磁路與互感現(xiàn)象

會(huì)計(jì)學(xué)1磁路與互感現(xiàn)象第2頁/共51頁第1頁/共51頁一、磁路的基本物理量1.磁感應(yīng)強(qiáng)度B(磁通密度)：是表示磁場內(nèi)某點(diǎn)的磁場強(qiáng)弱和方向的物理量。均勻磁場—磁場內(nèi)各點(diǎn)的B大小相等，方向相同。單位：T（特[斯拉]）方向：與電流之間用右螺旋定則確定。（該點(diǎn)磁場作用于1米長、1安電流的導(dǎo)體上的力）第3頁/共51頁第2頁/共51頁4.磁場強(qiáng)度

H定義：H=B/3.磁導(dǎo)率

相對磁導(dǎo)率

r=/0

對于鐵磁材料

r=102105單位：A/m(安/米)鐵磁材料廣泛應(yīng)用在變壓器、電機(jī)、電工儀表等。真空磁導(dǎo)率

0=410

–

7H/m（亨/米）對于均勻磁場

F

=B

?S

F-標(biāo)量單位：Wb

（韋[伯]）2.磁通F等于磁感應(yīng)強(qiáng)度B與垂直于磁場方向的面積S的乘積。第4頁/共51頁第3頁/共51頁1.高導(dǎo)磁性鐵磁材料的內(nèi)部存在許多磁化小區(qū)，稱為磁疇。在外磁場作用下，磁疇方向發(fā)生變化，使之與外磁場方向趨于一致，物質(zhì)整體顯示出磁性來，稱為磁化。磁疇外磁場在沒有外磁場作用的普通磁性物質(zhì)中，各個(gè)磁疇排列雜亂無章，磁場互相抵消，整體對外不顯磁性。磁疇二、鐵磁材料第5頁/共51頁第4頁/共51頁2

磁飽和性BJ

鐵磁材料的磁化特性曲線；B0

非鐵磁材料的磁化特性曲線；B

BJ曲線和B0直線的縱坐標(biāo)相加即磁場的B-H

磁化曲線。OHBB0BJB?a?b磁化曲線當(dāng)外磁場增大到一定程度時(shí)，磁性物質(zhì)的全部磁疇的磁場方向都轉(zhuǎn)向與外部磁場方向一致，磁化磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度將趨向某一定值。如圖。第6頁/共51頁第5頁/共51頁

B-H

磁化曲線的特征：

Oa段：B與H幾乎成正比地增加；

ab段：B的增加緩慢下來；

b點(diǎn)以后：B增加很少，達(dá)到飽和。OHBB0BJB?a?b

有磁性物質(zhì)存在時(shí)，B與H不成正比，磁性物質(zhì)的磁導(dǎo)率不是常數(shù)，隨H而變。

OHB,B磁化曲線B和與H的關(guān)系第7頁/共51頁第6頁/共51頁3

磁滯性磁滯回線：磁性材料在交變磁場中反復(fù)磁化，其B-H關(guān)系曲線是一條回形閉合曲線。磁滯性：磁性材料中磁感應(yīng)強(qiáng)度B的變化總是滯后于外磁場變化的性質(zhì)。磁滯回線OHB????BrHc剩磁感應(yīng)強(qiáng)度Br(剩磁)：

當(dāng)線圈中電流減小到零(H=0)時(shí)，鐵心中的磁感應(yīng)強(qiáng)度。矯頑磁力Hc：

使B=0所需的H值。磁性物質(zhì)不同，其磁滯回線和磁化曲線也不同。第8頁/共51頁第7頁/共51頁按鐵磁材料的磁性能，磁性材料分為三種類型：(1)軟磁材料具有較小的矯頑磁力，磁滯回線較窄。一般用來制造電機(jī)、電器及變壓器等的鐵心。常用的有鑄鐵、硅鋼、坡莫合金即鐵氧體等。(2)永磁材料具有較大的矯頑磁力，磁滯回線較寬。一般用來制造永久磁鐵。常用的有碳鋼及鐵鎳鋁鈷合金等。(3)矩磁材料具有較小的矯頑磁力和較大的剩磁，磁滯回線接近矩形，穩(wěn)定性良好。在計(jì)算機(jī)和控制系統(tǒng)中用作記憶元件、開關(guān)元件和邏輯元件。常用的有鎂錳鐵氧體等。第9頁/共51頁第8頁/共51頁三、磁路歐姆定律磁通勢：F=NI單位A(安）單位H-1(每亨）磁路歐姆定律：INU–+鐵心磁路

INU–+鐵心磁路

磁通勢：勵(lì)磁電流和線圈匝數(shù)的乘積。磁路磁阻：磁路磁阻：1、磁路歐姆定律第10頁/共51頁第9頁/共51頁2、磁路與電路的比較磁路磁通勢F磁通磁阻電路電動(dòng)勢E電流密度J電阻磁感應(yīng)強(qiáng)度B電流INI+_EIR第11頁/共51頁第10頁/共51頁3、

磁路分析的特點(diǎn)(1)在處理電路時(shí)不涉及電場問題，在處理磁路時(shí)離不開磁場的概念；(2)在處理電路時(shí)一般可以不考慮漏電流，在處理磁路時(shí)一般都要考慮漏磁通；(3)磁路歐姆定律和電路歐姆定律只是在形式上相似。由于不是常數(shù)，其隨勵(lì)磁電流而變，磁路歐姆定律不能直接用來計(jì)算，只能用于定性分析；(4)在電路中，當(dāng)E=0時(shí)，I=0；但在磁路中，由于有剩磁，當(dāng)F=0時(shí)，不為零；第12頁/共51頁第11頁/共51頁四、功率損耗交流鐵心線圈的功率損耗主要有銅損和鐵損兩種。1.銅損（Pcu）在交流鐵心線圈中,線圈電阻R上的功率損耗稱銅損，用Pcu表示。Pcu=RI2式中：R是線圈的電阻；I是線圈中電流的有效值。2.鐵損（PFe）在交流鐵心線圈中，處于交變磁通下的鐵心內(nèi)的功率損耗稱鐵損，用PFe

表示。鐵損由磁滯和渦流產(chǎn)生。+–ui第13頁/共51頁第12頁/共51頁

為了減少鐵心損耗，變壓器、電機(jī)等電器設(shè)備中鐵心通常用厚度為0.35mm或0.5mm硅鋼片疊裝而成。

鐵磁材料反復(fù)磁化時(shí)，內(nèi)部磁疇的極性取向隨著外磁場的交變來回翻轉(zhuǎn)，在翻轉(zhuǎn)的過程中，由于磁疇間相互摩擦而引起的能量損耗稱為磁滯損耗。磁滯損耗

鐵磁材料反復(fù)磁化時(shí)，內(nèi)部磁疇的極性取向隨著外磁場的交變來回翻轉(zhuǎn)，在翻轉(zhuǎn)的過程中，由于磁疇間相互摩擦而引起的能量損耗稱為磁滯損耗。磁滯損耗渦流在鐵芯中造成的熱量損耗。渦流損耗為減小渦流損耗，常用硅鋼片疊壓制成電機(jī)電器的鐵芯。第14頁/共51頁第13頁/共51頁1.為什么說磁路歐姆定律只能用于定性分析？

2.磁滯損耗和渦流損耗是怎么產(chǎn)生的？如何減小這兩種損耗？

第15頁/共51頁第14頁/共51頁*§4-2自感與互感一、自感現(xiàn)象與自感電動(dòng)勢當(dāng)導(dǎo)體中的電流發(fā)生變化時(shí)，導(dǎo)體本身就產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢，這個(gè)電動(dòng)勢總是阻礙導(dǎo)體中原來電流的變化。這種由于導(dǎo)體本身的電流發(fā)生變化而產(chǎn)生的電磁感應(yīng)現(xiàn)象叫做自感現(xiàn)象。

1．自感現(xiàn)象

自感現(xiàn)象中產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢，叫做自感電動(dòng)勢。

2．自感電動(dòng)勢注意：公式中的符號(hào)表明自感電動(dòng)勢總是企圖阻止電流的變化。

第16頁/共51頁第15頁/共51頁二、互感現(xiàn)象

由于一線圈電流變化引起另一個(gè)線圈產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢的現(xiàn)象，稱為互感現(xiàn)象。產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢叫互感電動(dòng)勢。

1．互感現(xiàn)象演示實(shí)驗(yàn)：線圈A和滑鍵變阻器RP、開關(guān)S串聯(lián)起來以后接到電源E上。線圈B的兩端分別和靈敏電流計(jì)的兩個(gè)接線柱連接。觀察當(dāng)開關(guān)S閉合或斷開的瞬間，電流計(jì)的變化情況。

現(xiàn)象：當(dāng)開關(guān)S閉合或斷開的瞬間，電流計(jì)的指針發(fā)生偏轉(zhuǎn)，并且指針偏轉(zhuǎn)的方向相反，說明電流方向相反。當(dāng)開關(guān)閉合后，迅速改變變阻器的阻值，電流計(jì)的指針也會(huì)左右偏轉(zhuǎn)，而且阻值變化越快，電流計(jì)指針偏轉(zhuǎn)的角度越大。第17頁/共51頁第16頁/共51頁分析：實(shí)驗(yàn)表明線圈A中的電流發(fā)生變化時(shí)，電流產(chǎn)生的磁場也要發(fā)生變化，通過線圈的磁通也要隨之變化，其中必然要有一部分磁通通過線圈B，這部分磁通叫做互感磁通。互感磁通同樣隨著線圈A中電流的變化而變化，因此，線圈B中要產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢。同樣，如果線圈B中的電流發(fā)生變化時(shí)，也會(huì)使線圈A中產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢。這種現(xiàn)象叫做互感現(xiàn)象，所產(chǎn)生的電動(dòng)勢叫做互感電動(dòng)勢。

第18頁/共51頁第17頁/共51頁2．互感現(xiàn)象的意義1）、互感現(xiàn)象的應(yīng)用：應(yīng)用互感可以很方便的把能量或信號(hào)由一個(gè)線圈傳遞到另一個(gè)線圈。我們使用的各種各樣的變壓器，如電力變壓器、鉗形電流表等都是根據(jù)互感原理工作的。

2）、互感現(xiàn)象在某些情況下是非常有害的。例如：有線電話常常會(huì)由于兩路電話間的互感而引起串音；無線電設(shè)備中，若線圈位置安放不當(dāng)，線圈間相互干擾，影響設(shè)備正常工作。在此類情況下就需要避免互感的干擾。第19頁/共51頁第18頁/共51頁三、耦合系數(shù)☆

“耦合系數(shù)k

”用來反映耦合電感中兩電感耦合的緊密程度，定義為☆可見，耦合系數(shù)k決定于兩個(gè)電感的耦合程度M（即，互感與線圈的結(jié)構(gòu)、相對位置有關(guān)）和自感系數(shù)L1、L2。

☆

0≤k≤1。k=0時(shí)，無耦合；k=1時(shí)，全耦合。第20頁/共51頁第19頁/共51頁

1.

同極性端（同名端）：當(dāng)電流從同極性端流入時(shí)，兩線圈產(chǎn)生的磁通方向相同。1、3為同名端1、4為同名端正確的串聯(lián)接法

同名端標(biāo)注i1

i2

124321i1

i2

124321四、互感線圈的同名端第21頁/共51頁第20頁/共51頁2.同名端的測定（1）直流法（三“正”法）1423smA0100+_電流表正指，1、3為同名端（2）交流法1423~V01001、3為同名端1、4為同名端第22頁/共51頁第21頁/共51頁五、耦合電感的VAR●

耦合電感的電壓有兩部分組成（以u(píng)1為例）:①i1引起的自感電壓L1di1/dt（若u1、

i1參考方向非關(guān)聯(lián),則前面加負(fù)號(hào)）;●

確定互感電壓極性的方法：若電流從一個(gè)同名端流入（流出），則另一個(gè)同名端必為互感電壓的正極（負(fù)極），②i2引起的互感電壓±Mdi2/dt

,其M前面的正負(fù)號(hào)，決定于互感電壓極性是否與u1相同，若相同則為正號(hào)，若相反則為負(fù)號(hào)。以阻礙磁鏈變化。第23頁/共51頁第22頁/共51頁【例】寫出圖示耦合電感的VAR?！窘狻康?4頁/共51頁第23頁/共51頁六、耦合電感的去耦等效（1）串聯(lián)去耦等效●同名端順向串聯(lián)第25頁/共51頁第24頁/共51頁●同名端反向串聯(lián)第26頁/共51頁第25頁/共51頁（2）并聯(lián)（T型）去耦等效●一對同名端并聯(lián)第27頁/共51頁第26頁/共51頁●一對異名端并聯(lián)第28頁/共51頁第27頁/共51頁一、變壓器的結(jié)構(gòu)二、變壓器的工作原理三、變壓器的額定值6.3變壓器第29頁/共51頁第28頁/共51頁變壓器可以變換電壓、電流和阻抗的功能。應(yīng)用非常廣泛。電力系統(tǒng)：變壓器用于改變供電系統(tǒng)的電壓。電子線路：變壓器用于改變電壓、耦合電路、傳送信號(hào)和實(shí)現(xiàn)阻抗的匹配等。

還有一些特殊變壓器（如：自耦變壓器、電流互感器等）及專用變壓器（如：電焊變壓器、整流變壓器等）。按相數(shù)分:

單相、三相和多相變壓器。分類：按用途分:

電力變壓器，特殊用途變壓器。按結(jié)構(gòu)分:

心式變壓器、殼式變壓器。按冷卻方式分:

自冷變壓器、油冷變壓器。第30頁/共51頁第29頁/共51頁其它部件:

油箱、冷卻裝置、保護(hù)裝置等殼式變壓器變壓器主要組成部分變壓器鐵心:

硅鋼片疊壓而成變壓器繞組:

原邊(一次線圈、高壓繞組)副邊(二次線圈、低壓繞組)心式變壓器線圈鐵心鐵心線圈1、鐵心一、變壓器的結(jié)構(gòu)第31頁/共51頁第30頁/共51頁2、繞組

變壓器的繞圈通常稱為繞組。在變壓器中，接到高壓電網(wǎng)的繞組稱為高壓繞組，接到低壓電網(wǎng)的繞組稱為低壓繞組。

按照高壓繞組和低壓繞組的相互位置和形狀的不同，繞組可以分為同心式和交疊式兩種。

低壓繞組

高壓繞組

低壓繞組

高壓繞組第32頁/共51頁第31頁/共51頁殼式變壓器繞組和鐵心的結(jié)構(gòu)示意圖第33頁/共51頁第32頁/共51頁–+u1e1變壓器原理示意圖i1

e1

主磁通1N1e2

e2i2u2–+ZLN22原繞組副繞組2→e2→1→e1→變壓器符號(hào)二、變壓器的工作原理第34頁/共51頁第33頁/共51頁U1U20—–=–—=

KN1N2U1U20E1E2

4.44fN1m

4.44fN2mN1N2—–=–—=–—–—–—–=–—變壓器變比E2

=

4.44fN2

m1.

空載運(yùn)行變壓器空載：E1

=

4.44fN1

m–+u1e1i1

e1

N1e2N2u20–+變壓器帶載工作時(shí)U1U2—–≈–—=

KN1N2第35頁/共51頁第34頁/共51頁i2u2–+ZLe2

–+u1e1i1

e1

N1e2N22.

負(fù)載運(yùn)行變壓器接負(fù)載：∵U1≈E1

=

4.44fN1m

變壓器接負(fù)載后,副邊磁動(dòng)勢也產(chǎn)生磁通,主磁通為合成磁通。

電源電壓U1沒有變∴變壓器接負(fù)載后,主磁通m

不變。（空載電流很?。㎞1I1=N2

I2結(jié)論有效值第36頁/共51頁第35頁/共51頁3.

阻抗變換?I2K?U2?U1?I1–++–Z2Z1負(fù)載阻抗結(jié)論

在電子線路和通信工程中，常用變壓器來實(shí)現(xiàn)阻抗的匹配。第37頁/共51頁第36頁/共51頁三、變壓器的額定值1.

變壓器的額定值（1）額定電壓（V、KV）U2N

原繞組加U1N時(shí)，副繞組的開路電壓。U1N

原繞組的額定電壓。三相變壓器為線電壓。（2）額定容量（VA、KVA）三相變壓器單相變壓器第38頁/共51頁第37頁/共51頁（3）額定電流（A）

I2N

副繞組的額定電流。I1N

原繞組的額定電流。三相變壓器為線電流。（4）額定頻率fN

額定頻率fN是指變壓器應(yīng)接入的電源頻率，我國電力系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)頻率為50Hz。

（5）型號(hào)

第39頁/共51頁第38頁/共51頁例:某收音機(jī)輸出變壓器的原線圈匝數(shù)N1=600匝，N2=30匝，接有阻抗為16揚(yáng)聲器（匹配），現(xiàn)要改接成4揚(yáng)聲器，問二次線圈匝數(shù)為多少才能匹配？解：原變比K+–第40頁/共51頁第39頁/共51頁一、自藕變壓器二、小功率電源變壓器三、三相電力變壓器6.4常用變壓器四、儀用互感器第41頁/共51頁第40頁/共51頁一、自耦變壓器和調(diào)壓器N1N2u1u2++--滑動(dòng)頭原理圖?U1?N1N2?U2I1?I2Z接零線接火線第42頁/共51頁第41頁/共51頁(1)原、副邊不能對調(diào)使用，否則可能會(huì)燒壞繞組，甚至造成電源短路。(2)接通電源前，應(yīng)先將滑動(dòng)觸頭調(diào)到零位，接通電源后再慢慢轉(zhuǎn)動(dòng)手柄，將輸出電壓調(diào)至所需值。使用自耦調(diào)變壓器時(shí)應(yīng)該注意：第43頁/共51頁第42頁/共51頁二、小功率電源變壓器

1、小功率電源變壓器：在各種儀器設(shè)備中提供所需電源電壓的變壓器，一般容量和體積都較小。小功率電源變壓器第44頁/共51頁第43頁/共51頁2、變壓器線圈極性

如果變壓器有兩個(gè)相同的原邊，串聯(lián)時(shí)可接于高壓，并聯(lián)時(shí)可接于低壓，但接線時(shí)一定要注意同極性端。

同極性端（同名端）：當(dāng)電流從同極性端流入時(shí)，兩線圈產(chǎn)生的磁通方向相同。1、3為同名端1、4為同名端正確的串聯(lián)接法

同名端標(biāo)注i1

i2

124321i1

i2

124321第45頁/共51頁第44頁/共51頁三、三相電力變壓器

在電力系統(tǒng)中，用來變換三相交流電壓，輸送電能的變壓器稱為三相電力變壓器。三相電力變壓器第46頁/共51頁第45頁/共51頁三相變壓器的接法三相電力變壓器的額定容量為：

三相變壓器的原、副邊繞組