第四章變壓器

電工電子技術(shù)與技能（非電類少學(xué)時(shí)）程周主編中等職業(yè)教育課程改革國家規(guī)劃新教材配套多媒體資源12磁場(chǎng)及電磁感應(yīng)2.1磁場(chǎng)2.2電磁感應(yīng)2.3磁路的基本概念2.4鐵磁性物質(zhì)123422.1磁場(chǎng)觀察與思考32.1磁場(chǎng)2.1.1磁場(chǎng)1．磁場(chǎng)是看不見的，但可以觀察到磁場(chǎng)的效應(yīng)。2．在磁鐵或電流（運(yùn)動(dòng)電荷）周圍的空間里存在著磁場(chǎng)，磁場(chǎng)的性質(zhì)之一是它對(duì)任何置于其中的其它磁體或電流施加作用力。3．磁場(chǎng)是電機(jī)工作原理的基礎(chǔ)。作用在載流導(dǎo)線上的力是電動(dòng)機(jī)工作的基本原理；而當(dāng)磁場(chǎng)變化時(shí)，線圈中感應(yīng)的電動(dòng)勢(shì)是發(fā)電機(jī)工作的基本原理。

42.1磁場(chǎng)2.1.2磁場(chǎng)的方向及磁感線1．磁場(chǎng)是有方向的，規(guī)定：在磁場(chǎng)中的任一點(diǎn)，小磁針靜止時(shí)N極所指的方向，就是該點(diǎn)的磁場(chǎng)方向。2．磁感線：為了形象地描繪磁場(chǎng)在空間的分布，在磁場(chǎng)中畫出一些有方向的、假想的系列曲線，曲線上任一點(diǎn)的切線方向與該點(diǎn)的磁場(chǎng)方向一致，這些曲線稱為磁感線。圖2.3磁感線3．磁感線不但可以描述磁場(chǎng)的方向，還可以描述磁場(chǎng)強(qiáng)弱的分布情況：磁場(chǎng)越強(qiáng)的地方，磁感線越密；反之越稀。

52.1磁場(chǎng)2.1.3磁感應(yīng)強(qiáng)度1．磁感應(yīng)強(qiáng)度定義：在磁場(chǎng)中，設(shè)垂直于磁場(chǎng)方向的通電直導(dǎo)線受到的磁場(chǎng)力為F，通過導(dǎo)線的電流為I，導(dǎo)線的長度為l，則F和的比值稱為通電導(dǎo)線所在處的磁感應(yīng)強(qiáng)度，用B表示。2．B的單位：特斯拉，用B表示，或Wb/m2。3．B是矢量，磁場(chǎng)中某處磁感應(yīng)強(qiáng)度的方向就是該處磁場(chǎng)的方向。4．均勻磁場(chǎng)：若磁場(chǎng)中各點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小相等，方向相同，稱為均勻磁場(chǎng)。62.1磁場(chǎng)2.1.4安培定則1．安培定則（右手螺旋定則）：通電長直導(dǎo)體在其周圍產(chǎn)生磁場(chǎng)，它的磁感線方向與電流方向之間的關(guān)系，可以用安培定則判斷。2．安培定則的內(nèi)容：右手握住導(dǎo)體，伸直拇指，拇指所指的方向表示電流的方向，彎曲的四指的方向表示磁感線方向。

圖2.4直流電流的磁場(chǎng)圖2.5螺線管電流的磁場(chǎng)72.1磁場(chǎng)2.1.5磁通量1．磁通量：穿過磁場(chǎng)中的某一截面的磁感線的數(shù)量，稱為穿過這個(gè)截面的磁通量，簡稱磁通，用Φ表示，單位是Wb（韋[伯]）。2.磁通量的表達(dá)式：

（2.2）圖2.6磁通量82.1磁場(chǎng)2.1.6磁場(chǎng)對(duì)通電直導(dǎo)線的作用1．安培定律安培力：通電直導(dǎo)線在磁場(chǎng)中受力，如圖2.7所示。

圖2.7通電直導(dǎo)線在磁場(chǎng)中受力安培定律的表達(dá)式：

92.1磁場(chǎng)2.1.6磁場(chǎng)對(duì)通電直導(dǎo)線的作用2．左手定則用左手定則判斷安培力的方向。如圖2.8所示為用左手定則判斷安培力的示意圖。

圖2.8左手定則左手定則使用說明：伸開左手，使拇指與其余四指垂直，并且和手掌在一個(gè)平面上，把手放入磁場(chǎng)里，讓磁感線垂直穿入手心，并使四指指向電流方向，則拇指所指的方向就是安培力的方向。

102.1磁場(chǎng)2.1.6磁場(chǎng)對(duì)通電直導(dǎo)線的作用圖2.7通電直導(dǎo)線在磁場(chǎng)中受力112.2電磁感應(yīng)觀察與思考圖2.10利用磁場(chǎng)產(chǎn)生電流122.2電磁感應(yīng)2.2.1電磁感應(yīng)及電磁感應(yīng)定律1．電磁感應(yīng)當(dāng)穿過某一閉合導(dǎo)體回路所圍面積的磁通量發(fā)生變化時(shí)，該回路中就會(huì)產(chǎn)生電流，這種現(xiàn)象稱為電磁感應(yīng)現(xiàn)象。在電磁感應(yīng)現(xiàn)象中產(chǎn)生的電流稱為感應(yīng)電流，產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)稱為感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。2．電磁感應(yīng)定律電磁感應(yīng)定律的內(nèi)容：導(dǎo)線中的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)E的大小和導(dǎo)線交鏈的磁通的變化率

成正比。式中，N為線圈的匝數(shù)上式中，只有當(dāng)與導(dǎo)線交鏈的磁通變化時(shí)，E才有意義。

132.2電磁感應(yīng)2.2.1電磁感應(yīng)及電磁感應(yīng)定律142.2電磁感應(yīng)2.2.2楞次定律和右手定則1．楞次定律內(nèi)容：閉合電路中產(chǎn)生的感應(yīng)電流，它所產(chǎn)生的磁場(chǎng)總是阻礙原電路中磁通的變化。應(yīng)用楞次定律可以確定感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的方向。圖2.11楞次定律

152.2電磁感應(yīng)2.2.2楞次定律和右手定則2．右手定則右手定則是確定導(dǎo)線切割磁感線所產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)方向的簡便方法，其實(shí)質(zhì)是楞次定律的特殊情況。判斷方法：伸出右手，使拇指跟其余四指垂直，并且和手掌在一個(gè)平面內(nèi)，把手放入磁場(chǎng)中，讓磁感線垂直穿入手心，拇指指向?qū)w運(yùn)動(dòng)方向，四指所指方向就是感應(yīng)電流的方向。如圖2.12所示。

圖2.12右手定則

162.2電磁感應(yīng)2.2.2楞次定律和右手定則2．右手定則圖2.13切割磁感線產(chǎn)生感應(yīng)電流

172.3磁路的基本概念1．磁路：通常由鐵心制成，而使磁通集中通過的回路，如圖2.17所示。圖2.17主磁通和漏磁通2．主磁通：鐵心中的磁通。3．漏磁通：少量磁通通過周圍空氣構(gòu)成的回路（可忽略不計(jì)）。4．磁通

：線圈中電流有效值I與線圈匝數(shù)N的乘積稱為磁通勢(shì)，RM稱為磁阻。磁路歐姆定律

=IN/RM。注意：（1）磁阻

RM表示物質(zhì)對(duì)磁通具有的阻礙作用。不同物質(zhì)的磁阻不同。若鐵心中存在空氣隙，磁阻RM會(huì)增大許多。（2）磁路的歐姆定律只適用于鐵心非飽和狀態(tài)。182.3磁路的基本概念5．磁路舉例：圖2.18幾種磁路實(shí)例192.4鐵磁性物質(zhì)2.4.1鐵磁性物質(zhì)磁化現(xiàn)象1．磁疇：鐵心自身有的自然磁性小區(qū)域。2．磁化：鐵心中的磁疇沿外磁場(chǎng)作定向排列，產(chǎn)生附加磁場(chǎng)的現(xiàn)象，如圖2.19（b）所示。圖2.19磁疇和鐵心的磁化

202.4鐵磁性物質(zhì)2.4.1鐵磁性物質(zhì)磁化現(xiàn)象

圖2.20磁化曲線

3．鐵磁材料：能被磁化的材料（例如：鐵、鈷、鎳以及它們的合金和氧化物）。4．鐵心的磁化過程可以用圖2.20描述。OA段：大部分磁疇的磁場(chǎng)沿外磁場(chǎng)方向排列，

與I成正比且增加率較大。AB段：所有磁疇的磁場(chǎng)最終都沿外磁場(chǎng)方向排列，鐵心磁場(chǎng)從未飽和狀態(tài)過渡到飽和狀態(tài)。B點(diǎn)以后：稱飽和狀態(tài)，鐵心的增磁作用已達(dá)到極限，同直線1。

212.4鐵磁性物質(zhì)2.4.2磁滯現(xiàn)象圖2.21?磁滯回線

1．磁滯：當(dāng)鐵心線圈通入交流電時(shí)，鐵心會(huì)隨交流電的變化而被反復(fù)磁化。在磁化過程中，由于磁疇本身存在“慣性”，使得磁通的變化滯后于電流的變化。2．磁滯回線：反復(fù)磁化形成的封閉曲線，如圖2.21所示。

3．磁滯損耗：鐵磁材料在磁化時(shí)，外磁場(chǎng)克服磁疇的“慣性”消耗的能量。磁滯損耗是引起鐵心發(fā)熱的原因之一。222.4鐵磁性物質(zhì)2.4.3鐵磁材料的分類及應(yīng)用鐵磁材料根據(jù)磁滯回線的形狀及其在工程上的應(yīng)用，可分為軟磁材料、硬磁材料和矩磁材料三類。

1．不同材料的磁滯回線：如圖2.22所示。

圖2.22?不同材料的磁滯回線

232.4鐵磁性物質(zhì)2.4.3鐵磁材料的分類及應(yīng)用圖2.22?不同材料的磁滯回線

2．軟磁材料：磁滯損耗小的鐵磁材料，特點(diǎn)是磁滯回線狹長，面積小。3．硬磁材料：磁滯損耗大的鐵磁材料，特點(diǎn)是磁滯回線寬大，面積大。4．矩磁材料：磁滯回線接近矩形的鐵磁材料，特點(diǎn)是受較小的磁場(chǎng)的磁化就可以達(dá)到飽和，而去掉磁場(chǎng)后仍能保持飽和狀態(tài)。

242.4鐵磁性物質(zhì)2.4.4渦流1．渦流：交變的磁通穿過鐵心產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，因而會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電流，它圍繞磁