电工电子技术基础电子教案电工电子技术课件第4章磁路和变压器.pptx

第4章磁路与变压器
铁芯线圈、磁路
变压器的基本结构和工作原理
三相电力变压器
特殊变压器
第1章
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。
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1. 磁路的基本概念
i
u
φ
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φ。
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,单位是韦伯(Wb)。
……1Wb=108Mx
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磁导率μ
磁导率μ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μr :
物质磁导率与真空磁导率的比值。
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非磁性物质:μr≈1的物质,如铜、铝、橡胶、空
气、塑料等。
铁磁性物质:μr>>1的物质,如铁、镍、钴、钢、
合金钢、坡莫合金等。
铁磁性物质彼此之间的相对磁导率差别很大。如铸铁的μr≈200~400;铸钢的μr≈500~2200;硅钢的μr≈7000~10000;坡莫合金的μr≈20000~200000。
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
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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μ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μ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。
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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
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磁滞回线中H为零时B并不为零的现象说明铁磁材料具有剩磁性。
B
H
0
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
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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102~104,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。
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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
φ
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。
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