文档介绍：第1讲磁路和变压器
目录
铁磁线圈与磁路
1
变压器的用途和基本工作原理
2
变压器的结构组成
3
变压器的类型
4
电机与变压器
学****目的与要点
电工技术中不仅要讨论电路问题,还要讨论磁路问题。很多电工设备与磁路有关,如电力系统中广泛应用的变压器、电动机、发电机、电磁铁及电工测量仪表等。
为更好的学****变压器、电机、电器的工作特性及应用,首先应理解有关磁路的问题。磁路问题与磁场有关,与磁介质有关,而且磁场往往还与电流相关联,因此本讲先从磁路、磁场及其基本物理量进行研究。
通过本次学****要求理解磁场的基本物理量、磁性材料的磁性能、交流铁心线圈电路;熟悉变压器的结构组成;掌握变压器的基本工作原理;了解磁路及其基本定律等。
电机与变压器
铁芯线圈、磁路
工程应用实际中,大量的电气设备都含有线圈和铁心。当绕在铁芯上的线圈通电后,铁芯就会被磁化而形成铁芯磁路,磁路又会影响线圈的电路。因此,电工技术不仅有电路问题,同时也有磁路问题。
常用电气设备铁芯示意图中红色虚线表示磁路中的工作主磁通的路径;紫色虚线表示通过空气闭合的极少部分漏磁通。
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1. 磁路的基本物理量
u
i
Φ
磁通Φ
线圈通电后使铁芯磁化,形成铁芯磁路。
通过磁路横截面的磁力线总量称为磁通,用“Φ”来表示。单位是韦伯[Wb]。
均匀磁场中,磁通Φ等于磁感应强度B与垂直于磁场方向的面积S的乘积,即:
磁通是标量。其大小反映了与磁场相垂直的某个截面上的磁场强弱情况。磁通的国际单位制中还有较小的单位称为麦克斯韦[Mx],韦伯和麦克斯韦之间的换算关系为:
1Wb=108Mx
(1) 磁通
电机与变压器
(2) 磁感应强度
磁感应强度是表征磁场中某点强弱和方向的物理量。用大写字母“B”表示。B是矢量,B的方向就是置于磁场中该点小磁针N极的指向。匀强磁场中,B的大小可用载流导体在磁场中所受到的电磁力来定义。即:
式中,电磁力F的单位是牛顿[N]、电流I的单位是安培[A]、导体的有效长度l(与磁场方向相垂直方向的长度投影)单位是米[m]时,磁感应强度B的单位是特斯拉[T]。
由Φ=BS可知,匀强磁场中某截面S上B值越大,穿过该截面上的磁力线总量越多。因此,磁感应强度也常称为磁通密度。磁感应强度的国际单位制中还有较小的单位高斯[Gs],特斯拉和高斯之间的换算关系为:
1T=104Gs
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磁导率是反映自然界物质导磁能力的物理量,用希腊字母“μ”表示。物质的种类很多,且导磁能力也各不相同,为了有效地区别它们各自的导磁能力,我们引入一个参照标准—真空的磁导率μ0:
自然界中各种物质的磁导率均与真空的磁导率相比,可得到不同的比值,我们把这个比值称为相对磁导率,用“μr”表示,即:
显然,相对磁导率无量纲,其值越大,表明该类物质的导磁性能越好;反之,导磁性能越差。
(3) 磁导率μ
电机与变压器
根据相对磁导率的不同,自然界的物质大致可分为两大类:
1) 非磁性物质
如空气、塑料、铜、铝、橡胶等。这些物质的导磁能力很差,磁导率均与真空的磁导率非常接近,它们的相对磁导率均约等于1。非磁性物质的磁导率可认为是常量。
如铁、镍、钴、钢及其合金等。这些物质的导磁能力非常强,其磁导率一般为真空的几百、几千乃至几万、几十万倍。如铸铁,其相对磁导率μr≈200~400;铸钢的相对磁导率
μr≈500~2200;硅钢的μr≈7000~10000;坡莫合金的
μr≈20000~200000。
显然,铁磁物质的磁导率不是常量,而是一个范围,即随外部条件变化。铁磁性物质的相对磁导率大大大于1。
2) 铁磁性物质
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(4) 磁场强度
磁场强度也是表征磁场中某点强弱和方向的物理量,用大写字母“H”表示。H也是矢量,H的方向也是置于磁场中该点小磁针N极的指向。
磁场强度和磁感应强度有何区别和联系?
磁感应强度是描述磁路介质的磁场某点强弱和方向的物理量,与介质的导磁率有关;磁场强度是描述电流的磁场强弱和方向的物理量。
与介质的导磁率无关。它们之间的联系为:
磁场强度H的单位有安每米和安每厘米,二者之间的换算关系为:
1A/m=10-2A/cm
电机与变压器
2. 磁路欧姆定律
交流铁芯线圈磁路通常由硅钢片叠压制成,导磁率很高。当套在铁芯上的线圈通电后,铁芯迅速被磁化,成为一个人为集中的强磁场。
u
i
Φ
磁路部分
电路部分
交流铁芯线圈示意图
电流通过N匝线圈所形成的磁动势用Fm=NI表示,磁路对
磁通所呈现的阻碍作用用磁阻Rm表示,磁动势、磁通和磁阻三者之间的关系可表述为:
磁路欧姆定律
磁路欧姆定律中的磁阻Rm与磁导率μ有关,因此对铁芯磁路来讲是一个变