电工电子技术 教学课件 ppt 作者 曾令琴 第4章 磁路和变压器
31页1、2004年8月,制作 曾令琴,主编 曾令琴,磁路概念、变压器工作原理,磁路与变压器,主要授课内容,第1章,第4章 磁路与变压器,4.1 铁芯线圈、磁路,4.2 变压器的基本结构和工作原理,4.3 三相电力变压器,4.4 特殊变压器,第1章,4.1 铁芯线圈、磁路,实际电路中有大量电感元件的线圈中有铁心。线圈通电后铁心就构成磁路,磁路又影响电路。因此电工技术不仅有电路问题,同时也有磁路问题。,第2页,1. 磁路的基本概念,交流铁心线圈示意图,电路部分,磁路部分,电流通过N匝线圈产生的磁动势:,f = i N,f 在铁芯中激发按正弦规律变化,沿铁芯闭合的工作磁通。,均匀磁场中磁通 等于磁感应强度B与垂直于磁场方向的面积S的乘积,单位是韦伯(Wb)。,1Wb=108Mx,第2页,磁导率,磁导率表示物质的导磁性能,单位是亨/米(H/m)。,真空的磁导率:,非铁磁物质的磁导率与真空极为接近,铁磁物质的磁导率远大于真空的磁导率。,相对磁导率r :,物质磁导率与真空磁导率的比值。,第2页,非磁性物质:r1的物质,如铜、铝、橡胶、空 气、塑料等。,铁磁性物质:r1的物质,如铁、镍、钴、钢、 合金钢、坡
2、莫合金等。,铁磁性物质彼此之间的相对磁导率差别很大。如铸铁的r200400;铸钢的r5002200;硅钢的r700010000;坡莫合金的r20000200000。,一个磁路中若有气隙存在,则气隙磁阻铁芯磁阻。,物质根据相对磁导率的不同可分为两大类,第2页,磁感应强度B和磁场强度H,1. 磁感应强度B是表征磁场中某点强弱和方向的物理量。B的大小与磁场周围介质的磁导率有关; 2. 磁场强度H是表征电流的磁场强弱和方向的物理量。H的大小与磁场周围介质的磁导率无关。,磁路欧姆定律:,磁路欧姆定律可以用来定性的分析磁路的情况。,第2页,铁磁材料内部往往有相邻的几百个分子电流圈流向一致,因此在这些极小的区域内就形成了一个个天然的磁性区域磁畴。,2. 铁磁材料的磁性能,铁磁材料内部的磁畴排列杂乱无章,磁性相互抵消,因此对外不显示磁性。,铁磁材料之所以具有高导磁性,是因为在它们的内部具有一种特殊的物质结构磁畴。,磁畴是怎么形成的?,显然,磁畴是由分子电流产生的。,磁畴因受外磁场作用而顺着外磁场的方向发生归顺性重新排列,在内部形成一个很强的附加磁场。,(a)无外磁场情况,(b)有外磁场情况,第2页,磁
3、滞回线中H为零时B并不为零 的现象说明铁磁材料具有剩磁性。,B,c,b,a,起始磁化曲线,oa段是线性段,ab段是上升段,bc段是磁化曲线的膝部,C点以后是饱和段,起始磁化曲线反映了什么?,起始磁化曲线的ab段反映了铁磁材料的高导磁性;c点以后说明铁磁材料具有磁饱和性。,磁滞回线中B的变化总是落后于H的变化说明铁磁材料具有磁滞性;,铁磁材料反复磁化一周所构成的曲线称为磁滞回线。,起始磁化曲线和磁滞回线,第2页,铁心线圈中通过交变电流时,H的大小和方向都会改变,铁心在交变磁场中反复磁化的过程中,B的变化总是滞后于H的变化,这种现象称为磁滞性;当H减为零时B并不为零。,磁导率可达102104,由铁磁材料组成的磁路磁阻很小,在线圈中通入较小的电流即可获得较大的磁通。,B不会随H的增强而无限增强,H增大到一定值时,B不能继续增强。,高导磁性,磁滞性和剩磁性,磁饱和性:,铁磁性材料具有高导磁性、磁饱和性、磁滞性和剩磁性。,第2页,涡流在铁芯中造成的热量损耗。,根据电流的热效应,涡流通过铁芯将使铁芯发热,严重时会造成设备烧损。,铁磁材料反复磁化时,内部磁畴的极性取向随着外磁场的交变来回翻转,在翻转
4、的过程中,由于磁畴间相互摩擦而引起的能量损耗称为磁滞损耗。,3. 铁芯损耗,磁滞损耗,涡流损耗,在交变磁场作用下,整块铁芯中产生的旋涡状感应电流称为涡流。,涡流对电气设备有何影响?,为减小涡流损耗,常用硅钢片叠压制成电机电器的铁芯。,第2页,具有 磁导率极高、磁化后只有正、负两个饱和状态特点的铁磁材料。矩磁材料适用于制作各类存储器记忆元件的磁芯。,具有 磁导率不太高、但一经磁化、能保留很大的剩磁且不易去磁 特点的铁磁材料。硬磁材料适用于制作各种人造磁体。,具有 磁导率很高、易磁化、易去磁 特点的铁磁材料。软磁材料适用于制作各种电机电器的铁心。,4. 铁磁材料的分类和用途,铁磁材料根据工程上用途的不同可分为三大类,软磁材料,硬磁材料,矩磁材料,对交流铁芯而言,当外加电压有效值及电源频率不变时,主磁通的最大值m也将基本维持不变。,5. 主磁通原理,第2页,由主磁通原理可知,发生机械故障时电源电压和电源频率并没有发生变化,因此磁路中的主磁通应基本维持不变。,一个交流电磁铁,由于机械故障造成通电后不能吸合,结果把线圈烧坏,试分析原因。,根据磁路欧姆定律:,由式可得:交流电磁铁由于卡住而不能吸合
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