第6章 磁路与变压器.ppt
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1、第第6 6章章 磁路与变压器磁路与变压器6.1 6.1 磁路的基本物理量和基本性质磁路的基本物理量和基本性质 6.2 6.2 磁路的概念及磁路的安培环路定律磁路的概念及磁路的安培环路定律6.3 6.3 交流励磁下的铁心线圈交流励磁下的铁心线圈6.4 6.4 电磁铁电磁铁6.5 6.5 变压器变压器、了解磁性材料的基本知识及磁路的基本定律;了了解磁性材料的基本知识及磁路的基本定律;了了解磁性材料的基本知识及磁路的基本定律;了了解磁性材料的基本知识及磁路的基本定律;了解变压器的基本结构、工作原理、运行特性和绕组的解变压器的基本结构、工作原理、运行特性和绕组的解变压器的基本结构、工作原理、运行特性和
2、绕组的解变压器的基本结构、工作原理、运行特性和绕组的同极性端;了解电磁铁的基本工作原理及其应用知识;同极性端;了解电磁铁的基本工作原理及其应用知识;同极性端;了解电磁铁的基本工作原理及其应用知识;同极性端;了解电磁铁的基本工作原理及其应用知识;了解电磁铁的基本工作原理及其应用知识;了解电磁铁的基本工作原理及其应用知识;了解电磁铁的基本工作原理及其应用知识;了解电磁铁的基本工作原理及其应用知识;本章要求:本章要求:、理解磁场的基本物理量的意义,理解变压器额理解磁场的基本物理量的意义,理解变压器额理解磁场的基本物理量的意义,理解变压器额理解磁场的基本物理量的意义,理解变压器额定值的意义;定值的意义
3、;定值的意义;定值的意义;3、掌握交流铁心线圈电路的分析方法;掌握变压器掌握交流铁心线圈电路的分析方法;掌握变压器掌握交流铁心线圈电路的分析方法;掌握变压器掌握交流铁心线圈电路的分析方法;掌握变压器电压、电流和阻抗变换作用。电压、电流和阻抗变换作用。电压、电流和阻抗变换作用。电压、电流和阻抗变换作用。6.1 6.1 磁路的基本物理量和基本性质磁路的基本物理量和基本性质磁路:磁路:磁通所通过的由铁磁材料构成的路径(包磁通所通过的由铁磁材料构成的路径(包括空气隙在内)括空气隙在内)铁心铁心线圈线圈 主磁通主磁通 漏磁通漏磁通6.1.1 6.1.1 磁场的基本物理量磁场的基本物理量1.1.磁感应强度
4、磁感应强度B定义:定义:方向:方向:大小:大小:单位:单位:分类:分类:表示磁场内某点磁场强弱和方向的物理量表示磁场内某点磁场强弱和方向的物理量 和电流之间符合右手螺旋法则和电流之间符合右手螺旋法则 均匀磁场均匀磁场非均匀磁场非均匀磁场特斯拉特斯拉(T)(T),1T=1T=2.2.磁通磁通 定义:定义:方向:方向:大小:大小:单位:单位:穿过垂直于穿过垂直于B B方向的面积方向的面积S S中的磁力线总数,中的磁力线总数,又成为又成为磁通密度磁通密度与磁感应强度与磁感应强度B B方向相同方向相同 韦韦 伯伯(WbWb)1Wb=1V)1Wb=1Vs s感应电动势与磁通的关系感应电动势与磁通的关系3
5、.3.磁场强度磁场强度H H定义:定义:介质中某点的磁感应强度介质中某点的磁感应强度 B B 与介质磁导率与介质磁导率 之比。之比。大小:大小:单位:单位:安培安培/米(米(A/m)A/m)4.4.磁导率磁导率 定义:定义:表示磁场媒质磁性的物理量,衡量物质的导磁能力表示磁场媒质磁性的物理量,衡量物质的导磁能力。大小:大小:单位:单位:亨亨/米(米(H/mH/m)亨亨/米米 真空的磁导率真空的磁导率 为常数,为常数,相对磁导率相对磁导率相对磁导率相对磁导率 r r r r任一种物质的磁导率任一种物质的磁导率 和真空的磁导率和真空的磁导率 0 0的比值的比值。定义:定义:大小:大小:物质的分类物
6、质的分类:根据相对磁导率:根据相对磁导率 r r的大小,将物质分为三类的大小,将物质分为三类(1 1)顺磁物质:顺磁物质:,如空气、氧、锡、铝、铅等物质如空气、氧、锡、铝、铅等物质(2 2)反磁物质:反磁物质:,如氢、铜、石墨、银和锌等物质如氢、铜、石墨、银和锌等物质 (3 3)铁磁物质:铁磁物质:,如铁、钢、铸铁、镍和钴等物质如铁、钢、铸铁、镍和钴等物质 非非铁铁磁磁物物质质6.1.26.1.2磁性材料的特性、磁导率和磁性材料的特性、磁导率和磁化曲线磁化曲线非铁磁物质,非铁磁物质,即即B B与与H H成正比成正比O OHHB B铁磁物质,具有下列磁性能:铁磁物质,具有下列磁性能:1.1.高导
7、磁性:高导磁性:铁磁材料的磁导率很高,其相对磁铁磁材料的磁导率很高,其相对磁导率导率rr远大于远大于1 1,可达数百、数千、,可达数百、数千、直至数万。铁磁材料在磁场中可被直至数万。铁磁材料在磁场中可被强烈磁化(呈现磁性)。强烈磁化(呈现磁性)。磁磁磁磁畴畴畴畴磁磁磁磁畴畴畴畴外外外外磁磁磁磁场场场场应用:应用:变压器、电动机等变压器、电动机等2.2.磁饱和性,磁化曲线磁饱和性,磁化曲线对于磁性材料,因为磁导率对于磁性材料,因为磁导率不是常数,所以不是常数,所以B B与与H H是非线是非线性关系。性关系。磁性材料的磁饱和性用它的磁磁性材料的磁饱和性用它的磁化曲线来描述。其磁化曲线如化曲线来描述
8、。其磁化曲线如图所示。图所示。O OHHB,B,B Ba a a a 铸铁铸铁铸铁铸铁 b b b b 铸钢铸钢铸钢铸钢 c c c c 硅钢硅钢硅钢硅钢片片片片O O0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1.00.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1.0 10103 3HH/(A/m)/(A/m)HH/(A/m)/(A/m)1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 10103 3B B/T/T1.81.81.61.61.41.41.21.21.01.00.80.80.60.60.40
9、.40.20.2a ab ba ab bc cc c几种常见磁性材料的磁化曲线几种常见磁性材料的磁化曲线 3.3.磁滞性,磁滞回线磁滞性,磁滞回线O OHHB BB Br rHHc c剩磁感应强度剩磁感应强度剩磁感应强度剩磁感应强度B B B Br r r r(剩磁剩磁剩磁剩磁):当线圈中电流减小到零当线圈中电流减小到零当线圈中电流减小到零当线圈中电流减小到零(H H H H=0)=0)=0)=0)时,时,时,时,铁心中的磁感应强度。铁心中的磁感应强度。铁心中的磁感应强度。铁心中的磁感应强度。矫顽磁力矫顽磁力矫顽磁力矫顽磁力H H H Hc c c c:使使使使 B B B B=0=0=0=0
10、 所需的所需的所需的所需的 H H H H 值。值。值。值。软磁材料:软磁材料:永磁材料:永磁材料:矩磁材料:矩磁材料:具有较小的矫顽磁力,磁滞回线较窄。一般用来制造具有较小的矫顽磁力,磁滞回线较窄。一般用来制造电机、变压器和电器的铁心。电机、变压器和电器的铁心。具有较大的矫顽磁力,磁滞回线较宽。一般用来制造永具有较大的矫顽磁力,磁滞回线较宽。一般用来制造永久磁铁。久磁铁。具有较小的矫顽磁力和较大的剩磁,磁滞回线接近矩具有较小的矫顽磁力和较大的剩磁,磁滞回线接近矩形,稳定性也较好。常用于计算机和控制元件。形,稳定性也较好。常用于计算机和控制元件。铁铁磁磁物物质质6.2 6.2 磁路的概念及磁路
11、的安培环路定律磁路的概念及磁路的安培环路定律6.2.16.2.1磁路磁路+NIfNSS 在电机、变压器和各种铁磁元件中常用铁磁材料做成各种在电机、变压器和各种铁磁元件中常用铁磁材料做成各种形状的铁心,这样,线圈中较小的励磁电流即可产生较大的磁形状的铁心,这样,线圈中较小的励磁电流即可产生较大的磁通,从而得到较大的感应电动势或电磁力。铁心的磁导率比周通,从而得到较大的感应电动势或电磁力。铁心的磁导率比周围空气和其它物质的磁导率高得多,因此绝大部分磁通经过铁围空气和其它物质的磁导率高得多,因此绝大部分磁通经过铁心形成闭合通路,心形成闭合通路,磁通所通过的由铁磁材料构成的路径称为磁磁通所通过的由铁磁
12、材料构成的路径称为磁路路,沿整个磁路的磁通均匀相同。,沿整个磁路的磁通均匀相同。图图6.2.1 环形磁路环形磁路6.2.26.2.2磁路的安培磁路的安培环环路定律路定律以图以图6.2.16.2.1为例,根据安培环路定律为例,根据安培环路定律可以得出可以得出上式中线圈匝数与电流的乘积上式中线圈匝数与电流的乘积NI称称为磁通势,用字母为磁通势,用字母F表示,即表示,即将将和和B=/S代入式代入式(6.2.1),),得得(6.2.1)(6.2.2)磁路欧磁路欧姆定律姆定律 磁阻磁阻磁通势磁通势磁通磁通势势磁通磁通磁感磁感应应强强度度磁阻磁阻电动势电动势电电流流电电流密度流密度电电阻阻磁磁 路路电电
13、路路表表6.2.16.2.1磁路与电路对照表磁路与电路对照表图图6.2.2 继电继电器的磁路器的磁路6.2.3 6.2.3 磁路的分析计算磁路的分析计算对均匀磁路而言对均匀磁路而言 如果磁路是由不同的材料或不同如果磁路是由不同的材料或不同长度和截面积的几段组成,即磁长度和截面积的几段组成,即磁路由磁阻不同的几段串联而成路由磁阻不同的几段串联而成。如图如图6.2.26.2.2所示所示 则则 称为磁路各称为磁路各段的磁压降段的磁压降 称为磁路各称为磁路各段的磁压降段的磁压降.串联磁路(给定串联磁路(给定,求,求NINI)串联磁路串联磁路:磁路由多段不同材料组成一个回路,中间无分叉磁路由多段不同材料
14、组成一个回路,中间无分叉根据磁路的连续性原理,串联磁路中各段的磁通根据磁路的连续性原理,串联磁路中各段的磁通都是相同。都是相同。步骤步骤:(1)用公式用公式计算每一段的磁感应强度计算每一段的磁感应强度。(2)从从-曲线上,查出每段的曲线上,查出每段的 对应的磁场强度对应的磁场强度,对空气隙的磁场强度对空气隙的磁场强度H H0 0。应用公式。应用公式H H0 0=B=B0 0 /0 0计算。计算。(3)用安培环路定律计算所需磁通势用安培环路定律计算所需磁通势NINI。(4)用计算出的磁通势用计算出的磁通势NINI再求所需要的线圈电流或线圈匝数。再求所需要的线圈电流或线圈匝数。【例例6.2.16.
15、2.1】一个具有闭合的均匀铁心的线圈,其匝数为一个具有闭合的均匀铁心的线圈,其匝数为380380,铁心中的磁感应强度为,铁心中的磁感应强度为0.9T0.9T,磁路的平均长度,磁路的平均长度45cm45cm 试求:试求:(1)铁心材料为铸铁时线圈中的电流;铁心材料为铸铁时线圈中的电流;(2)铁心材料为硅钢片时线圈中的电流。铁心材料为硅钢片时线圈中的电流。解:解:首先从图首先从图6.1.56.1.5中的磁化曲线查出磁场强度,然后中的磁化曲线查出磁场强度,然后根据式(根据式(6.2.16.2.1)算出电流)算出电流(1)(2)可见由于所用铁心材料的不同可见由于所用铁心材料的不同,要得到同样的磁感应强
16、度要得到同样的磁感应强度,则所需要的磁通势或励磁电流的大小相差就很悬殊则所需要的磁通势或励磁电流的大小相差就很悬殊.因此因此,采用磁导率高的铁心材料采用磁导率高的铁心材料,可使线圈的用铜量大为降低可使线圈的用铜量大为降低.如果在如果在(1)(1)、(2)(2)两种情况下两种情况下,线圈中通有同样大小的电流线圈中通有同样大小的电流0.39A,0.39A,则铁心中的磁场强度是相等的则铁心中的磁场强度是相等的,都是都是260A/m.260A/m.。但。但从图从图6.1.56.1.5的磁化曲线可以查出的的磁化曲线可以查出的,两者相差两者相差1717倍,磁通也相差倍,磁通也相差1717倍。在这种情况下,
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