城市軌道交通電工電子技術 第2版 教案 項目三 磁路與變壓器

教師課時授課計劃教師所在部門：學期授課計劃的授課順序號：8授課日期授課班級課程名稱：電工電子技術本次課的章節(jié)標題:3.1磁路的基本知識本次授課目的與要求:1、了解鐵磁物質(zhì)的磁化的過程。2、了解磁化曲線的物理量含義。3、了解鐵磁材料的分類。4、磁路的歐姆定律新課教法選擇：講授法、引導、點撥法（展開聯(lián)想、拓展思路）、討論法（積極參與、總結規(guī)律）新課難點、重點與解決措施：重點：1．了解磁滯回線的指導意義。2．了解磁路的歐姆定律。難點：掌握磁路的歐姆定律。日?？己藢ο笈c評價：復習舊課要點：（3分鐘）三相交流電及其基本物理量。新課引入要點：（3分鐘）鐵磁物質(zhì)的磁化。鞏固新課要點：（5分鐘）鐵磁物質(zhì)磁的產(chǎn)生，特點，分類等內(nèi)容。課外作業(yè)（或復習題）習題本課小結與改進措施任課教師：教研室主任審閱：年月日年月日3.1磁路的基本知識復習舊課：三相交流電的基本概念，常用公式。本次課主要介紹：鐵磁物質(zhì)方面的內(nèi)容，及磁的產(chǎn)生，特點，分類等內(nèi)容，磁路的歐姆定律。講授新課：一、鐵磁物質(zhì)的磁化使原來沒有磁性的物質(zhì)具有磁性的過程稱為磁化。只有鐵磁性物質(zhì)才能被磁化，而非鐵磁性物質(zhì)是不能被磁化的。這是因為鐵磁物質(zhì)可以看作是由許多被稱為磁疇的小磁體所組成。在無外磁場作用時，磁疇排列雜亂無章，磁性互相抵消，對外不顯磁性；但在外磁場作用下，磁疇就會沿著外磁場方向變成整齊有序的排列，所以整體也就具有了磁性。二、磁化曲線當一個線圈的結構、形狀、匝數(shù)都已確定時，鐵磁物質(zhì)的B隨H變化的規(guī)律可用B—H曲線來表示，稱為磁化曲線。曲線oa段較為陡峭，B隨H近似成正比增加。b點以后的部分近似平坦，表明即使再增大線圈中的電流I以增大H，B也已近似不變了，鐵心磁化到這種程度稱為磁飽和。a點到b點是一段彎曲的部分，稱為曲線的膝部。這一段是從未飽和到飽和的逐步過渡。各種電器的線圈中，一般都裝有鐵心以獲得較強的磁場。而且在設計時，常常是將其工作磁通取在磁化曲線的膝部，還常將鐵心制成閉合的形狀，使磁感線沿鐵心構成回路。三、磁滯回線磁感應強度B的變化落后于磁場強度H的變化，這一現(xiàn)象稱為磁滯。鐵心在反復磁化的過程中，由于要不斷克服磁疇慣性將損耗一定的能量，稱為磁滯損耗，這將使鐵心發(fā)熱。四、鐵磁材料的分類（1）硬磁材料特點：不易磁化，不易退磁典型材料及用途：碳鋼、鈷鋼等，適合制作永久磁鐵，揚聲器的磁鋼（2）軟磁材料特點：容易磁化，容易退磁典型材料及用途：硅鋼、鑄鋼、鐵鎳合金等，適合制作電機、變壓器、繼電器等設備中的鐵心（3）矩磁材料特點：很易磁化，很難退磁典型材料及用途：錳鎂鐵氧體、鋰錳鐵氧體等，適合制作磁帶、計算機磁盤五．磁路的基本概念在電工電子技術中不僅要討論電路問題，還需要討論磁路問題。因為很多電氣設備與電路和磁路都有關系，如電動機、變壓器、電磁鐵及電工測量儀表等。而磁路問題與磁場有關，與磁介質(zhì)有關，磁場又往往與電流和電路相關聯(lián)，所以下面我們研究磁路和電路的關系。勵磁線圈通過勵磁電流會產(chǎn)生磁通，通過實驗發(fā)現(xiàn)，線圈匝數(shù)越多，勵磁電流越大，產(chǎn)生的磁通也就越多。我們把勵磁電流和線圈匝數(shù)N的乘積稱為磁通勢，單位是安培（A），用表示，即(3-1-5)磁阻表示磁介質(zhì)對磁通的阻礙作用的大小。磁介質(zhì)的磁導率越大，橫截面越大，則對磁通量的阻礙作用越??；而磁路越長，對磁路的阻礙作用越大。（3-1-6）2．磁路歐姆定律為了使勵磁電流產(chǎn)生盡可能大的磁通，在電磁設備中要放置一定形狀的鐵心。絕大部分磁通將通過鐵心形成閉合路徑——磁路。磁路和電路在分析思路上基本一致，所以我們在分析磁路時，可以將全電路歐姆定律應用到磁路中來。一個磁路中的磁阻等于磁動勢與磁通量的比值。這個定義可以表示為：（3-1-7）即磁路中的磁通等于作用在該磁路上的磁動勢除以磁路的磁阻，這就是磁路的歐姆定律。比較上兩式可得 （3-1-8）磁路和電路有很多相似之處：如磁路中的磁通由磁動勢產(chǎn)生，而電路中的電流由電動勢產(chǎn)生；磁路中有磁阻，它使磁路對磁通起阻礙作用，而電路中有電阻，它使電路對電流起阻礙作用；磁阻與磁導率、磁路截面成反比，與磁路長度成正比，而電阻也與電導率導線截面成反比，與電路長度成正比。本課小結：本次課首先介紹了：鐵磁物質(zhì)的磁化過程，接著說明了磁滯回線的物理含義，最后重點講解了：磁路的歐姆定律。布置作業(yè)：習題河北軌道運輸職業(yè)技術學院教師課時授課計劃教師所在部門：學期授課計劃的授課順序號：9授課日期授課班級課程名稱：電工電子技術本次課的章節(jié)標題:3.2交流鐵心線圈電路本次授課目的與要求:1、交流鐵心線圈電路的電磁關系。2、理解并掌握交流鐵心線圈電路的功率損耗。新課教法選擇：講授法、引導、點撥法（展開聯(lián)想、拓展思路）、討論法（積極參與、總結規(guī)律）新課難點、重點與解決措施：重點：磁路。難點：線圈電路的電磁關系。聯(lián)系物理知識、借助模型、圖例。日?？己藢ο笈c評價：復習舊課要點：（3分鐘）鐵磁物質(zhì)的磁化。新課引入要點：（3分鐘）交流鐵心線圈的概念。鞏固新課要點：（5分鐘）交流鐵心線圈電路的電磁關系和功率損耗。課外作業(yè)（或復習題）習題本課小結與改進措施任課教師：教研室主任審閱：年月日年月日3.2交流鐵心線圈電路復習舊課：鐵磁物質(zhì)的磁化過程、磁化曲線、磁滯回線。鐵磁材料的分類。磁路歐姆定律。講授新課：變壓器、交流電動機、交流電磁鐵等電氣設備，它的線圈都是繞制在鐵磁性材料上,在工作過程中利用磁通的交變來傳遞或轉(zhuǎn)換能量,同時由于磁通的交變在鐵心中產(chǎn)生能量損耗,使鐵心發(fā)熱,增加了電路的功率損耗。下面就含有鐵心的交流電路中的電磁關系、功率損耗兩方面展開討論。一、電磁關系如圖3-9所示為交流鐵心線圈電路。在正弦電壓作用下，鐵心線圈中有電流通過，產(chǎn)生磁通勢。當電流通過線圈時由于鐵心的磁導率遠遠大于空氣的磁導率，所以絕大部分磁通將沿鐵心而閉合，這部分沿鐵心閉合的磁通稱為主磁通（工作磁通），此外，還有極少部分磁通，經(jīng)過空氣而閉合，這部分磁通稱為漏磁通，用表示。這兩部分磁通將分別在線圈中產(chǎn)生感應電動勢即和。圖3-9交流鐵芯線圈電路根據(jù)電磁感應定律感應電動勢有效值為（3-2-1）上式說明：在交流鐵心線圈電路中，當頻率、匝數(shù)N一定時，主磁通正比與電源電壓，當電源電壓一定時，主磁通基本保持恒定。在交流鐵心線圈電路中，主磁通的大小與磁路的磁阻無關。根據(jù)磁路歐姆定律，磁通不變，磁路的變化（如氣隙大?。┲苯佑绊懙氖莿畲烹娏鞯拇笮　＠?-2-1：有一交流鐵心線圈，接在的正弦電源上，在鐵心中得到磁通的最大值，現(xiàn)在此鐵心上再繞一個線圈，其匝數(shù)為220，當此線圈開路時，求其兩端電壓。解：V二、功率損耗在交流鐵心線圈中有兩部分功率損耗，即線圈電阻上的銅耗和鐵芯心中的鐵耗。其中，銅耗指的是線圈電阻上的功率損耗：（3-2-2）鐵耗包含兩部分損耗——渦流損耗和磁滯損耗。因此，交流鐵芯線圈的功率損耗公式為：（3-2-3）本課小結：交流鐵心線圈電路的電磁關系。交流鐵心線圈電路的功率損耗。課后練習：習題河北軌道運輸職業(yè)技術學院教師課時授課計劃教師所在部門：學期授課計劃的授課順序號：10授課日期授課班級課程名稱：電工電子技術本次課的章節(jié)標題:3.3變壓器本次授課目的與要求:1、理解理想變壓器的理想化條件。2、掌握理想變壓器的變壓、變流、變阻抗和功率性質(zhì)。新課教法選擇：講授法、引導、點撥法（展開聯(lián)想、拓展思路）、討論法（積極參與、總結規(guī)律）新課難點、重點與解決措施：重點：理想變壓器的性質(zhì)。聯(lián)系物理知識、借助模型、圖例。日?？己藢ο笈c評價：復習舊課要點：（3分鐘）磁路的概念、交流鐵心線圈電路的電磁關系。新課引入要點：（3分鐘）理性變壓器的描述對象。鞏固新課要點：（5分鐘）理想變壓器變壓、變流、變阻抗和功率性質(zhì)。課外作業(yè)（或復習題）習題本課小結與改進措施任課教師：教研室主任審閱：年月日年月日3.3變壓器復習舊課：1、磁路的概念、磁路的歐姆定律。2、交流鐵心線圈的電磁關系。講授新課：理想變壓器是實際變壓器的理想化模型，是對互感元件的理想科學抽象，是極限情況下的耦合電感。1．變壓器的結構變壓器主要由鐵心和線圈兩部分構成。鐵心是變壓器的磁路通道，是用磁導率較高且相互絕緣的硅鋼片制成，以便減少渦流和磁滯損耗。按鐵芯的構造和繞組與鐵芯的相對位置，變壓器可分為芯式和殼式兩種，如圖3-10所示。圖3-10芯式變壓器和殼式變壓器2．變壓器的分類變壓器的種類很多，可按其用途、結構、相數(shù)、冷卻方式等不同來進行分類。1）按用途分類，可分為電力變壓器（主要用在輸配電系統(tǒng)中，又分為升壓變壓器、降壓變壓器、聯(lián)絡變壓器和廠用變壓器）、儀用互感器（電壓互感器和電流互感器）、特種變壓器（如調(diào)壓變壓器、試驗變壓器、電爐變壓器、整流變壓器、電焊變壓器等）。2）按