料中，即 。 7.1.3 铁磁材料 磁性材料的相对磁导率很大，具有高导磁、磁饱和以及磁滞等磁性能，是制造电机、变压器和电器设备铁心的主要材料。 1、高导磁性 铁磁材料被放人磁场内，其内部的磁感应强度大大增强，即铁磁材料受到强烈的磁化，其导磁率很高（可达102～104数量级）。磁感应强度B随磁场强度H变化的曲线为磁化曲线，如图7-1-2所示。可见磁化曲线是非线性曲线，所以铁磁性物质的不是常数。 图7-1-2　磁化曲线 2、磁饱和性 铁磁材料的磁饱和性体现在因磁化所产生的磁感应强度BJ不会随外磁场的增强而无限的增强。当外磁场（或励磁电流）增大到一定值时，其内部所有的磁畴已基本上转向与外磁场一致的方向。因而，当外部磁场再增大时，其磁化磁感应强度BJ不再继续增加，如图7-1-3所示。 图7-1-3 B~H曲线 从图7-1-3所示铁磁材料的磁化曲线 B— f（H）可知，该曲线经过原点，在 oa段，B随 H近似线性增加；在 ab段， B增长趋势缓慢下来； b点以后， B增加的很少，达到饱和状态。由于铁磁材料的磁化率不是常数， B和H的关系是非线性的，无法用准确的数学表达式表示，只能用B～H曲线（即磁化曲线）表示。图7-1-2为使用实验方法，在反复磁化的情况下测得的