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高频变压器应用技术,第一章 磁学基础,小结。,磁路及气隙,变压器基本模型,电磁基本定律,磁学基本物理量,内 容 提 要,1.1 磁的基本现象,自然界中有一类物质，如铁，钴，镍等，在一定情况下能相互吸引，这种性质我们称他们具有磁性，使他们具有磁性的过程称为磁化，能够被磁化或能被磁性物质所吸引的物质称为磁介质。 如果将两个磁极靠近，磁极间会产生作用力。磁极之间的作用力是在磁极周围空间传递的，磁极间存在的磁力作用的特殊物质，我们称之为磁场。,1.1 磁的基本现象,永磁体产生的磁场,1.2 电流与磁场,一直导线周围磁场的方向可以用“右手定则”来判断：当用右手抓住导体，拇指的指向是电流流动方向时，其它手指的指向就是磁力线的方向。,1.2 电流与磁场,磁场的增强： 当电流流过一个导线时，在其周围建立起磁场，如果载有相同方向电流的导体离开相当大的距离，则产生的磁场没有相互的影响。如果同意的两个导体被放置的很靠近，则磁场将加强，其强度加倍。,1.3 磁学的基本物理量,一、磁感应强度 磁感应强度是表示磁场空间某点的磁场强弱和方向的物理量。在磁场中一点放一段长度为l电流强度为 I并与磁场方向垂直的导体，如导体所受电磁力为F ，则该点磁感应强度的大小为,B 的SI单位：特斯拉(T) B的CGS单位：高斯（Gs),电磁力F，电流I,和磁感应强度B三者是正交关系，符合左手定则。,1.3 磁学的基本物理量,二、磁通 垂直通过一个截面的磁力线总量称为该截面的磁通量，简称磁通。用来表示。 在一般的铁芯变压器和电感中，在 给定结构截面上，或端面积相等的 气隙断面间的磁场B基本上是均匀的， 磁通通常可以表示为：, 的SI单位：韦伯(Wb) 的CGS单位：麦克斯韦（Mx),1.3 磁学的基本物理量,三、磁导率 电流产生磁场，但电流在不同的介质中产生的磁感应强度是不同的。为了表征这种特征，将不同的磁介质用一个系数来考虑，称为介质的磁导率，表征物质的导磁能力。 在介质中，越大，介质中磁感应强度B越大。 真空中的磁导率一般用0来表示。 材料的磁导率相对于真空磁导率的比值称为相对磁导率r。工程上通常采用相对磁导率来描述铁磁性材料的导磁能力。,1.3 磁学的基本物理量,四、磁场强度 外磁场通常是由电流产生的，为了反映外磁场和电流之间的关系，引入一个辅助矢量H即磁场强度。在任何介质中，磁场中某点的B与该点的的比值定义为该点的磁场强度H， 注意： 某点的磁场强度大小，并不代表该点磁场的强弱，代表磁场强弱的是磁感应强度B，磁场强度H应当是外加的磁化强度。引入H主要是为了便于磁场的分析计算。,1.3 磁学的基本物理量,五、铁磁性物质的磁化曲线 初始磁化曲线 将完全无磁状态的铁磁物质进行磁化，磁场强度从零逐渐增加，测量铁磁物质的磁通密度，得到磁通密度和磁场强度之间的关系，并用B-H曲线表示，该曲线称为磁化曲线。 H=0，B=0开始磁化的曲线，称为初始磁化曲线。 初始磁化曲线在原点的斜率，称为初始磁导率。,1.3 磁学的基本物理量,五、铁磁性物质的磁化曲线 磁滞回线 磁滞回线：铁磁性物质在反复磁化过程中的B-H关系（在+Hm 和-Hm 间，近似对称于原点的闭合曲线）。,当H 由零增加到+Hm ，使铁磁性物质达到饱和，对应的磁感应强度为Bm ，之后，将H 减小，B 要由Bm沿着比起始磁化曲线稍高的曲线ab下降。 H 降为零而B 不为零，这种B 的改变落后于H 的改变的现象称为磁滞。,1.3 磁学的基本物理量,磁滞回线 磁滞回线对应的基本参数： （1）饱和磁场强度： 磁化曲线达到接近水平时，不再随外磁场增大而明显增大所对应的B值。 （2） 剩余磁感应强度Br ： 铁磁物质磁化后，在磁场强度下降到零时， 铁磁物质中残留的磁感应强度。 （3） 矫顽磁力Hc 如要消去剩磁，需将铁磁性物质反向磁化 的磁场强度（ Hc ）,1.3 磁学的基本物理量,3. 磁滞损耗 磁滞损耗：铁磁性物质在反复磁化过程中，消耗并转 变为热能而耗散的能量。 磁化磁芯一周期，单位体积磁芯损耗的能量正比于静态磁滞回线包围的面积。 每磁化一个周期，就要损耗与磁滞回线包围面积成正比的能量，频率越高，损耗越多；磁感应摆幅越大，包围面积越大，损耗也越大。,1.4 电磁基本定律,一、电磁感应定律 1. 法拉第定律 当通过线圈的磁通发生变化时，在线圈两端就要产生感应电动势。 感应电动势的大小正比于磁通的变化率。 对于1匝线圈，有： 对于N匝线圈，有： 对于N匝线圈，其总磁通 =N 称为磁链,1.4 电磁基本定律,一、电磁感应定律 楞次定律 在电磁感应过程中，感生电流所产生的磁通总是阻止磁通的变化。即感生电流总是试图维持原磁通不变。 法拉第定律和楞次定律总称为电磁感应定律。,1.4 电磁基本定律,二、环路安培定律 磁场强度矢量H沿任何闭合路径的线积分等于穿过此路径所围成的面的电流代数和。 以环形线圈为例： 由此可见：H只与电流大小、匝数和闭合路径有关，而与材料无关。,3.1 变压器基本模型,一、简单变压器 通过共同的磁通耦合的线圈，构成了简单的变压器。,3.1 变压器基本模型,二、变压器的基本模型 由于磁芯和线圈都不是理想的，存在许多寄生参数。 （1）由于磁芯不是无限大，存在一定电感量，即激磁电感。 （2）初、次级线圈不是完全耦合，存在漏感抗 （3） 初次级线圈具有电阻。,3.1 变压器基本模型,三、变压器参数的测量 1、 激磁电感：将所有二次绕组开路，测量一次绕组电感量。 2、漏感：将所有二次绕组短路，测量一次绕组电感量。 四、变压器数量关系 对于变比为n:1的变压器，电压关系为：,4.1 磁路,一、磁路的基本概念 凡是磁通经过的闭合路径均称为磁路。 二、 磁路的欧姆定律 磁路的计算满足基尔霍夫基本定律。 根据基尔霍夫第一定律，（高斯定理）磁路中任意节点的磁路之和 和等于零。 基尔霍夫第二定律，（磁路的欧姆定律）沿某一 方向的任意闭合回路的磁势的代数和等于磁压降的代数和。,4.2 磁芯磁场和磁路,一、无气隙磁芯磁场 如果电路中两点之间有电位差，就可能在两点之间产生电流；在磁路中两点之间有磁位差，在两点之间就可能产生磁通。,等截面均匀绕线环形磁芯磁位分布图和等效磁路,4.2 磁芯磁场和磁路,二、有气隙磁芯磁场 当磁芯有气隙时，整个路径的磁阻几乎将全部在空气隙中，因为空气隙的磁阻率比磁性材料的磁阻率大得多。在实用场合，我们都是通过控制空气隙的大小来控制磁阻的。 在磁动势一定的情况下，气隙可以控制磁通密度。,4.2 磁芯磁场和磁路,三、空气隙的类型 气隙有两种基本类型：块状的和分散的。 气隙填充材料的放置对于保持磁芯在结构上的平衡是很关键的。,图中a,c,d是一般的气隙安排，b所示的是较好的气隙安排。,4.2 磁芯磁场和磁路,四、边缘磁通 在大多数情况下，气隙相对端面尺寸较大，磁