电工学行小帅第5章节.变压器.ppt

第5章 变压器 5.1 磁路 5.2 电磁铁 5.3 变压器的结构和分类 5.4 变压器的工作原理 5.5 三相变压器 第5章学习要求 了解磁路的基本物理量，物质的导磁性质和磁路欧姆定律。 理解直流电磁铁和交流电磁铁的工作原理和主要应用，理解变压器的结构和分类。 熟悉三相变压器的特点和应用。 掌握变压器的工作原理，掌握变压器在电压变换、电流变换、阻抗变换和功率传递等方面应用。 5.1 磁路 5.1.1 磁场的基本物理量 磁场是由电流产生的，磁场的情况可形象地用磁力线来描述。磁力线是闭合曲线，磁力线方向与产生该磁场电流方向符合右手螺旋法则。磁力线上每一点的切线方向即为该点磁场方向，磁力线的疏密反映了磁场的强弱。若磁力线是一组间距相等的平行线时，这样的磁场称为均匀磁场。 对磁场分析和计算用到的物理量有： 1） 磁通，又称磁通量。它是指磁场中穿过某一截面积的磁力线数，用Φ表示，单位为韦伯（Wb）。 2） 磁感应强度:它是描述介质中实际磁场强弱和方向的物理量，是一个矢量，用B表示,单位为特（T）。其数值表示磁场强弱，方向表示磁场方向。在均匀磁场中，若通过与磁力线垂直的截面面积A的磁通为Φ，则B=Φ/A。 3）磁场强度。它是描述磁场的又一个物理量，用H表示，单位为安每米（A/m）。H和B的区别是：H代表电流本身所产生磁场的强弱，它反映了电流的励磁能力，其大小与产生该磁场的电流大小成正比，与介质的性质无关；B代表电流所产生的磁场以及介质被磁化后所产生磁场，其大小不仅与电流大小有关，而且还与介质性质有关。 4） 磁导率。它是衡量物质导磁能力的物理量，单位为亨每米（H/m），是磁感应强度与磁场强度的比值μ=B/H 真空磁导率为一常数，用μ0表示。 5.1.2 物质的导磁性质 自然界的物质按磁导率的不同，大体上可分为两类：磁性物质和非磁性物质。 非磁性物质其磁导率近似等于真空磁导率，它又分为顺磁物质和反磁物质两种。 顺磁物质（例如空气和变压器油）的稍大于真空磁导率；反磁物质（例如铜和铋）的稍小于真空磁导率。 磁性物质的磁导率远远大于真空磁导率，两者之比可达数百甚至数万。例如硅钢片的磁导率约为真空磁导率的6000～7000倍，坡莫合金的磁导率约为真空磁导率的几万倍。 磁性物质这一性质被广泛地应用于变压器和电机中。变压器和电机都是利用磁场来实现能量传递或转换的。 磁性物质的磁导率不但大于真空磁导率，而且不是常数，磁感应强度与磁场强度之间的关系如图所示，这条曲线称为初始磁化曲线。 磁性物质具有磁滞特性，当绕制在磁性材料上的线圈通过交流电时，开始的时候，铁心中的B随H从零按初始磁化曲线增加，随着与电流成正比的H反复变化，B沿着闭合曲线变化，该曲线称磁滞特性曲线。 按磁滞回线的不同，磁性物质分为硬磁性物质、软磁性物质和矩磁性物质三种。 硬磁性物质是指磁滞回线很宽，如钴钢、铝镍钴合金和钕鉄硼合金等，常用来制造永久磁铁。 软磁性物质是指磁滞回线很窄，如硅钢、坡莫合金和鉄氧体等，常用来制造变压器、电机、接触器的铁心。 矩磁性物质是指磁滞回线接近矩形，如磁性陶瓷和某些鉄镍合金等，常用作电子技术和计算机技术中的记忆材料。 5.1.3 磁路欧姆定律  应用物理学中的全电流定律，即在磁路中，沿任一闭合路径，磁场强度的线积分等于与该闭合回路交链的电流代数和。其表达式为 图示电路中，依据全电流定律有 等号左端 等号右端 则有磁路欧姆定律 在磁路欧姆定律中 可以看出，磁通势一定，即绕制在磁性材料上线圈电流一定时，磁通与磁阻成反比，磁阻增大，磁通减小。因此，当磁路有空气隙存在，磁路中磁阻将显著增加，所以磁路中尽量减小不必要的空气隙。 5.2 电磁铁 电磁铁是利用电磁力来实现某一机械动作的多用途电磁元件。人们既可以用它来提放钢铁材料，还可以做成各种自动控制电器，比如电磁阀、继电器和接触器。 电磁铁按励磁电流种类不同，可以分为直流电磁铁和交流电磁铁。 5.2.1 直流电磁铁  直流电磁铁原理如图所示。工作时，励磁线圈加上直流电压，直流电流通过励磁线圈产生不随时间变化的恒定磁通，由于是恒定磁通，也就不会在线圈中产生感应电动势。线圈上的电流只与电路中电压和电路中电阻有关，即I=U/R 线圈通电后，产生主磁通，铁心和衔铁被磁化，在它们两端形成N极和S极，从而产生电磁吸力。越大，电磁吸力也越大。 直流电磁铁在衔铁吸合前后，电磁吸力的大小是不同的。衔铁吸合前后电流不变，因而磁路中的磁通势也不变，但衔铁在吸合前有空气隙存在，磁阻大，吸合后空气隙消失，由磁路欧姆定律可知，衔铁吸合后磁路中的磁通比吸合前大得多，因而吸合后的电磁吸力比吸合前大得多。 5.2