电工学电工技术第2版魏佩瑜第六章节.ppt

第 6 章 磁路与变压器 第6章 磁路与变压器 6.1 磁路 第6章 磁路与变压器 本章要求: 本章将介绍与磁路有关的电路问题。 在电工技术中不仅要讨论电路问题，还将讨论磁路问题。因为很多电工设备与电路和磁路都有关系，如电动机、变压器、电磁铁及电工测量仪表等。 磁路问题与磁场有关，与磁介质有关，但磁场往往与电流相关联，所以本章将研究磁路和电路的关系及磁和电的关系。 本章讨论对象将以变压器和电磁铁为主，重点研究其电磁特性，为以后研究电动机的基本特性作基础。 6.1 磁路 6.1.1 磁场的基本物理量 对磁场特性的描述，已在大学物理中进行了详尽的讨论。这里将对几个基本物理量做以下复述。 磁感应强度 B 的大小及方向： 当然，对磁感应强度的定义也可从运动电荷的角度进行定义。 2. 磁通 磁感应强度 B 在面积 S 上的通量积分称为磁通 如果用磁力线描述磁场，磁力线的密度就反映了磁场的大小。 通过某一面积的磁力线总数应表示通过该面积的磁通的大小。 由于磁通的连续性，磁力线是闭合的空间曲线。 3. 磁场强度 磁场强度 H 是计算磁场时常用的物理量，也是矢量。它与磁感应强度矢量的关系为 以环形线圈为例，计算线圈内的磁场强度。 4. 磁导率 磁导率μ是表示磁场空间 媒质 磁性质的物理量，是物质导磁能力的标志量。 相对磁导率：某种物质的磁导率μ与真空磁导率μ0的比值称为相对磁导率，用μr表示。 上式说明，在同样电流的情况下，磁场空间某点的磁感应强度与该点媒质的磁导率有关，若媒质的磁导率为μ，则磁感应强度 B 将是真空中磁感应强度的μr倍。 高磁导率的成因 磁性物质没有外场时，各磁畴是混乱排列的，磁场互相抵消；当在外磁场作用下，磁畴就逐渐转到与外场一致的方向上，即产生了一个与外场方向一致的磁化磁场，从而磁性物质内的磁感应强度大大增加——物质被强烈的磁化了。 磁性物质的磁化示意图 2. 磁饱和性 磁性物质因磁化产生的磁场是不会无限制增加的，当外磁场(或激励磁场的电流)增大到一定程度时，全部磁畴都会转向与外场方向一致。这时的磁感应强度将达到饱和值。 3. 磁滞性 在铁心线圈通有交变电流时，铁心将受到交变磁化。但当H减少为零时，B 并未回到零值，出现剩磁Br。 4. 磁性物质的分类 根据滞回曲线和磁化曲线的不同，大致分成三类： 常用磁性材料最大相对磁导率、剩磁及矫顽磁力 6.1.3 磁路的分析方法 为了使励磁电流产生尽可能大的磁通，在电磁设备或电磁元件中要放置一定形状的铁心。绝大部分磁通将通过铁心形成闭合路径——磁路。 式中：F=IN 称为磁动势，此为产生磁通的激励； Rm 为磁阻，是磁路对磁通具有阻碍作用的物理量； l 为磁路的平均长度； S 为磁路的截面积。 磁路的计算 计算磁路问题时，可以应用上面介绍的磁路欧姆定律，但由于磁路的磁导率μ不是常数(随励磁电流而变)，往往要借助于磁场强度H这个物理量。 气隙中的磁场强度H0 B0的单位为特斯拉，若用高斯为单位，则 例 一均匀闭合铁心线圈，匝数为 300，铁心中磁感应强度为0.9T，磁路的平均长度为45cm, 6.2 交流铁心线圈电路 6.2.1 电磁关系 6.2.2 电压电流关系 ② 涡流损耗 例：有一交流铁心线圈，电源电压U=220V，电路中电流I=4A，功率表读数P=100W，频率f=50Hz,漏磁通和线圈上的电压降可忽略不计， 试求（1）铁心线圈的功率因数. 2）铁心线圈的等效电阻和感抗 6.3 变压器 变压器结构示意图 自耦变压器 有效值为： 由于R和Xσ很小 ，∴UR和Uσ与U/相比可忽略 Bm为铁心中磁感应强度的最大值。S为铁心面积 即 2．铁损 6.2.3 功率损耗 1．铜损 ① 磁滞损耗 由磁滞所产生的铁损称为磁滞损耗。可以证明，交变磁化一周在铁心的单位体积内所产生的磁滞损耗能量与磁滞回线所包围的面积成正比。 磁滞损耗要引起铁心发热。为了减小磁滞损耗，应选用磁滞回线狭小的磁性材料制造铁心。硅钢就是变压器和电机中常用的铁心材料，其磁滞损耗较小。 ① 磁滞损耗 ② 涡流损耗 由涡流所产生的铁损称为涡流损耗△Pe0 φ i 当线圈中通有交流电时，它所产生的磁通也是交变的。因此，不仅要在线圈中产生感应电动势，而且在铁心内也要产生感应电动势和感应电流。这种感应电流称为涡流，它在垂直于磁通方向的平面内环流着。 在交流磁通的作用下，铁心内的这两种损耗合称铁损△PFe0铁损差不多与铁心内磁感应强度的最大值Bm 的平方成正比，故Bm 不宜选得过大。 从上述可知，铁心线圈交流电路的有功功率为 P=UIcos?=I2R+ △PFe0 解： （1） (2)铁心线圈的等效阻抗为 等效电阻和感抗分别为 例题：要绕制一个铁心线圈，已知