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1、第第6 6章章 磁路与铁心线圈电路磁路与铁心线圈电路6.3 6.3 变压器变压器6.1 6.1 磁路及其分析方法磁路及其分析方法6.2 6.2 交流铁心线圈电路交流铁心线圈电路2. 2. 了解变压器的基本结构、工作原理、运行特性和了解变压器的基本结构、工作原理、运行特性和 绕组的同极性端，理解变压器额定值的意义；绕组的同极性端，理解变压器额定值的意义； 3. 3. 掌握变压器电压、电流和阻抗变换作用；掌握变压器电压、电流和阻抗变换作用； 4 4. .了解三相电压的变换方法；了解三相电压的变换方法；本章要求：本章要求：第第6 6章章 磁路与铁心线圈电路磁路与铁心线圈电路5. 5. 了解电磁铁的基
2、本工作原理及其应用知识。了解电磁铁的基本工作原理及其应用知识。1. 1. 理解磁场的基本物理量的意义，了解磁性材料的理解磁场的基本物理量的意义，了解磁性材料的 基本知识及磁路的基本定律，会分析计算交流铁基本知识及磁路的基本定律，会分析计算交流铁 心线圈电路；心线圈电路；6.16.1 磁场的基本物理量磁场的基本物理量 6.1.16.1.1 磁感应强度磁感应强度 磁感应强度磁感应强度B B : : 表示磁场内某点磁场强弱和方向的物理量。表示磁场内某点磁场强弱和方向的物理量。磁感应强度磁感应强度B B的大小的大小: :磁感应强度磁感应强度B B的方向的方向: :与电流的方向之间符合右手螺旋定则。与电
3、流的方向之间符合右手螺旋定则。磁感应强度磁感应强度B B的单位的单位: : 特斯拉特斯拉( (T T) )，1 1T = 1Wb/mT = 1Wb/m2 2 均匀磁场均匀磁场: : 各点磁感应强度大小相等，方向相同的各点磁感应强度大小相等，方向相同的 磁场，也称磁场，也称匀强磁场匀强磁场。6.1.26.1.2 磁通磁通 磁通磁通 ：穿过垂直于穿过垂直于B B方向的面积方向的面积S S中的磁力线总数。中的磁力线总数。 说明说明: : 如果不是均匀如果不是均匀磁场，则取磁场，则取B B的平均值的平均值 。在在均匀磁场中均匀磁场中 = B S = B S 或或 B= B= / /S S磁感应强度磁感
4、应强度B B在数值上可以看成为与磁场方向垂直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的单位面积所通过的磁通, ,故又称故又称磁通密度磁通密度。 磁通磁通 的单位的单位: :韦韦 伯伯(WbWb) ) 1Wb =1V 1Wb =1Vs s6.1.36.1.3 磁场强度磁场强度磁场强度磁场强度HH ：介质中某点的磁感应强度介质中某点的磁感应强度 B B 与介质与介质磁导率磁导率 之比。之比。磁场强度磁场强度HH的单位的单位 ：安培安培/ /米（米（A/mA/m) )任意选定一个闭合回线的围绕方向，凡是电流方任意选定一个闭合回线的围绕方向，凡是电流方 向与闭合回线围绕方向之间符合右螺
5、旋定则的电流向与闭合回线围绕方向之间符合右螺旋定则的电流 作为正、反之为负。作为正、反之为负。式中：式中： 是磁场强度矢量沿任意闭合是磁场强度矢量沿任意闭合线线( (常取磁通作为闭合回线常取磁通作为闭合回线) )的线积分；的线积分； I I是穿过闭合回线所围面积的电流的代数和。是穿过闭合回线所围面积的电流的代数和。 安培环路定律安培环路定律电流正负的规定电流正负的规定：安培环路定律（全电流定律）安培环路定律（全电流定律）I I1 1HHI I2 2安培环路定律将安培环路定律将电流与磁场强度联系起来。电流与磁场强度联系起来。在在均匀磁场中均匀磁场中 Hl = IN Hl = IN 例例: : 环
6、形线圈如图，其中媒质是均匀的，环形线圈如图，其中媒质是均匀的， 试计算试计算线线 圈内部各点的磁场强度。圈内部各点的磁场强度。解解: : 取磁通作为闭合回线，以取磁通作为闭合回线，以 其其方向作为回线的围绕方向，则有：方向作为回线的围绕方向，则有：S Sx xHHx xI IN N匝匝线圈匝数与电流的乘积线圈匝数与电流的乘积NINI ，称为称为磁通势磁通势，用字母，用字母 F F 表示，则有表示，则有F = NIF = NI磁通由磁通势产生，磁通势的单位是安磁通由磁通势产生，磁通势的单位是安 培培 。式中：式中：N N线圈匝数；线圈匝数；l lx x= =2 2 x x是是半径为半径为x x的
7、圆周长；的圆周长；HHx x半径半径x x处的磁场强度；处的磁场强度；NI NI 为线圈匝数与电流的乘积。为线圈匝数与电流的乘积。故得：故得：S Sx xHHx xI IN N匝匝真空的磁导率为常数，用真空的磁导率为常数，用 0 0表示，有：表示，有：6.1.46.1.4 磁导率磁导率 磁导率磁导率 ：表示磁场媒质磁性的物理量，衡量物质表示磁场媒质磁性的物理量，衡量物质的导磁能力的导磁能力。相对磁导率相对磁导率 r r：任一种物质的磁导率任一种物质的磁导率 和真空的磁导率和真空的磁导率 0 0的比值的比值。磁导率磁导率 的单位：的单位：亨亨/ /米（米（H/mH/m）例：例：环形线圈如图，其中
8、媒质是均环形线圈如图，其中媒质是均 匀的，磁导率为匀的，磁导率为 ，试计算线圈内试计算线圈内 部各点的磁感应强度。部各点的磁感应强度。 解：解：半径为半径为x x处各点的磁场强度为处各点的磁场强度为故相应点磁感应强度为故相应点磁感应强度为S Sx xHHx xI IN N匝匝由上例可见由上例可见, ,磁场内某点的磁场强度磁场内某点的磁场强度 H H 只与电流只与电流 大小、线圈匝数、以及该点的几何位置有关，与磁大小、线圈匝数、以及该点的几何位置有关，与磁 场媒质的磁性场媒质的磁性( ( ) ) 无关；无关；而磁感应强度而磁感应强度 B B 与磁场媒与磁场媒 质的磁性有关。质的磁性有关。6.1.
9、5 6.1.5 物质的磁性物质的磁性 1. 1. 非磁性物质非磁性物质非磁性物质分子电流的磁场方向杂乱无章，几乎非磁性物质分子电流的磁场方向杂乱无章，几乎 不受外磁场的影响而互相抵消，不具有磁化特性。不受外磁场的影响而互相抵消，不具有磁化特性。 非磁性材料的磁导率都是常数，有：非磁性材料的磁导率都是常数，有：所以磁通所以磁通 与产生此磁通的电流与产生此磁通的电流 I I 成正比，呈成正比，呈 线性关系。线性关系。当磁场媒质是非磁性材料时，有：当磁场媒质是非磁性材料时，有：即即 B B与与 H H 成正比，呈线性关系。成正比，呈线性关系。由于由于O OHHB B 0 0 r r 1 1B B =
10、 = 0 0H H ( () )( ( I I ) )2. 2. 磁性物质磁性物质磁性物质内部形成许多小区域，其分子间存在的一磁性物质内部形成许多小区域，其分子间存在的一 种特殊的作用力使每一区域内的分子磁场排列整齐，种特殊的作用力使每一区域内的分子磁场排列整齐， 显示磁性，称这些小区域为磁畴。显示磁性，称这些小区域为磁畴。在外磁场作用下，磁畴方向发生变化，使之与外在外磁场作用下，磁畴方向发生变化，使之与外 磁场方向趋于一致，物质整体显示出磁性来，称为磁场方向趋于一致，物质整体显示出磁性来，称为 磁化。即磁化。即磁性物质能被磁化。磁性物质能被磁化。磁磁 畴畴外外 磁磁 场场在没有外磁场作用的普
11、通磁性物质中，各个磁畴在没有外磁场作用的普通磁性物质中，各个磁畴 排列杂乱无章，磁场互相抵消，整体对外不显磁性。排列杂乱无章，磁场互相抵消，整体对外不显磁性。磁磁 畴畴6.1.26.1.2 磁性材料的磁性能磁性材料的磁性能6.1.2.16.1.2.1 高导磁性高导磁性磁性材料的磁导率通常都很高，即磁性材料的磁导率通常都很高，即 r r 1 1 ( (如坡如坡 莫合金，其莫合金，其 r r 可达可达 2 2 10105 5 ) )。磁性材料磁性材料能被强烈的磁化，能被强烈的磁化，具有很高的导磁性能。具有很高的导磁性能。磁性材料主要指铁、镍、钴及其合金等。磁性材料主要指铁、镍、钴及其合金等。磁性物
12、质的高导磁性被广泛地应用于电工设备磁性物质的高导磁性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中，如电机、变压器及各种铁磁元件的线圈中都 放有铁心。放有铁心。磁性物质的高导磁性被广泛地应用于电工设备磁性物质的高导磁性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中，如电机、变压器及各种铁磁元件的线圈中都 放有铁心。在这种放有铁心。在这种具有铁心的线圈中通入不太大具有铁心的线圈中通入不太大 的励磁电流，便可以产生较大的磁通和磁感应强的励磁电流，便可以产生较大的磁通和磁感应强 度。度。磁性物质由于磁化所产生的磁化磁场不会随着 磁性物质由于磁化所产生的磁化
13、磁场不会随着 外磁场的增强而无限的增强。外磁场的增强而无限的增强。6.1.2.26.1.2.2 磁饱和性磁饱和性B BJ J 磁场内磁性物质的磁化磁场磁场内磁性物质的磁化磁场的磁感应强度曲线；的磁感应强度曲线；B B0 0 磁场内不存在磁性物质时的磁场内不存在磁性物质时的磁感应强度直线；磁感应强度直线； B B B BJ J曲线和曲线和B B0 0直线的纵坐标相直线的纵坐标相加即磁场的加即磁场的 B B- -HH 磁化曲线。磁化曲线。O OHHB BB B0 0B BJ JB B a a b b磁化曲线磁化曲线磁性物质由于磁化所产生的磁化磁场不会随着 磁性物质由于磁化所产生的磁化磁场不会随着
14、外磁场的增强而无限的增强。当外磁场增大到一定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。某一定值。如图。B B- -HH 磁化曲线的特征：磁化曲线的特征：O Oa a段：段：B B 与与HH几乎成正比地增加；几乎成正比地增加；abab段：段： B B 的增加缓慢下来；的增加缓慢下来；b b点以后：点以后：B B增加很少，达到饱和。增加很少，达到饱和。O OHHB BB B0 0B BJ JB B a
15、 a b b有磁性物质存在时，有磁性物质存在时，B B 与与 HH不成不成 正比，磁性物质的磁导率正比，磁性物质的磁导率 不是常不是常 数，随数，随HH而变。而变。 有磁性物质存在时，有磁性物质存在时，与与 I I 不成不成 正比。正比。 磁性物质的磁化曲线在磁路计磁性物质的磁化曲线在磁路计 算上极为重要，其为非线性曲线算上极为重要，其为非线性曲线 ，实际中通过实验得出，实际中通过实验得出。 O OHHB,B, B B 磁化曲线磁化曲线B B和和 与与HH的关系的关系6.1.2.36.1.2.3 磁滞性磁滞性磁性材料在交变磁场中反复磁化，其磁性材料在交变磁场中反复磁化，其B B- -HH关系曲线关系曲线 是一条回形闭合曲线，称为是一条回形闭合曲线，称为磁滞回线磁滞回线。磁滞性：磁滞性：磁性材料中磁性材料中磁感应强度磁感应强度B B的变化总是滞后于的变化总是滞后于外磁场变化的性质。外磁场变化的性质。磁滞回线磁滞回线O OHHB B B Br rHHc c剩磁感应强度剩磁感应强度B Br r( (剩磁剩磁) ) ：当线圈中电流减小到零当线圈中电流减小到零( (H
