电工技术5磁路与变压器.doc

第五章 磁路和变压器 [目的要求] 熟练掌握变压器变换电压、电流、阻抗的关系，并会熟练运用。 [重点] 变压器变换器变换电压、电流、阻抗的关系式；自藕变压器 [难点] 三相变压器的使用 第一讲 变压器是一种以电磁感应原理为基础的常见的电气设备。本章在叙述磁路概念的基础上，重点叙述了变压器的运行原理及其使用，它包括：变压器的用途与结构、单相变压器和三相变压器，最后简要介绍了一些特殊变压器（自藕变压器和电流互感器）。 很多电工设备，如变压器、电机、磁电式电工测量仪表、控制及保护装置中几乎都离不开铁心线圈。其中，线圈构成电路的问题，电路的基本原理和理论已在前四章讨论分析；铁心构成磁路的问题，它的基本理论将在本章讨论。学习磁路的主要目的是要了解磁场的基本性质及电路与磁路的相互关系以及电与磁的关系。本章就在磁路的基础上研究分析变压器的运行原理。 第一节 磁路的基本概念 诸如变压器、电机、磁电式仪表等电工设备，为了获得较强的磁场，常常将线圈缠绕在有一定形状的铁心上，如图5—1所示。因铁心是一种铁磁性材料，它具有良好的导磁性能，能使绝大部分磁通从铁心中通过，同时铁心被线圈磁场磁化后能产生较强的附加磁场，它叠加在线圈磁场上，使磁场大为加强，或者说，线圈通以较小的电流便可产生较强的磁场。有了铁心，使磁通主要集中在一定的路径内，这种人为的使磁通集中通过的路径称为磁路。集中在一定路径上的磁通叫做主磁通，如图5—1中的Φ0，主磁通经过的磁路通常由铁心（铁磁性材料）及空气隙组成。 不通过铁心，仅与本线圈交链的磁通叫做漏磁通，如图 5—1 (a)中的中的Φe。在实际应用中，由于漏磁通很少，有时可忽略不计它的影响。 用来产生磁通的电流叫励磁电流，流过励磁电流的线圈叫励磁线圈。由直流电流励磁的磁路叫直流磁路，由交流电流励磁的磁路叫交流磁路。本章所述的变压器和异步电动机等均为交流磁路。 一、磁路的基本物理量 1．磁感应强度（磁通［量］密度）B 磁感应强度是表示磁场内某点的磁场强弱和方向的物理量。它是一个矢量：磁场内某一点的磁感应强度可用该点磁场作用于1m长，通有1A电流的导体上的力F来衡量，该导体与磁场方向垂直。磁感应强度B与电流之间的方向关系可用右手螺旋定则来确定，其大小可用下式表示： （5.1） 单位为T（特［斯拉］）。在电机中，气隙中的磁感应强度B通常为(0.4-0.5) T,铁心中约为(1-1.8）T。 磁感应强度B有时也可用与磁场垂直的单位面积的磁通来表示，即 （5 .2） 故B又叫做磁通密度（简称磁密），式中Φ单位为Wb（韦[伯]），S的单位为m2（平方米）。 2．磁导率μ 磁导率是用来表示磁场中介质导磁性能的物理量，单位为H/m（享［利］每米）。 实验测得，真空的磁导率是个常数，为 μ。＝4πx 10-7 H/m （准确值）＝1.256 637 x 10-6 H/m 其他介质的磁导率一般用与真空磁导率的倍数来表示，记作产μr。μr越大，介质的导磁性能就越好。 我们把μr1，但接近于1的物质叫顺磁性物质，如空气，μr＝1．000003；μr＜1且接近于1的物质叫逆磁性物质，如铜，μr＝0.999995; μr 1的物质叫铁磁性物质。前两种物质（有时也称为非铁磁性物质）的μ是常数，而铁磁性物质的μ却不是常数，它随磁路的饱和而减小。 铁磁性物质广泛应用在变压器、电机、磁电式电工仪表等电工设备中，这样在线圈中通入不大的电流，就可产生足够强的磁场（即产生足够大的磁感应强度）。 3．磁场强度H 上面提到，铁磁性物质的磁导率不是常数，它随磁感应强度的大小而变，反过来说，磁感应强度B与物质的磁导率μ有关，这对磁场的分析和计算带来不便，为此我们引人一个辅助量，叫磁场强度H，它定义为 (5. 3) 即磁场中某点的磁感应强度与磁导率的比值。显然H与物质的磁导率无关，所以它就不受介质的影响，而只与电流产生的磁场有关。H的单位为A/m（安［培］每米） 二、磁路的欧姆定律 上面提到励磁线圈通过励磁电流会产生磁通（即电生磁），通过实验发现，励磁电流I越大，产生的磁通