第三章磁路及變壓器主要內容

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磁路的基本物理量及磁路定律§3-1

磁路及其應用★本章小結★§3-3變壓器

職業(yè)教育機械類專業(yè)“互聯(lián)網(wǎng)+”新形態(tài)教材§3-1磁路及其應用§3-1磁路及其應用

一、鐵磁材料的分類及應用

1、磁化物質按磁導率的大小可分為鐵磁材料和非鐵磁材料兩大類。鐵磁材料有帶自然磁性的小區(qū)域，沒有外磁場作用時，各個小區(qū)域的磁場方向總體上不規(guī)則，宏觀不顯磁性，如圖3-1a所示。在外加磁場的作用下，鐵磁材料將產(chǎn)生一個與外磁場同方向的附加磁場，這種現(xiàn)象叫做磁化，如圖3-1b所示。a)鐵磁物質未被磁化b)鐵磁物質被磁化圖3-1

鐵磁物質的磁化§3-1磁路及其應用2、鐵磁材料的分類及應用根據(jù)鐵磁材料的電磁性能，可以將其分為以下三類：1）軟磁材料

其主要特點是磁導率高，容易磁化和退磁，磁滯損耗小，如硅鋼片、鑄鋼和鐵氧體等。常用于制造電動機、變壓器和電器的鐵心。2）硬磁材料

其主要特點是剩磁大，如鈷鋼、錳鋼和鎢鋼等。常用于制造永久磁鐵、揚聲器和電工儀表等。3）矩磁材料

其特點是受較小的磁場作用就可以達到飽和，而去掉磁場后仍能保持飽和狀態(tài)，如錳鎂鐵氧體、鋰錳鐵氧體和某些鐵鎳合金等。矩磁材料具有一定的“記憶”功能，常用于制造存儲數(shù)據(jù)的磁心、磁鼓、磁帶和磁盤等，廣泛用于電子技術和計算機技術中。§3-1磁路及其應用二、鐵磁材料中的能量損耗1．磁滯損耗當鐵心在交變磁場作用下反復磁化時，內部磁疇由于反復取向，克服磁疇之間阻力而產(chǎn)生發(fā)熱損耗，這種能量損失稱為磁滯損耗。可以證明，鐵磁材料的磁滯損耗與該材料磁滯回線包圍的面積成正比。磁滯回線越寬，剩磁越大，損耗也就越大。同時勵磁電流頻率越高，磁滯損失也越大。

2．渦流損耗如圖3-2a所示，當線圈中通入交流電流時，鐵心中的交變磁通在鐵心中產(chǎn)生感應電動勢和感應電流，由于感應電流在鐵心中自然形成閉合回路，且成旋渦狀，故稱為渦流。§3-1磁路及其應用圖3-2

渦流a)渦流的產(chǎn)生b)渦流的減少因鐵心有一定的電阻，故鐵心內產(chǎn)生渦流時，使鐵心發(fā)熱，造成能量損失，由渦流造成的電能損失稱為渦流損耗。為了減少渦流，電工設備的鐵心采用彼此絕緣的硅鋼片疊成，如圖3-2b所示。§3-1磁路及其應用三、磁路磁力線通過的閉合路徑稱為磁路。常把線圈繞在用鐵磁材料制成一定形狀的鐵心上，以使磁通能夠集中在規(guī)定的路徑內。當繞在鐵心上的線圈通電后，鐵心內就形成磁路。a)單相變壓器磁路b)直流電動機磁路c)電磁鐵磁路圖3-3幾種常見的磁路§3-1磁路及其應用繼續(xù)返回四、電磁鐵圖3-3c為電磁鐵的磁路，電磁鐵主要由固定鐵心、線圈和銜鐵三部分組成，如圖3-4所示。其中鐵心和銜鐵通常用整塊鋼材制成。當線圈通過電流時，鐵心磁化產(chǎn)生電磁吸力將銜鐵吸合，帶動與之聯(lián)動的其他機構動作。a)馬蹄式b)拍合式c)螺管式圖3-4電磁鐵的幾種結構形式§3-2磁路的基本物理量及磁路定律

§3-2磁路的基本物理量及磁路定律

一、磁路的基本物理量1、磁感應強度

磁感應強度是表示磁場內某點磁場強弱和方向的物理量，它是一個矢量。磁場內某一點的磁感應強度可用該點磁場作用于1m長通有1A電流的導體上的力來衡量，該導體與磁場方向垂直。磁感應強度與電流之間的方向可用右手螺旋定則來判斷，其大小為磁感應強度的單位為特斯拉（T）。

§3-2磁路的基本物理量及磁路定律2、磁通在均勻磁場中，磁感應強度與垂直于磁場方向的面積的乘積，稱為通過該面積的磁通。用表示，即磁感應強度在數(shù)值上等于與磁場方向垂直的單位面積上通過的磁通，故又稱磁通密度。磁通的單位為韋伯（Wb）3、磁導率

磁導率是表示物質導磁性能的物理量，磁導率的單位是亨/米（H/m），真空中磁導率是一個常數(shù)。

或§3-2磁路的基本物理量及磁路定律某種物質的磁導率與真空中磁導率的比值，稱為該物質的相對磁導率，用表示非鐵磁材料：，如銅、銀、空氣、木材等。鐵磁材料：，如鐵、鎳、鈷及其合金等。4、磁場強度

磁場強度是反映磁場強弱和方向的輔助物理量。磁場中某一點的磁場強度等于磁場中該點的磁感應強度與媒介質磁導率的比值，方向與所在點的磁感應強度方向一致，即磁場強度的單位為安/米（A/m）。§3-2磁路的基本物理量及磁路定律二、磁路定律1、安培環(huán)路定律安培環(huán)路定律是磁路的基本定律，它反映了磁場與產(chǎn)生磁場的電流之間的關系。該定律指出：在磁場中，任意選擇一條閉合路徑，若該路徑上各點磁場強度大小相等，方向與各點的切線方向相同，則磁場強度與閉合路徑長度的乘積等于被該閉合線包圍的各導體電流的代數(shù)和，其表達式為§3-2磁路的基本物理量及磁路定律2、磁路的歐姆定律（圖3-5）磁路各點的磁感應強度為通過各截面的磁通為磁動勢單位為安匝磁阻單位為A/Wb§3-2磁路的基本物理量及磁路定律繼續(xù)返回圖3-5均勻磁路§3-3

變壓器§3-3變壓器

變壓器是用來將某一數(shù)值的交流電壓轉換成同頻率另一數(shù)值交流電壓的電氣設備。變壓器的種類很多，按用途分類為：電力變壓器和特種變壓器。一、變壓器的結構變壓器由鐵心和繞組等部分組成，圖3-6所示為單相雙繞組變壓器。鐵心構成了變壓器的磁路部分，為了減小磁滯損耗和渦流損耗，變壓器鐵心是用0.35～0.5mm厚的硅鋼片疊制而成。繞組構成了變壓器的電路部分，其中與電源相聯(lián)繞組稱為一次繞組（匝數(shù)為），與負載相聯(lián)繞組稱為二次繞組（匝數(shù)為）。

§3-3變壓器

圖3-6單相變壓器的基本結構a)芯式變壓器b)殼式變壓器§3-3變壓器二、變壓器的工作原理1．變壓器的空載運行

當變壓器一次繞組加額定交流電壓，二次繞組開路時，稱為變壓器的空載運行，如圖3-7a所示。在外加電壓的作用下，一次繞組中有電流通過，稱為空載電流，通常變壓器的空載電流為額定電流的3%～8%。在一次繞組中建立磁動勢，在這一磁動勢作用下，鐵心中產(chǎn)生交變的主磁通與漏磁通。主磁通同時與一次繞組和二次繞組交鏈，分別產(chǎn)生主磁感應電動勢和。漏磁通只與一次繞組交鏈，在一次繞組中產(chǎn)生漏感應電動勢。§3-3變壓器圖3-7單相變壓器的工作原理

a)空載時b)負載時§3-3變壓器可見，變壓器空載運行時，一、二次繞組上電壓的比值等于兩者的匝數(shù)比，這個比值稱為變壓器的變比。當一、二次繞組的匝數(shù)不同時，變壓器就可以把某一數(shù)值的交流電壓變換為同頻率的另一數(shù)值的電壓，這就是變壓器的電壓變換作用。

2．變壓器的負載運行變壓器一次繞組接電源，二次繞組接負載，二次側輸出電流，稱為變壓器的負載運行，如圖3-7b所示。變壓器負載運行時磁動勢平衡方程式負號說明和相位相反，即對有去磁作用§3-3變壓器由于空載電流值較小,于是即★表明變壓器一、二次繞組電流之比等于它們的匝數(shù)比的倒數(shù)。改變一、二次繞組的匝數(shù)，可以改變一、二次繞組電流的比值，這就是變壓器的電流變換作用。§3-3變壓器變壓器的阻抗變換原理如圖3-8所示。因為

所以

★當變壓器二次側接有負載阻抗時，折算到一次側的等效阻抗等于負載阻抗乘以變比的平方，這就是變壓器的阻抗變換作用。三、變壓器的功率和效率變壓器負載運行時，內部損耗包含兩部分，即銅損耗和鐵損耗。銅損耗是變壓器運行時，在其一、二次繞組電阻上所消耗的電功率；3．變壓器的阻抗變換作用§3-3變壓器圖3-8變壓器的阻抗變換§3-3變壓器它與負載電流大小有關，鐵損耗是交變主磁通在鐵心中產(chǎn)生的磁滯損耗和渦流損耗，它與鐵心的材料、電源電壓及電源頻率有關。所以變壓器輸入功率

輸入功率輸出功率功率因數(shù)相位差變壓器的效率為輸出功率與輸入功率的比值，通常用百分數(shù)表示，即§3-3變壓器變壓器的額定容量等于二次側額定電壓與額定電流的乘積，即如果忽略變壓器的損耗，可以近似認為變壓器一、二次的額定容量近似相等。即視在功率四、三相變壓器

三相變壓器的基本結構如圖3-9所示。

三相變壓器的一、二次繞組可以分別接成星形（用Y或y表示）和三角形（用D或d表示）。因此，三相變壓器可組成星形—星形（有中性線）Yyn、星形—三角形Yd、三角形—三角形Dd等。

§3-3變壓器圖3-9三相變壓器的基本結構§3-3變壓器當三相變壓器Yyn接法時，輸出端為四線制，可輸出兩種電壓，即線電壓和相電壓。