第5章磁路及变压器.ppt

第5章 磁路及变压器 5.1 磁路的基本知识 5.2 交流铁芯线圈 5.3 变压器的用途、结构及工作原理 5.4 特殊变压器及电磁铁 5.1 磁路的基本知识 5.1.1磁路的概念 电流产生磁场，即通电导体周围存在着磁场。在电磁铁、变压器、电机等电工设备中，为了用较小的电流产生较大的磁场，通常把线圈绕在磁性材料制成的铁芯上，当有电流通过线圈时，电流产生的磁通绝大部分通过铁芯，通过铁芯的磁通称为主磁通，用字母Φ表示;小部分沿铁芯以外空间闭合的磁通称为漏磁通，用Φσ表示，由于漏磁通很小，在工程中常略去不计。 5.1 磁路的基本知识 主磁通通过的闭合路径称为磁路，用以产生磁场的电流称为励磁电流。如图5-1所示为几种电气设备的磁路，图5-1 (a)所示是电磁铁的磁路，磁路中有很短的空气隙;图5-1 (b)所示是变压器的一种磁路，它由同一种磁性材料组成，且各段截面积基本相等，这种磁路称为均匀磁路;图5-1 (c)所示是直流电机的磁路，磁路中也有空气隙，且磁路的磁性材料不一定相同。 5.1 磁路的基本知识 5. 1. 2磁路的主要物理量 1.磁感应强度 磁感应强度B是表示磁场内某点磁场强弱及方向的物理量，它是一个矢量。 磁感应强度的单位是特斯拉(T)，简称特。 1 T=1 Wb/m2 (5-1) 若磁场中各点的磁感应强度大小相等、方向相同，则为均匀磁场。 5.1 磁路的基本知识 2.磁通 均匀磁场中，磁通中等于磁感应强度B与垂直方向的面积S的乘积，即 故B又称磁通密度。如果不是均匀磁场，为计算方便起见，可取B的平均值。磁通Φ的单位是韦伯(Wb)，简称韦。 1Wb=1V·s（伏·秒） 5.1 磁路的基本知识 3.磁导率 磁导率μ是表示物质导磁性能的物理量，它的单位是亨/米(H/m) 。由实验测出真空的磁导率为 μ0=4π×10-7H/m 在说明物质的磁性能时，往往不直接用磁导率μ，而是用μ与真空磁导率μ0的比值μr表示，即 μr称为相对磁导率。 5.1 磁路的基本知识 4.磁场强度 由于磁性物质的磁导率户不是常数，磁场的计算比较复杂，为了简化计算，引入磁场强度H这一辅助物理量。磁场强度只与产生磁场的电流以及这些电流的分布有关，而与磁介质的磁导率无关。磁场强度的单位是安/米(A/m)。 磁场强度H与磁感应强度B之间的关系为 5.1 磁路的基本知识 5. 1. 3磁路基本定律 1.安培环路定律 安培环路定律又称全电流定律，是分析磁场的基本定律。其内容是:磁场强度矢量在磁场中沿任何闭合回路的线积分，等于穿过该闭合回路所包围面积内电流的代数和，即 计算电流代数和时，绕行方向符合右手螺旋定则的电流取正号，反之取负号。 5.1 磁路的基本知识 在电工技术中，常常遇到如图5-1 (b)所示的情况，即闭合回路上各点的磁场强度H相等且其方向与闭合回路的切线方向一致，则安培环路定律可简化为 ∑I=Hl 式中，l为回路(磁路)长度.由于电流I和闭合回路绕行方向符合右手螺旋定则，线圈有N匝，电流就穿过回路N次。 因此 ∑I=NI=F 所以 Hl=NI=F （5-5） 式中，F称为磁动势，单位是安（A）。 5.1 磁路的基本知识 2.磁路的欧姆定律 在如图5-1(b)中，磁通Φ为 式中， 称为磁阻，是表示磁路对磁通具有阻碍作用的物理量，它与磁路的材料及几何尺寸有关。 式(5-6)与电路中的欧姆定律在形式上相似，称为磁路的欧姆定律。因为磁性材料的磁阻Rm不为常数，因此式(5-6)只能作定性分析，不能作定量计算。 5.1 磁路的基本知识 3.电磁感应定律 当流过线圈的电流发生变化时，线圈中的磁通也随之变化，并在线圈中出现感应电流，这表明线圈中感应了电动势。电磁感应定律指出，感应电动势为 式中，N为线圈匝数。感应电动势的方向由 的符号与感应电动势的参考方向比较而定。 5.1 磁路的基本知识 当 ，即穿过线圈的磁通增加时，eo，这时感应电动势的方向与参考方向相反，表明感应电流产生的磁场要阻止原来磁场的增加;当 ，即穿过线圈的磁通减少时，e0,这时感应电动势的方向与参考方向相同，表明感应电流产生的磁场要阻止原来磁场的减少。 5. 2 交流铁芯线圈 所谓交流铁芯线圈，是指线圈中加入铁芯，并在线圈两端加正弦交流电压。 5. 2. 1线圈感应电动势与磁通的关系 交流铁芯线圈是用正弦交流电来励磁