[工学]第七章磁路与变压器江苏大学电工电子电工课件

合集下载

第七章磁路与变压器江苏大学电工电子电工课件

江苏大学电工电子教研室
磁路与变压器
几种常见磁性物质的磁化曲线
磁化曲线：就是磁感应强度与磁场强度的关系曲线，与磁场强度H的关系曲线磁化曲线：就是磁感应强度B与磁场强度的关系曲线，是进行磁路计算不可缺乏的资料，它由实验方法获得。行磁路计算不可缺乏的资料，它由实验方法获得。下面给出三种常用铁磁材料的B-H曲线曲线下面给出三种常用铁磁材料的 B/T 1.8 1.6 1.4 1.2 1.0 0.8 0.6 0.4 0.2
Φ
B=
φ
S
[特斯拉特斯拉(T)] 特斯拉
江苏大学电工电子教研室
磁路与变压器
磁场强度H 磁场强度
磁场强度用矢量H表示，方向与磁感应强度相同相同。代磁场强度用矢量表示，方向与磁感应强度B相同。H代表示表电流本身在真空中所产生的磁场的强弱，表电流本身在真空中所产生的磁场的强弱，其大小只与产生该磁场的电流大小成正比，与介质的性质无关。生该磁场的电流大小成正比，与介质的性质无关。
江苏大学电工电子教研室
磁路与变压器
再如绕在铁心上的线圈通以较小的电流（励磁电流），再如绕在铁心上的线圈通以较小的电流（励磁电流），便能得到较强的磁场，磁通的绝大部分通过铁心构成回路，便能得到较强的磁场，磁通的绝大部分通过铁心构成回路，这种磁通的路径称为磁路。这种磁通的路径称为磁路。
r
N匝 H S
−Hc
−Hm
0
− Br
Hc Hm
H
这种磁感应强度的变化滞后于磁场强度的变化的现象称为~。场强度的变化的现象称为。
矫顽力注：图中箭头表示反复磁化的过程
磁滞回线
磁性物质不同，其磁滞回线和磁化曲线也不同。磁性物质不同，其磁滞回线和磁化曲线也不同。

《电工电子技术》——磁路与变压器共45页

END
《电工电子技术》——磁路与变压器
51、没有哪个社会可以制订一部永远适用的宪法，甚至一条永远适用的法律。 ——杰斐逊 52、法律源于人的自卫本能。——英格索尔
53、人们通常会发现，法律就是这样一种的网，触犯法律的人，小的可以穿网而过，大的可以破网而出，只有中等的才会坠入网中。 ——申斯通 54、法律就是法律它是一座雄伟的大夏，庇护着我们大家；它的每一块砖石都垒在另一块砖石上。 ——高尔斯华绥 55、今天的法律未必越轨。——华盛顿 17、一个人即使已登上顶峰，也仍要自强不息。——罗素·贝克 18、最大的挑战和突破在于用人，而用人最大的突破在于信任人。——马云 19、自己活着，就是为了使别人过得更美好。——雷锋 20、要掌握书，莫被书掌握；要为生而读，莫为读而生。——布尔沃

磁路与变压器

5
2. 磁通磁通是磁感应强度矢量的通量，是指穿过某一截面S的磁力线条数，用Φ表示，单位是Wb，称为韦伯。在均匀磁场中，各点磁感应强度大小相等，方向相同。当所取截面S与磁力线方向垂直时，有
Φ BS 或 B Φ
(7.2)
S
从式(7.2)可看出，B也可理解为单位截面上的磁通，即穿过单位截面的磁力线条数，故又称为磁通密度，简称磁密。
第二定律。
23
4. 磁路的计算在进行磁路计算时，首先要注意几个问题。 1) 主磁通与漏磁通主磁通又称为工作磁通，即工作所要求的闭合磁路的磁通，如图7.7中的Φ即为主磁通。漏磁通是不按所需的工作路径闭合的磁通，如图7.7中的 Φσ所示。漏磁通很小，一般只有工作磁通的千分之几，因而常可忽略不计。
15
图7.4 不同材料的磁滞回线 (a) 永磁材料；(b) 软磁材料；(c) 矩磁材料
16
7.2 磁路计算的基本定律
1. 安培环路定律任何磁场都是由电流产生的，磁路中的磁场也不例外。安培环路定律说明了产生磁场的电流与所产生的磁场强度之间的定量关系，它表述为：在磁场中沿任何闭合回路的磁场强度H的线积分等于通过闭合回路内各电流的代数和。用数学式表示为
磁通为Φ2和Φ3，则根据物理学中磁通连续性原理可知：
Φ1=Φ2+Φ3
或
Φ1－Φ2－Φ3=0
推广到一般情况，对任意闭合面的总磁通有：
∑Φk=0 这一关系与电路中的基尔霍夫第一定律相对应，可称为磁路
的基尔霍夫第一定律。
另外，若在图7.6所示的磁路中，任取一闭合磁路 ABCDA，其中：CDA段平均长度为L1，AC段平均长度为L2， ABC段平均长度为L3。则根据全电流定律得到
36

磁路与变压器-课件

B
A
-Hm O
Hm H
对应于不同的Hm，将得到一系列的磁滞回线，
将各磁滞回线的顶点与原点O连接起来，得到一条曲线OA，称为标准磁化曲
线，它是分析与计算磁路的依据。
磁性材料按其磁滞回线的特点，可以分为三类：
（1）软磁材料：
磁滞回线较窄，比如铸铁、铸钢等。一般用来制造变压器、电机等的铁芯。
HlNI
Hl：称为磁压降。
线圈匝数N
I
磁路长度l
F=NI：称为磁动势。
在非均匀磁路中，各段磁压降之和等于总磁动势。
H lN IF
I
N
l0
总磁动势
l
例
HlH0l0NI
2.2 磁路欧姆定律
Φ
对于均匀磁路 Hl Bl l I
S
S
N
l
令
Rm
l
S
Rm 称为磁阻
则 HlRm
又 HlN IF ∴ Rm F
磁路与变压器
精品
在很多电工设备中（变压器、电磁
铁、电工测量仪表、电机等），不仅有电路问题，同时还有磁路问题，只有同时掌握了电路和磁路的基本理论，才能对各种电工设备做全面的分析。
§1 磁场的基本物理量
1 磁感应强度B
磁感应强度B是用来表示磁场内某点磁场强弱和方向的物理量。它是一个矢量。
B的大小
材料和绝缘材料的导电系数相差特别大，因此在分析电路时很少考虑漏电流；但在磁路中，由于磁性材料的磁导率只比非磁性材料的磁导率大几千或几万倍，所以漏磁在很多情况下是不能忽略的，或者说，不存在磁的绝缘材料。
F
Rm
磁路欧姆定律
2.3 磁路与电路的比较

电工技术之磁路和变压器(ppt 33页)_1143

线几乎成矩形。
2021/2/23
7.2 交流铁心线圈电路
7.2.1 电磁关系
设线圈的电阻为R，主
i
Φ
磁电动势为e和漏感电动势 + e
为eσ，由KVL，有：
u e
Φσ
－
uee i R
设主磁通按正弦规律变化： msint，则：
e N d d tN m co t s E m sitn 9 ( )0
2．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)。
BS
3．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 04107H/m 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。非铁磁物质μr近似为1，铁磁物质的μr远大于1。
+ －
(a) 电磁铁的磁路 (b) 变压器的磁路 (c) 直流电机的磁路7.1.1 磁路ຫໍສະໝຸດ 基本物理量1．磁感应强度B
磁感应强度B是表示磁场内某点磁场强弱及方向的物理量。 B的大小等于通过垂直于磁场方向单位面积的磁力线数目，B的方向用右手螺旋定则确定。单位是特斯拉(T)。
若闭合回路上各点的磁场强度相等且其方向与闭合回路的切线方向一致，则：
H lIN IF
F = N I 称为磁动势，单位是安（ A ）。
2．磁路欧姆定律
BSHSNISNI F
l
l Rm
S
l 称为磁阻，表示磁路对磁
R m S 通的阻碍作用。

电工技术(6)磁路与变压器-PPT文档资料

• -Br
-Bm 磁滞回线济南铁道职业技术学院
几种常见磁性物质的磁化曲线
B/T
1.8 1.6 1.4 1.2 1.0 0.8 0.6 0.4 0.2 1 2 3 4 5 6 7 8 9
电工技术电工技术 10 103 H/(A/m)
c b
c b
a 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9
非铁磁材料没有磁畴结构，所以不具有磁化结构。
济南铁道职业技术学院
2、磁饱和性
电工技术电工技术
铁磁材料由于磁化所产生的磁化磁场不会随着外磁场的增强而无限的增强。当外磁场增大到一定程度时，磁性物质的全部磁畴的磁场方向都转向与外部磁场方向一致，磁化磁场的磁感应强度将趋向某一定值。如图。 B b BJ 磁场内铁磁材料的磁化磁场 B • 的磁感应强度曲线； a B B0 磁场内不存在铁磁材料时的磁感应强度直线； B BJ曲线和B0直线的纵坐标相加即磁场的 B-H 磁化曲线。
第七章磁路与变压器
7.1 磁路的基本知识
7.2 交流铁心线圈电路 7.3 变压器的结构和工作原理 7.4 变压器的额定值和运行特性 7.5 常用变压器和电磁铁
电工技术电工技术
济南铁道职业技术学院
7—1 磁路的基本知识一、磁路的概念
电工技术电工技术Fra bibliotek在电机、变压器及各种铁磁元件中常用铁磁材料做成一定形状的铁心。铁心的磁导率比周围空气或其它物质的磁导率高的多，磁通的绝大部分经过铁心形成闭合通路，磁通的闭合路径称为磁路。

B dS
S
磁感应强度B在数值上可以看成为与磁场方向垂直的单位面积所通过的磁通,故又称磁通密度。磁通的单位:韦[伯](Wb) 1Wb =1V· s

电工与电气设备课件：变压器

磁通的单位:韦[伯](Wb) 1Wb =1V·s
1.3 磁场强度
磁场强度H ：介质中某点的磁感应强度 B 与介质
磁导率之比。 H B
磁场强度H的单位：安培/米（A/m)
9
上一页下一页
安培环路定律（全电流定律）
Hdl I
I1 H
式中： H d l 是磁场强度矢量沿任意闭合
I2
线(常取磁通作为闭合回线)的线积分；
31
上一页下一页
变压器的结构
绕组绕组是变压器的电路部分，它是由铜或铝的绝缘导线绕制而成。为了便于绝缘，低压绕组靠近铁心柱，高压绕组套在低压绕组外面。
32
上Hale Waihona Puke 页下一页变压器的结构油箱
油浸式变压器的器身浸在变压器油的油箱中。油是冷却介质，又是绝缘介质。油箱侧壁有冷却用的管子（散热器或冷却器），对于强迫油循环风冷变压器，电动泵从油箱顶部抽出热油送入散热器管簇中，这些管簇的外表受到来自风扇的冷空气吹拂，使热量散失到空气中去，经过冷却后的油从变压器油箱底部重新回到变压器油箱内。
34
变压器的结构
上一页下一页
分接开关
变压器的结构
变压器常用改变绕组匝数的方法来调压。一般从变压器的高压绕组引出若干抽头，称为分接头，用以切换分接头的装置叫分接开关。分接开关分为无载调压和有载调压两种，前者必须在变压器停电的情况下切换；后者可以在变压器带负载情况下进行切换。分接开关安装在油箱内，其控制箱在油箱外，有载调压分接开关内的变压器油是完全独立的，它也有配套的油箱、瓦斯继电器、呼吸器。
BJ 磁场内磁性物质的磁化磁场
的磁感应强度曲线；
B0 磁场内不存在磁性物质时的
磁感应强度直线；

电子技术(电工学Ⅱ)(第3版)课件：磁路与变压器

1 2 3 4 5 6 7 8 9 (×103) H/(A/m)
c
c
b
b
a
a
H/(A/m) 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1.0 (×103)
图7-7 不同材料的磁化曲线
【例7-1】一个闭合的均匀的铁心线圈，其匝数为300，铁心中的磁感应强度为0.9T，磁路的平均长度为45cm，试求：(1)铁心材料为铸铁时线圈中的电流；(2)铁心材料为硅钢片时线圈中的电流。
F
线
圈
铁心
拍合式
螺管抽吸式
铁心
F
F
线圈
衔
直动式
铁
常见电磁铁的结构
7.6.2 电磁铁吸力的计算根据电源类型电磁铁分为直流电磁铁和交流电磁铁两种。
直流电磁铁吸力的大小与气隙的截面积S0及气隙中的磁感应强度B0的平方成正比。基本公式如下：
F
10 7 8π
B02 S0
交流电磁铁磁感应强度周期性交变，其吸力是周期性变化
铜损 (PCU) ：绕组导线电阻所致。
铁损( PF)E：
磁滞损失：磁滞现象引起铁芯发热，造成的损失。
涡流损失：交变磁通在铁芯中产生
P2
P1
P2
P2 PFe
的感应电流（涡流），
P造Cu成的损失。
变压器绕组极性
同极性端(同名端) 当电流流入两个线圈(或流出）时，若产生的磁通
方向相同，则两个流入端称为同极性端（同名端）。或者说，当铁芯中磁通变化（增大或减小）时，在两线圈中产生的感应电动势极性相同的两端为同极性端。
P I2
100 42
6.25
Ω
RFe

1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。

H= B
[安/米(A／m)]
导磁系数μ
磁导率是衡量物质导磁能力的物理量单位：亨利/米(H/m)
真空磁导率： 04107H/m
导磁性能物质
非磁性物质
0
磁性物质 0
7.2 铁磁材料
磁性材料主要指铁、镍、钴及其合金等。
一、铁磁材料的特性 1 高导磁性
通常，磁性材料的磁导率，其0 比值可高达数百、
磁路的基尔霍夫第二定律
三、磁路的欧姆定律（定性）
NI Hl
B
l
S
l
S
l
S
l
NI
l S
F Rm
磁动势
不是常数
磁阻
磁路的欧姆定律：由励磁电流在磁路中产生的磁通量，与磁动势 F成正比，与磁路的磁阻成反比。
典型结构
表磁路和电路的比较磁路
(待续) 电路 I
I N
+
E
RU
_
对应的物理量
导磁系数 μ
S
磁通φ
垂直穿过某一面积S 的磁感线的总根数单位：韦伯Wb
磁感应强度B 磁感应强度是表征磁场中某一点磁场强弱和方向的一个
物理量，用矢量B表示。通常用垂直于该处单位面积上的磁力线的疏密来反映
磁感应强度的大小。
B S
[特斯拉(T)]
磁场强度H
磁场强度用矢量H表示，方向与磁感应强度B相同。H代表电流本身在真空中所产生的磁场的强弱，其大小只与产生该磁场的电流大小成正比，与介质的性质无关。
N匝 r
I
H S
二、磁路的安培环路定律(全电流定律)（定量计算）
基本内容：磁场中，磁场强度H沿任意闭合路径的线积分等于
该闭合路径所包围电流的代数和，即
Hdl I
l
I I2
1
I
3
H
规定：当电流的方向与闭合路径绕向之间符合右螺旋定则时，电流取正号，反之取负号。
若：某环形线圈如图，其中媒质是均匀的, 则根据安培环路定律
N匝 H d l H 1d l H2r
r H
l
l
H l N I (其中：l2r)
S
I
故： Hl NI
若：沿积分路径可将磁路分成n段，且每段中磁场强度H的大
小不变，则定律表示为 n
磁压降
H klk I
k 1
磁动势
此式可理解为：沿磁路一周，各段磁路磁压降的代数和等于与中
心环路交链的磁动势的代数和。
磁路计算举例
• 一般已知磁通量，求磁动势，分析步骤如下：
1.计算各段磁路的磁感应强度，磁通是闭合的。 2.计算各段磁场强度，空气隙根据公式计算，铁磁性
物质查磁化曲线。 3.计算总磁压降，即磁动势。 4.根据F=IN计算出励磁电流。
例如图所示线圈为直流铁心线圈，其铁心由铸钢制成。
铁心尺寸为：S1=20cm2，l1=45cm，S2=25cm2， l2=15cm， l3=2cm，空气隙厚度δ=0.1cm。
矩磁材料较小矫顽力较大剩磁磁滞回线矩形
稳定性好
记忆元件、开关元件逻辑元件
7.3 磁路的基本定律
一、磁路
i
线圈通入电流后，产生磁通，分主磁通和漏磁通。
：主磁通
u1
u 2
：漏磁通
线圈
铁心（导磁性能好的磁性材料）
磁路：主磁通所经过的闭合路径,主要由流（励磁电流），便能得到较强的磁场，磁通的绝大部分通过铁心构成回路，这种磁通的路径称为磁路。
1.6 1.4 1.2 1.0
c a 铸铁
b
b 铸钢
0.8 0.6
a c 硅钢片
0.4
0.2
O
H/(A/m) 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9
3 磁滞性
剩磁 B
Br
磁滞现象：当铁心线圈中通入交流电时，随着与电流成正比的磁场强度H的交变，磁感应强
H c
度B将沿着图示闭合曲线变化。
磁化曲线反映了铁磁物质的磁导率不是常数。磁饱和现象的存在使得磁路分析问题成为非线性问题，因此，磁路分析要比电路分析复杂得多。
几种常见磁性物质的磁化曲线
磁化曲线：就是磁感应强度B与磁场强度H的关系曲线，是进行磁路计算不可缺乏的资料，它由实验方法获得。
下面给出三种常用铁磁材料的B-H曲线
B/T
1.8
磁动势 F 磁压降 Hl
磁通
磁阻 Rm
磁导率
电动势 E 电压 U
电流 I
电阻 R
电导率
(续上页)
对应的关系式
表磁路和电路的比较
磁路
磁阻
l Rm S
磁路的欧姆定律
电路
电阻
R l
S
电路的欧姆定律
F Rm
磁路的基尔霍夫定律
I E R
电路的基尔霍夫定律
0 HlI
I 0 IRE
数千甚至数万，这是由它们的内部结构决定的。
2 磁饱和性
磁性物质的磁化曲线(即：B-H曲线)由实验方法测得，如图所示。
B
cd
b
B-H 磁化曲线的特征： Oa段:B随H的增加比较缓慢；
ab段:B与H几乎成正比地增加；
a
bc段:B的增加缓慢下来；
O
初始磁化曲线
(B-H曲H线c)d段:B随H增加很少，达到磁饱和。
H m
0 H c H m H 这种磁感应强度的变化滞后于磁
Br
场强度的变化的现象称为~。
矫顽力
磁滞回线
注：图中箭头表示反复磁化的过程
磁性物质不同，其磁滞回线和磁化曲线也不同。
二、铁磁材料的分类
特点软磁材料易磁化易退磁较小矫顽力磁滞回线窄
电机、变压器、继电器、电表的铁心
铁磁材料
硬磁材料磁滞回线较宽较大矫顽力剩磁很大永久磁铁
H1=2.1×103A/m
H2=1.1×103A/m
空气隙的磁场强度H0可计算为
H 0 B 0 04 1 1 0 .4 T 7H /m 1 1 .1 4 1 0 5A /m
第三步：计算各段的磁压降
H1l1=2.1×103A/m×0.45m=0.945×103A H2l2=1.1×103A/m×0.15m=0.165×103A 2H2l3=2×1.1×103A/m×0.02m=0.044×103A 2H0δ=2×11.14×105A/m×0.001m=2.228×103A
现要产生Φ=2.8×10-3Wb的磁通量，若用直流励磁，求所需要的磁动势F。
解：第一步：由磁通量求出各段磁路中的磁感应强度。
2.8103Wb
B1S120104m2 1.4T
B2S2 22.58 110043W m2b1.12T
第二步：根据B1、B2值，查铸钢的磁化曲线，找出对应的
磁场强度H1、H2，得
内容
7.1 磁路中的基本物理量 7.2 铁磁材料 7.3 磁路的基本定律 7.4 铁心线圈 7.5 变压器 *7.6 电磁铁
磁路的基本定律
交流铁心线圈的电磁关系
重
点
变压器的工作原理和功能
变压器的额定值及损耗和效率
绕组的极性
7.1 磁路中的基本物理量
磁通φ
磁感应强度B
磁场强度H
磁路基本物理量