普通电路 (3).ppt

模块五磁路和变压器
项目一磁场的基本物理量
1、磁感应强度B
磁感应强度B是表示磁场内某点的磁场强弱及方向的物理量。它是一个空间矢量,其方向与该点磁力线切线方向一致,与产生该磁场的电流之间的方向关系符合右螺旋法则,其大小可用B=F/Il来衡量。若磁场内各点的磁感应强度大小相等、方向相同,则称此磁场为均匀磁场。在国际单位制(SI)中,磁感应强度的单位是(特斯拉T)。
2、磁通Ф
在均匀磁场中,磁感应强度B(如果不是均匀磁场,则取B的平均值)与垂直于磁场方向的面积S的乘积,称为通过该面积的磁通Ф,即
由此可见,磁感应强度B在数值上等于垂直磁场方向的单位面积S上通过的磁通,故磁感应强度又称为磁通密度。在国际单位制中,磁通的单位是伏·秒,通常称为韦伯(Wb),简称韦。
3、磁场强度H
磁场强度H是计算磁场时所引用的一个物理量,也是一个矢量,通过它来确定磁场与电流之间的关系,即
上式是安培环路定律,又称为全电流定律的数学表达式,它是计算磁路的基本公式。其中∮Hdl是磁场强度矢量H沿任意闭合回线 l(常取磁通作为闭合回线)的线积分, ∑I是穿过该闭合回线所围面积的电流的代数和。它的单位是安/米(A/m)。
4、磁导率µ
磁导率μ是用来表示磁场媒质磁性的物理量,即用来衡量物质导磁性能的物理量。它与磁场强度的乘积等于磁感应强度,即
B=μH
磁导率的单位是亨/米(H/m)。真空的磁导率μ=4π×10-7
H/m。任意一种物质的磁导率与真空的磁导率之比称为相对磁导率,用μr表示,即
项目二磁性材料和磁路的欧姆定律
1. 磁性材料的磁性能
自然界的所有物质按其磁导率的大小,可分为磁性材料和非磁性材料两大类。磁性材料的导磁性能好,磁导率大,如铁、钢、镍及钴等;非磁性材料的导磁性能差,磁导率小,如铜、铝、纸和空气等。
磁性材料是制造变压器、电机及电器等各种电气设备的主要材料,磁性材料的磁性能对电磁器件的性能和工作状态有很大影响,磁性材料的磁性能主要表现为高导磁性、磁饱和性和磁滞性。
(1)高导磁性
磁性材料具有很强的导磁能力,在外磁场作用下,其内部的磁感应强度会大大增强,相对磁导率可达几百、几千甚至几万。
磁性材料的磁性能被广泛地应用于电工设备中,如电机、变压器及各种铁磁元件的线圈中都放有铁心。利用优质的磁性材料可使同一容量电机的重量和体积大大减小。
(2)磁饱和性
在磁性材料的磁化过程中,随着励磁电流的增大,外磁场和附加磁场都将增大,但当励磁电流增大到一定值时,几乎所有的磁畴都与外磁场的方向一致,附加磁场就不再随励磁电流的增大而继续增强,整个磁化磁场的磁感应强度BJ接近饱和,这种现象称为磁饱和现象,如图5-2所示。
其中B0是在外磁场作用下如果磁场内不存在磁性材料时的磁感应强度,若将BJ曲线和B0直线的纵坐标相加,便得出B-H磁化曲线。此曲线可分成三段:0a段的B与H差不多成正比地增加;ab段的B增加较缓慢,增加速度下降;b点以后部分的B增加很小,逐渐趋于饱和。
当有磁性材料存在时,B与H不成正比,所以磁性材料的磁导率μ不是常数,它将随着H的变化而变化,如图5-3所示为μ=f(H)曲线。由于磁通Ф与B成正比,产生磁通的励磁电流I与H成正比,所以在有磁性材料的情况下,Ф与I也不成正比,对于不同的磁性材料,其磁化曲线也不相同。
(3)磁滞性
当磁性线圈中通有交变电流时,磁性材料将受到交变磁化。在电流交变的一个周期中,磁感应强度B随磁场强度H变化的关系如图5-4所示。由图可见,当磁场强度H减小时,磁感应强度B并不沿着原来这条曲线回降,而是沿着一条比它高的曲线缓慢下降。这种磁感应强度滞后于磁场强度变化的性质称为磁性物质的磁滞性。
当线圈电流减小到零时,磁场强度H也减小到零时,磁感应强度B并不等于零而仍然有一定的值,磁性材料仍然保有一定的磁性,这部分剩余的磁性称为剩磁,用Br表示(见图5-4)。如果要去掉剩磁,使B=0,必须施加一反方向磁场强度(-Hc),Hc的大小称为矫顽磁力,它表示铁磁材料反抗退磁的能力。在磁性材料反复磁化的过程中,表示B与H变化关系的封闭曲线称为磁滞回线,如图5-4所示。
不同的磁性材料,其磁性能、磁化曲线和磁滞回线也不相同。磁性材料按其磁性能可分为软磁材料、硬磁材料(又称永磁材料)和矩磁材料三种类型。
项目四变压器
变压器是利用电磁感应原理传输电能或信号的器件,具有变压、变流、变阻抗和隔离的作用,是一种常见的电气设备,它的种类很多,在电力系统和电子线路中应用十分广泛。
1. 变压器的基本结构和工作原理
(1)变压器的基本结构
变压器由铁心和绕组两大部分组成,图5-8(a)和(b)分别是它的结构示意图和图形符号。这是一个简单的双绕组变压器,在一个闭合的铁心上套有两个绕组,