第三章磁路及變壓器主要內(nèi)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(yīng)用★本章小結(jié)★§3-3變壓器

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

一、鐵磁材料的分類及應(yīng)用

1、磁化物質(zhì)按磁導(dǎo)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(zhì)未被磁化b)鐵磁物質(zhì)被磁化圖3-1

鐵磁物質(zhì)的磁化§3-1磁路及其應(yīng)用2、鐵磁材料的分類及應(yīng)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(diǎn)是磁導(dǎo)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(jī)、變壓器和電器的鐵心。2）硬磁材料

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

其特點(diǎn)是受較小的磁場作用就可以達(dá)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(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)中?！?-1磁路及其應(yīng)用二、鐵磁材料中的能量損耗1．磁滯損耗當(dāng)鐵心在交變磁場作用下反復(fù)磁化時，內(nèi)部磁疇由于反復(fù)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(dāng)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(yīng)電動勢和感應(yīng)電流，由于感應(yīng)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(yīng)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(nèi)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(shè)備的鐵心采用彼此絕緣的硅鋼片疊成，如圖3-2b所示?！?-1磁路及其應(yīng)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(nèi)。當(dāng)繞在鐵心上的線圈通電后，鐵心內(nèi)就形成磁路。a)單相變壓器磁路b)直流電動機(jī)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(yīng)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(dāng)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(jī)構(gòu)動作。a)馬蹄式b)拍合式c)螺管式圖3-4電磁鐵的幾種結(jié)構(gòu)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(yīng)強(qiáng)度

磁感應(yīng)強(qiáng)度是表示磁場內(nèi)某點(diǎn)磁場強(qiáng)弱和方向的物理量，它是一個矢量。磁場內(nèi)某一點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度可用該點(diǎn)磁場作用于1m長通有1A電流的導(dǎo)體上的力來衡量，該導(dǎo)體與磁場方向垂直。磁感應(yīng)強(qiáng)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(yīng)強(qiáng)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(yīng)強(qiáng)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(yīng)強(qiáng)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(dǎo)率

磁導(dǎo)率是表示物質(zhì)導(dǎo)磁性能的物理量，磁導(dǎo)率的單位是亨/米（H/m），真空中磁導(dǎo)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(zhì)的磁導(dǎo)率與真空中磁導(dǎo)率的比值，稱為該物質(zhì)的相對磁導(dǎo)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(qiáng)度

磁場強(qiáng)度是反映磁場強(qiáng)弱和方向的輔助物理量。磁場中某一點(diǎn)的磁場強(qiáng)度等于磁場中該點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度與媒介質(zhì)磁導(dǎo)率的比值，方向與所在點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度方向一致，即磁場強(qiáng)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(guān)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(diǎn)磁場強(qiáng)度大小相等，方向與各點(diǎn)的切線方向相同，則磁場強(qiáng)度與閉合路徑長度的乘積等于被該閉合線包圍的各導(dǎo)體電流的代數(shù)和，其表達(dá)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(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)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(zhuǎn)換成同頻率另一數(shù)值交流電壓的電氣設(shè)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(jié)構(gòu)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(gòu)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(gòu)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(fù)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(jié)構(gòu)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(yùn)行

當(dāng)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(yùn)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(yīng)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(yīng)電動勢?！?-3變壓器圖3-7單相變壓器的工作原理

a)空載時b)負(fù)載時§3-3變壓器可見，變壓器空載運(yùn)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(dāng)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(fù)載運(yùn)行變壓器一次繞組接電源，二次繞組接負(fù)載，二次側(cè)輸出電流，稱為變壓器的負(fù)載運(yùn)行，如圖3-7b所示。變壓器負(fù)載運(yùn)行時磁動勢平衡方程式負(fù)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變壓器變壓器的阻抗變換原理如圖3-8所示。因?yàn)?/p>

所以

★當(dāng)變壓器二次側(cè)接有負(fù)載阻抗時，折算到一次側(cè)的等效阻抗等于負(fù)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(fù)載運(yùn)行時，內(nèi)部損耗包含兩部分，即銅損耗和鐵損耗。銅損耗是變壓器運(yùn)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(fù)載電流大小有關(guān)，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(guān)。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?jǐn)?shù)表示，即§3-3變壓器變壓器的額定容量等于二次側(cè)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(rèn)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(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)§3-3變壓器當(dāng)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。