电工电子应用技术 磁路与变压器的应用、变压器 磁路与变压器的应用.docVIP

PAGE PAGE 1 单元五 磁路与变压器的应用 内容提要 内容提要 本单元主要研究磁场的基本物理量和基本定律、铁磁物质的磁化、磁路和磁路定律、交流铁心线圈、变压器等内容。重点是磁路的基本理论、铁心线圈的电磁关系以及变压器的结构、工作原理和使用方法。 学习目标 了解磁路基本物理量和基本定律，以及铁磁材料的磁性能； 会进行磁路分析； 了解电磁铁的特点； 牢固掌握变压器的工作原理和使用方法； 会识别变压器类型，正确使用变压器。 应用提示 工程中应用的各种电机、电器和电工仪表中，存在着电与磁的相互作用和相互转化。因此必须研究磁和电之间的关系，掌握磁路的基本规律，才能对各种电工设备作全面的分析和应用。本单元的基本概念是分析、设计和使用电机、电器的基础；交流铁心线圈的电磁关系是分析交流电机的理论基础。 5.1 磁场的基本知识 具有吸引铁、钴、镍等物质的性质为磁性。具有磁性的物体为磁体。使原来不带磁性的物体具有磁性的过程为磁化。天然存在的磁铁为天然磁铁，人造的磁铁为人造磁铁。磁体周围存在磁力作用的空间为磁场。通过磁场可以使互不接触的物体之间具有相互作用。 电流的周围也存在着磁场。电和磁是相互联系的两个基本现象，几乎所有电器设备的工作原理都与电和磁紧密相关。产生电磁场的电流为励磁电流。磁场的特性可用磁感应强度、磁通、磁场强度和磁导率等物理量描述。 5.1.1 磁场的基本物理量 1.磁感应强度 磁感应强度用来表示磁场中某点磁场力大小和方向，是一个矢量，用表示。其方向就是放置在该点的小磁针极所指的方向。若是由电流产生的磁场，其方向与励磁电流满足右手螺旋定则。其大小与磁场力、励磁电流、导体长度和放置位置等因素有关：在磁场中一点放一小段长度为、电流为，与磁场方向垂直的导体，若该导体所受磁场力为，则该点磁感应强度的大小为 （5-1 磁感应强度的单位，在国际单位制（SI）中是特斯拉（），简称特。在电磁单位制中是高斯（）。两者的关系是。 为了使磁场的分布状况形象化，常用磁力线描述磁场。磁力线上每一点的切线方向就是这一点的磁场方向；磁力线的疏密程度可以表示磁感应强度大小：磁感应强度大的地方磁力线密，小的地方磁力线疏。 如果磁场内各点的磁感应强度大小相等，方向一致，这样的磁场称为匀强磁场。 2.磁通 磁感应强度矢量的通量称为磁通，用来描述磁感应强度在一定空间范围内累积的效果。用表示。其定义为：磁感应强度与垂直于磁场方向的面积的乘积，称为通过该面积的磁感应强度的通量，简称磁通。 对于匀强磁场且磁场方向与面垂直，则 （5-1 对于非匀强磁场，则取的平均值： (5-1 相应的磁通也可以用磁力线描述：通过与磁场方向垂直的磁力线总数就是该面积的磁通。因此磁感应强度也叫做磁通密度。当面积一定时，通过的磁力线越多，磁通越大，磁场越强。如变压器、电磁铁提高效率的方法之一减小漏磁通，使磁力线尽量提高铁心的截面积。 磁通的单位在国际单位制（SI）中是韦伯（）。在电磁单位制中是麦克斯韦（）。两者的关系是。 通过线圈的电流与线圈匝数的乘积称为磁通势，可表示为 由于磁力线是无头无尾的闭合曲线，所以穿入任意闭合曲面的磁力线总数必定与穿出该曲面的磁力线总数相等，即磁场中通过任意封闭曲面的磁通恒等于零，其数学表达式为 (5-1 这就是磁通连续性定理。 3.磁导率 用一个插入软铁棒的通电线圈去吸引铁屑，然后把软铁棒换成铜棒再去吸引铁屑，会发现吸力下降很多。这说明不同物质对磁场的影响不同，影响的程度与物质的导磁性能有关。 磁导率就是表示物质导磁性能的物理量，它反映了介质在磁场中的导磁能力，用表示。在国际单位制中，磁导率的单位是亨利/米（）。 不同物质的导磁能力差别很大，例如真空的磁导率为。而有些物质，比如硅钢的磁导率比真空要高出几千倍。为了比较不同物质的磁导率，以真空磁导率作为基准，把其它物质的磁导率与真空磁导率的比值称为物质的相对磁导率，即 (5-1 用相对磁导率表示物质的导磁能力更清楚也更方便，并且可以由手册查出，更加通用。 物质按其导磁性能可分为非磁性物质（又分为顺磁性物质和反磁性物质）和磁性物质两大类。非磁性物质的导磁性能较差，其相对磁导率近似等于1（其中顺磁性物质，如空气、铝、铂等，相对磁导率略大于1大约1.000003—1.00001之间；反磁性物质，如氢、铜等，略小于