城市轨道交通电工电子技术 第2版 教案 项目三 磁路与变压器

教师课时授课计划教师所在部门：学期授课计划的授课顺序号：8授课日期授课班级课程名称：电工电子技术本次课的章节标题:3.1磁路的基本知识本次授课目的与要求:1、了解铁磁物质的磁化的过程。2、了解磁化曲线的物理量含义。3、了解铁磁材料的分类。4、磁路的欧姆定律新课教法选择：讲授法、引导、点拨法（展开联想、拓展思路）、讨论法（积极参与、总结规律）新课难点、重点与解决措施：重点：1．了解磁滞回线的指导意义。2．了解磁路的欧姆定律。难点：掌握磁路的欧姆定律。日常考核对象与评价：复习旧课要点：（3分钟）三相交流电及其基本物理量。新课引入要点：（3分钟）铁磁物质的磁化。巩固新课要点：（5分钟）铁磁物质磁的产生，特点，分类等内容。课外作业（或复习题）习题本课小结与改进措施任课教师：教研室主任审阅：年月日年月日3.1磁路的基本知识复习旧课：三相交流电的基本概念，常用公式。本次课主要介绍：铁磁物质方面的内容，及磁的产生，特点，分类等内容，磁路的欧姆定律。讲授新课：一、铁磁物质的磁化使原来没有磁性的物质具有磁性的过程称为磁化。只有铁磁性物质才能被磁化，而非铁磁性物质是不能被磁化的。这是因为铁磁物质可以看作是由许多被称为磁畴的小磁体所组成。在无外磁场作用时，磁畴排列杂乱无章，磁性互相抵消，对外不显磁性；但在外磁场作用下，磁畴就会沿着外磁场方向变成整齐有序的排列，所以整体也就具有了磁性。二、磁化曲线当一个线圈的结构、形状、匝数都已确定时，铁磁物质的B随H变化的规律可用B—H曲线来表示，称为磁化曲线。曲线oa段较为陡峭，B随H近似成正比增加。b点以后的部分近似平坦，表明即使再增大线圈中的电流I以增大H，B也已近似不变了，铁心磁化到这种程度称为磁饱和。a点到b点是一段弯曲的部分，称为曲线的膝部。这一段是从未饱和到饱和的逐步过渡。各种电器的线圈中，一般都装有铁心以获得较强的磁场。而且在设计时，常常是将其工作磁通取在磁化曲线的膝部，还常将铁心制成闭合的形状，使磁感线沿铁心构成回路。三、磁滞回线磁感应强度B的变化落后于磁场强度H的变化，这一现象称为磁滞。铁心在反复磁化的过程中，由于要不断克服磁畴惯性将损耗一定的能量，称为磁滞损耗，这将使铁心发热。四、铁磁材料的分类（1）硬磁材料特点：不易磁化，不易退磁典型材料及用途：碳钢、钴钢等，适合制作永久磁铁，扬声器的磁钢（2）软磁材料特点：容易磁化，容易退磁典型材料及用途：硅钢、铸钢、铁镍合金等，适合制作电机、变压器、继电器等设备中的铁心（3）矩磁材料特点：很易磁化，很难退磁典型材料及用途：锰镁铁氧体、锂锰铁氧体等，适合制作磁带、计算机磁盘五．磁路的基本概念在电工电子技术中不仅要讨论电路问题，还需要讨论磁路问题。因为很多电气设备与电路和磁路都有关系，如电动机、变压器、电磁铁及电工测量仪表等。而磁路问题与磁场有关，与磁介质有关，磁场又往往与电流和电路相关联，所以下面我们研究磁路和电路的关系。励磁线圈通过励磁电流会产生磁通，通过实验发现，线圈匝数越多，励磁电流越大，产生的磁通也就越多。我们把励磁电流和线圈匝数N的乘积称为磁通势，单位是安培（A），用表示，即(3-1-5)磁阻表示磁介质对磁通的阻碍作用的大小。磁介质的磁导率越大，横截面越大，则对磁通量的阻碍作用越小；而磁路越长，对磁路的阻碍作用越大。（3-1-6）2．磁路欧姆定律为了使励磁电流产生尽可能大的磁通，在电磁设备中要放置一定形状的铁心。绝大部分磁通将通过铁心形成闭合路径——磁路。磁路和电路在分析思路上基本一致，所以我们在分析磁路时，可以将全电路欧姆定律应用到磁路中来。一个磁路中的磁阻等于磁动势与磁通量的比值。这个定义可以表示为：（3-1-7）即磁路中的磁通等于作用在该磁路上的磁动势除以磁路的磁阻，这就是磁路的欧姆定律。比较上两式可得 （3-1-8）磁路和电路有很多相似之处：如磁路中的磁通由磁动势产生，而电路中的电流由电动势产生；磁路中有磁阻，它使磁路对磁通起阻碍作用，而电路中有电阻，它使电路对电流起阻碍作用；磁阻与磁导率、磁路截面成反比，与磁路长度成正比，而电阻也与电导率导线截面成反比，与电路长度成正比。本课小结：本次课首先介绍了：铁磁物质的磁化过程，接着说明了磁滞回线的物理含义，最后重点讲解了：磁路的欧姆定律。布置作业：习题河北轨道运输职业技术学院教师课时授课计划教师所在部门：学期授课计划的授课顺序号：9授课日期授课班级课程名称：电工电子技术本次课的章节标题:3.2交流铁心线圈电路本次授课目的与要求:1、交流铁心线圈电路的电磁关系。2、理解并掌握交流铁心线圈电路的功率损耗。新课教法选择：讲授法、引导、点拨法（展开联想、拓展思路）、讨论法（积极参与、总结规律）新课难点、重点与解决措施：重点：磁路。难点：线圈电路的电磁关系。联系物理知识、借助模型、图例。日常考核对象与评价：复习旧课要点：（3分钟）铁磁物质的磁化。新课引入要点：（3分钟）交流铁心线圈的概念。巩固新课要点：（5分钟）交流铁心线圈电路的电磁关系和功率损耗。课外作业（或复习题）习题本课小结与改进措施任课教师：教研室主任审阅：年月日年月日3.2交流铁心线圈电路复习旧课：铁磁物质的磁化过程、磁化曲线、磁滞回线。铁磁材料的分类。磁路欧姆定律。讲授新课：变压器、交流电动机、交流电磁铁等电气设备，它的线圈都是绕制在铁磁性材料上,在工作过程中利用磁通的交变来传递或转换能量,同时由于磁通的交变在铁心中产生能量损耗,使铁心发热,增加了电路的功率损耗。下面就含有铁心的交流电路中的电磁关系、功率损耗两方面展开讨论。一、电磁关系如图3-9所示为交流铁心线圈电路。在正弦电压作用下，铁心线圈中有电流通过，产生磁通势。当电流通过线圈时由于铁心的磁导率远远大于空气的磁导率，所以绝大部分磁通将沿铁心而闭合，这部分沿铁心闭合的磁通称为主磁通（工作磁通），此外，还有极少部分磁通，经过空气而闭合，这部分磁通称为漏磁通，用表示。这两部分磁通将分别在线圈中产生感应电动势即和。图3-9交流铁芯线圈电路根据电磁感应定律感应电动势有效值为（3-2-1）上式说明：在交流铁心线圈电路中，当频率、匝数N一定时，主磁通正比与电源电压，当电源电压一定时，主磁通基本保持恒定。在交流铁心线圈电路中，主磁通的大小与磁路的磁阻无关。根据磁路欧姆定律，磁通不变，磁路的变化（如气隙大小）直接影响的是励磁电流的大小。例3-2-1：有一交流铁心线圈，接在的正弦电源上，在铁心中得到磁通的最大值，现在此铁心上再绕一个线圈，其匝数为220，当此线圈开路时，求其两端电压。解：V二、功率损耗在交流铁心线圈中有两部分功率损耗，即线圈电阻上的铜耗和铁芯心中的铁耗。其中，铜耗指的是线圈电阻上的功率损耗：（3-2-2）铁耗包含两部分损耗——涡流损耗和磁滞损耗。因此，交流铁芯线圈的功率损耗公式为：（3-2-3）本课小结：交流铁心线圈电路的电磁关系。交流铁心线圈电路的功率损耗。课后练习：习题河北轨道运输职业技术学院教师课时授课计划教师所在部门：学期授课计划的授课顺序号：10授课日期授课班级课程名称：电工电子技术本次课的章节标题:3.3变压器本次授课目的与要求:1、理解理想变压器的理想化条件。2、掌握理想变压器的变压、变流、变阻抗和功率性质。新课教法选择：讲授法、引导、点拨法（展开联想、拓展思路）、讨论法（积极参与、总结规律）新课难点、重点与解决措施：重点：理想变压器的性质。联系物理知识、借助模型、图例。日常考核对象与评价：复习旧课要点：（3分钟）磁路的概念、交流铁心线圈电路的电磁关系。新课引入要点：（3分钟）理性变压器的描述对象。巩固新课要点：（5分钟）理想变压器变压、变流、变阻抗和功率性质。课外作业（或复习题）习题本课小结与改进措施任课教师：教研室主任审阅：年月日年月日3.3变压器复习旧课：1、磁路的概念、磁路的欧姆定律。2、交流铁心线圈的电磁关系。讲授新课：理想变压器是实际变压器的理想化模型，是对互感元件的理想科学抽象，是极限情况下的耦合电感。1．变压器的结构变压器主要由铁心和线圈两部分构成。铁心是变压器的磁路通道，是用磁导率较高且相互绝缘的硅钢片制成，以便减少涡流和磁滞损耗。按铁芯的构造和绕组与铁芯的相对位置，变压器可分为芯式和壳式两种，如图3-10所示。图3-10芯式变压器和壳式变压器2．变压器的分类变压器的种类很多，可按其用途、结构、相数、冷却方式等不同来进行分类。1）按用途分类，可分为电力变压器（主要用在输配电系统中，又分为升压变压器、降压变压器、联络变压器和厂用变压器）、仪用互感器（电压互感器和电流互感器）、特种变压器（如调压变压器、试验变压器、电炉变压器、整流变压器、电焊变压器等）。2）按