电工学第3章.ppt
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1、3.1 磁路 3.2 变压器 3.3 三相变压器 3.4 几种特殊用途的变压器 3.5 脉冲变压器及在数控设备中的应用 第三章 磁路与变压器 熔 韭 胶 配 易 爬 蔬 感 骇 嫌 仲 好 郁 杜 峙 浅 窒 缔 以 屿 俏 票 滓 柑 天 般 么 耍 尽 滤 疮 瓮 电 工 学 第 3 章 电 工 学 第 3 章 本章学习要点 掌握磁路的基本物理量,铁磁材料特性(高导掌握磁路的基本物理量,铁磁材料特性(高导 磁性、磁饱和性、磁滞性),熟悉涡流及磁路磁性、磁饱和性、磁滞性),熟悉涡流及磁路 欧姆定律;欧姆定律; 了解和了解和掌握掌握变压器的构造、原理(变压、变流变压器的构造、原理(变压、变流
2、、变阻抗)、外特性、用途、变阻抗)、外特性、用途 熟悉三相变压器的结构和原理熟悉三相变压器的结构和原理 了解几种特殊用途变压器(仪用互感器、自藕了解几种特殊用途变压器(仪用互感器、自藕 变压器、电焊变压器等)的结构、原理和应用变压器、电焊变压器等)的结构、原理和应用 了解脉冲变压器及在数控设备中的应用。了解脉冲变压器及在数控设备中的应用。 第三章 磁路与变压器 苏 捆 俩 灯 陷 屎 船 岂 紫 眨 表 廖 童 捡 石 埃 娱 匣 己 事 勉 佃 环 臃 铂 溉 斡 郁 跌 己 匣 洼 电 工 学 第 3 章 电 工 学 第 3 章 铁磁性物质具有很强的导磁能力,电流通过线圈时又会 产生磁场,
3、所以给绕在铁心上的线圈通上电流后,会产 生很强的磁场。 当需要用较小的励磁电流获得较强的磁场或较多的磁通 时的电工设备,如电机、变压器、磁电系仪表中常采用 铁心。铁心常做成环路,为磁通的集中通过提供了路径 ,这个路径就叫作磁路。 图319为几种电器设备的磁路。 第三章 磁路与变压器 3.1 磁路 一、 磁路的基本概念 傲 勘 旁 射 饵 滞 报 靠 蒜 石 矿 嚏 蝎 或 菜 巳 桐 奋 筏 毡 都 叛 勾 缀 犬 稳 觅 抄 绍 救 洪 射 电 工 学 第 3 章 电 工 学 第 3 章 图a)和图b)是无分支磁路,图c)是有分支磁路。 第三章 磁路与变压器 图319 磁路 挥 旺 早 遁
4、挝 专 讲 馁 怠 锅 嘶 窄 抓 籽 市 云 身 广 拢 框 撰 绳 取 咸 佃 桓 匿 薄 荣 竹 钨 赘 电 工 学 第 3 章 电 工 学 第 3 章 在国际单位制中,B的单位是称为T(特斯拉)。 在实际工程中也常用C.G.S制的单位高斯,以Gs表示。 在某一区域内,如果各点的磁感应强度大小相等 ,方向相同,则这部分磁场叫做均匀磁场。 第三章 磁路与变压器 二、 磁路的基本物理量 磁感应强度B是表示磁场内某点的磁场强弱和方向 的物理量。它是 一个矢量,其定义如下:磁场内某一 点的磁感应强度可用该点磁场作用于1m长,通有1A电 流的导体上的力F来衡量,该导体与磁场方向垂直。 1磁感应强度
5、(磁通密度)B 谱 裂 针 但 赡 照 渗 凝 貉 丽 膏 喻 戏 大 惨 磁 的 沥 坪 爬 杀 犬 贤 具 颤 雀 阀 濒 搜 豌 斯 豹 电 工 学 第 3 章 电 工 学 第 3 章 第三章 磁路与变压器 磁通的连续性原理:磁感应线是连续的闭合的,无头无 尾的,所以磁场中,如有磁感应线穿入某一闭合曲面必定 还要穿出该曲面而形成闭合曲线 。 2磁通 磁场中,磁感应强度与垂直磁场方向的面积的乘积 ,称为磁通。以字母表示。 磁感应强度B也可以用与磁场垂直的单位面积的磁通来 表示,即 对于均匀磁场,若面积S与磁场方向B垂直,则 =BS 国际单位中,磁通的单位是韦伯,简称韦,以符号Wb表示 工程
6、上曾用麦克斯韦作为磁通的单位,记作Mx. 涸 栏 南 傈 专 护 叉 导 沂 些 择 阀 接 渐 蓬 拭 笛 佣 铂 蹲 欺 邯 息 邀 臼 逊 蔓 非 玖 喳 赌 帘 电 工 学 第 3 章 电 工 学 第 3 章 磁导率是表示磁场中介质导磁性能的物理量。越大 ,物质的导磁性能越好,越小,物质的导磁性能越差。 第三章 磁路与变压器 真空的磁导率 在国际单位制中,磁导率的单位为H/m(享利每米)。 相对磁导率r:任意一种磁介质的磁 导率与真空磁导率0的比值 根据物质导磁性能的不同,可分为铁磁性物质和非铁磁 性物质两类,铁磁性物质的相对磁导率r 1,如铁、钴 、镍、坡莫合金、铁氧体等;非铁磁性物
7、质的相对磁导率 r接近于1,他们的导磁能力都和真空差不多,如空气、铝 、氢、铜塑料等。 3磁导率 瘤 杂 姻 圭 坏 偶 泉 豢 堂 拴 着 员 酵 鱼 赋 帘 法 黍 醇 刺 俯 址 荔 懈 藏 宏 寺 罚 租 改 庇 农 电 工 学 第 3 章 电 工 学 第 3 章 4磁场强度H 第三章 磁路与变压器 磁场强度 H: 即磁场中的某一点的磁感 应强度与磁导率的比值 在国际单位制中,磁场强度H的单位为A/m(安培 每米),它是一个矢量,与磁感应强度B方向相同,与 物质的磁导率无关,只与电流产生的磁场有关。 下 囱 寥 盖 旱 吁 拎 嗡 售 哨 蛰 妙 暂 夷 冲 拎 朋 搂 位 演 抉 奈
8、 没 瓶 卒 糖 喻 懂 蛹 汝 硼 加 电 工 学 第 3 章 电 工 学 第 3 章 铁磁性材料的磁导率很高,具有被强烈磁化、显示磁性的特性。 第三章 磁路与变压器 为什么铁磁性材 料会有高的导磁 性能呢? 因为在铁磁性物质中存在有大量的 分子电流,而每一个分子电流又形成了 具有磁性的磁畴。 三、铁磁性材料的特性 1铁磁性材料的高导磁性 洗 局 贯 伺 玄 龚 逮 聚 苍 坷 阿 羡 叹 吠 圣 骋 毗 斯 浴 臣 部 弱 栓 绑 铡 獭 窿 拈 伶 吟 么 顽 电 工 学 第 3 章 电 工 学 第 3 章 第三章 磁路与变压器 在没有外磁场作用时,这些磁畴的排列杂乱无章对外不显 磁性,
9、如图3-9 a)所示; 在外磁场作用下,磁畴顺着外磁场的方向做定向排列,产 生出与外磁场方向相同的附加磁场,附加磁场与外磁场叠加起 来,就使通电线圈的磁场大大增强,这种现象称为磁化,如图 b)和c)所示。 磁畴的排列与外磁场方向相同,附加磁场也增大到最大值 ,铁磁性物质达到饱和, B不会随H的增强而无限增强。 图3-9 磁畴取向示意图 凿 骗 缉 帅 陋 衡 吏 蛰 唤 胚 僵 秤 瞒 巡 当 像 邱 作 捧 邱 驾 屏 填 驹 洗 刹 帅 理 散 誓 盒 院 电 工 学 第 3 章 电 工 学 第 3 章 铁磁性物质的磁感应强度B随磁场强度H而变化的曲线 称为磁化曲线,又称B-H曲线。图31
10、0为初始磁化曲线。 第三章 磁路与变压器 图310磁化曲线 对于铁心线圈磁路,由于 磁饱和,磁导率随磁路的饱和 而减少,磁路为非线性;对于 空心线圈,由于磁路不饱和, 磁通(B)随磁场强度H成正 比增长,为线性磁路。 2铁磁性材料的磁化曲线 既 痴 狱 磁 袜 锯 佩 休 苹 盔 炮 兑 敛 窖 钩 入 袒 苯 挽 暑 撤 漫 啼 乎 发 悬 逮 提 棺 点 少 队 电 工 学 第 3 章 电 工 学 第 3 章 图313磁滞回线 3铁磁性材料的磁滞性 第三章 磁路与变压器 反复磁化,指铁磁物 质在大小和方向作周 期性变化的外磁场的 作用下进行磁化。当 铁心线圈中通交变电 流时,交变的电流产
11、生交变的磁场,铁心 被反复磁化,显示出 铁磁物质的磁滞性。 反映铁磁物质反复磁 化曲线磁滞回线 如图313所示。 痴 赘 诵 澡 日 丫 侗 秀 陨 级 拒 隋 坡 帛 竖 肺 橱 辕 汀 糕 肠 秸 登 脓 稳 洗 圾 端 庸 丝 灵 赤 电 工 学 第 3 章 电 工 学 第 3 章 这样铁磁性物质在交变的磁场中,不断地磁化、去磁 、反向磁化、反向去磁,BH的关系将沿着磁滞回线周而 复始地变化。 第三章 磁路与变压器 由图可见,铁磁物质在反复磁化时包括以下两个过程: 一、磁化过程:12段曲线是起始磁化曲线, 72段曲线 是正向磁化过程, 45段曲线是反向磁化过程 。 二、去磁过程:当B达到
12、饱和值后,将H从最大值Hm逐渐 减小,B则沿着曲线23下降,当H减到零时,B值仍保留 某一量值Br,称为剩磁,如图中的4和7点。如果要使铁心 中的剩磁消失,需要给铁心加一个反向增加的磁场强度H, B沿着曲线34变化,当H反向增大到一定值时,B值下降 为0,这时的磁场强度称为矫顽磁力,记作HC,如图中的4 和7点。 34段曲线是正向去磁过程,67段曲线是反向去 磁过程。 韭 苟 恨 嘱 港 稻 猾 漂 小 抗 洱 矾 瓮 何 剪 嚎 粥 冯 方 蝎 馏 总 橡 惰 嗽 氖 匡 呐 锭 玛 课 瓤 电 工 学 第 3 章 电 工 学 第 3 章 第三章 磁路与变压器 工程上应用的铁磁材料按磁滞回线
13、的不同可分为三大类: 图315 软磁性材 料的磁滞回线 1)软磁性材料 特点:磁滞回线狭长,剩磁 和矫顽磁力很小,磁滞损耗小 ,常用于电机、变压器、电磁 铁中。常见的软磁材料有纯铁 、铸钢、坡莫合金及软磁铁氧 体等。 起 翱 嘎 黎 术 菲 骑 殆 馈 考 篷 簧 顽 导 翠 武 绩 撇 辅 缆 典 鸽 视 祝 承 汰 屡 肉 谱 翘 宫 生 电 工 学 第 3 章 电 工 学 第 3 章 第三章 磁路与变压器 2)硬磁性材料 磁滞回线较宽,剩磁和矫 顽磁力都大,适宜于制造永久 磁铁,广泛应用于各种磁电系 仪表、扬声器、永磁发电机以 及通信装置中。硬磁性材料主 要有碳钢、钨钢、铝镍合金、 铝镍
14、钴合金及硬磁铁氧体等。 特点 图(b) 硬磁 性材料磁滞回线 眷 节 贞 盅 坊 谢 紫 诀 夹 需 宽 债 鹅 色 眩 望 哼 件 脑 仰 驱 躬 钡 儡 淘 皿 损 照 掖 连 雕 税 电 工 学 第 3 章 电 工 学 第 3 章 第三章 磁路与变压器 磁滞回线几乎呈矩形,当 去掉外磁场后,仍能保持磁饱 和状态,目前使用较多的是锰 镁铁氧体、锂锰铁氧体。 在计算机中制成记忆元件、开 关元件和逻辑元件,是存储器 中的重要元件。 特点 3)矩磁材料 图(c)为矩磁 性材料磁滞回线 棒 蜕 孙 监 忿 骆 烁 齐 趴 喳 隐 掀 啄 鹰 教 表 泥 趋 象 碟 就 泥 宋 门 浩 尤 朋 眩
15、忱 梁 蘸 藉 电 工 学 第 3 章 电 工 学 第 3 章 涡流损耗 根据电磁感应定律,当交变电流产生的 交变磁通穿过铁心时,会产生感应电动势,从而引 起旋涡形电流,称为涡流,如图3-18 (a)所示。 第三章 磁路与变压器 四、铁心损耗 铁心损耗包括磁滞 损耗和涡流耗 。 磁滞损耗 铁磁性物质在反复磁化中产生的损耗称 为磁滞损耗。为了减少磁滞损耗,变压器和电动机 常用磁滞回线较小的磁性材料如硅钢制造铁心。 堤 澄 圾 涂 牵 额 上 尾 潍 纲 棕 瑚 埋 绍 铭 怠 哺 食 滦 桶 纹 剖 轨 钵 衅 态 预 中 赴 鄙 吉 衍 电 工 学 第 3 章 电 工 学 第 3 章 第三章
16、磁路与变压器 图3-18涡流 铁芯通常采用0.350.5mm厚、且片间绝缘的硅 钢片叠成,其涡流损失与磁滞损失都比较小。 在交流电 气设备中 ,交变电 流产生的 交变磁通 在铁芯中 产生涡流 ,会使铁 芯发热而 消耗电功 率,称为 涡流损耗 。 赢 闻 阎 凸 兢 沿 稠 宿 姓 些 耿 常 化 缀 戮 亦 砌 浓 边 狗 仕 腕 该 榔 屡 涉 绘 眶 蹭 赤 撬 夕 电 工 学 第 3 章 电 工 学 第 3 章 不是常数,所以铁磁材料构成的磁路的磁阻也不 是常数。 第三章 磁路与变压器 如果磁路中有一小段长为l 0的空气隙,其横截面积也 是S,如图所示,那么这段空气隙的磁阻为: 五、磁路
17、欧姆定律 在无分支磁路中,磁路的欧姆定律为: 对于均匀铁磁材料构成的磁路,假设平均长度为l、 横截面积为S,磁导率为,则该磁路的磁阻为: 栋 鞍 黑 拳 阶 岭 捍 续 拓 楔 爽 匡 霓 翱 圃 实 梳 胎 焦 打 舷 棱 假 锐 影 正 摄 茎 纬 邵 腔 崎 电 工 学 第 3 章 电 工 学 第 3 章 此时磁路的欧姆定律形式为 : 第三章 磁路与变压器 320 有空气隙的无分支磁路 图320中无分支磁路的总磁阻为: 缘 抵 藐 峭 满 疾 题 啮 北 燎 揉 蛆 歼 划 刃 幌 蛰 烯 楼 粳 仆 泥 啦 涧 叔 侨 爷 斗 刹 猴 檬 饮 电 工 学 第 3 章 电 工 学 第 3
18、 章 第三章 磁路与变压器 六、交流铁心线圈电路 1、电压、电流和磁通的关系 设线圈的电阻为R,主磁电动势为e和 漏感电动势为e,由KVL定律,有: 设主磁通按正弦规律变化: e 的有效值为: 则 图3-21 交流 铁心线圈电路 交流铁心线圈电路如图3-21所示 : 遂 骇 陨 笼 薪 熏 饿 怒 嫉 皿 择 砷 掠 禄 涎 痊 仍 字 院 捣 毁 仍 讥 插 尸 幕 铸 鳖 段 悄 庄 芳 电 工 学 第 3 章 电 工 学 第 3 章 表明在忽略线圈电阻及漏磁通的条件下,当线圈匝数 N及电源频率f为一定时,主磁通的幅值m由励磁线圈外的 电压有效值U确定,与铁心的材料及尺寸无关。 第三章 磁
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