磁路與鐵心線圈電路91465

會(huì)計(jì)學(xué)1磁路與鐵心線圈電路91465

在很多電工設(shè)備（像變壓器、電機(jī)、電磁鐵電工測(cè)量?jī)x器等）中，不僅有電路的問(wèn)題，同時(shí)還有磁路的問(wèn)題。只有同時(shí)掌握了電路和磁路的基本理論，才能對(duì)以上電工設(shè)備進(jìn)行全面分析。

本章結(jié)合磁路和鐵心線圈電路的分析，討論變壓器和電磁鐵的工作原理，作為應(yīng)用實(shí)例。

磁路和電路往往是相關(guān)的，因此在這里要研究磁路和電路的關(guān)系以及磁和電的關(guān)系。

在電機(jī)、變壓器及各種鐵磁元件中常用磁性材料做成一定形狀的鐵心。鐵心的磁導(dǎo)率比周?chē)諝饣蚱渌镔|(zhì)的磁導(dǎo)率高的多，磁通的絕大部分經(jīng)過(guò)鐵心形成閉合通路，磁通的閉合路徑稱(chēng)為磁路。第1頁(yè)/共79頁(yè)直流電機(jī)的磁路交流接觸器的磁路_+NSNSIf四極直流電機(jī)和交流接觸器的磁路6.1

磁路及其分析方法第2頁(yè)/共79頁(yè)6.1.1

磁場(chǎng)的基本物理量1.磁感應(yīng)強(qiáng)度磁感應(yīng)強(qiáng)度B:

表示磁場(chǎng)內(nèi)某點(diǎn)磁場(chǎng)強(qiáng)弱和方向的物理量。磁感應(yīng)強(qiáng)度B的大小:磁感應(yīng)強(qiáng)度B的方向:

與電流的方向之間符合右手螺旋定則。磁感應(yīng)強(qiáng)度B的單位:

特斯拉(T)，1T=1Wb/m2

均勻磁場(chǎng):

各點(diǎn)磁感應(yīng)強(qiáng)度大小相等，方向相同的

磁場(chǎng)，也稱(chēng)勻強(qiáng)磁場(chǎng)。第3頁(yè)/共79頁(yè)2.磁通磁通：穿過(guò)垂直于B方向的面積S中的磁力線總數(shù)。

說(shuō)明:

如果不是均勻磁場(chǎng)，則取B的平均值。在均勻磁場(chǎng)中=BS或

B=/S

磁感應(yīng)強(qiáng)度B在數(shù)值上可以看成為與磁場(chǎng)方向垂直的單位面積所通過(guò)的磁通,故又稱(chēng)磁通密度。磁通的單位:韋[伯](Wb)1Wb=1V·s3.磁場(chǎng)強(qiáng)度磁場(chǎng)強(qiáng)度H

：是計(jì)算磁場(chǎng)時(shí)所引用的一個(gè)物理量，也是矢量，通過(guò)它來(lái)確定磁場(chǎng)與電流之間的關(guān)系。磁場(chǎng)強(qiáng)度H的單位：安培/米（A/m)第4頁(yè)/共79頁(yè)

任意選定一個(gè)閉合回線的圍繞方向，凡是電流方向與閉合回線圍繞方向之間符合右螺旋定則的電流作為正、反之為負(fù)。

式中：是磁場(chǎng)強(qiáng)度矢量沿任意閉合線(常取磁通作為閉合回線)的線積分；I

是穿過(guò)閉合回線所圍面積的電流的代數(shù)和。安培環(huán)路定律電流正負(fù)的規(guī)定：即：安培環(huán)路定律（全電流定律）I1HI2所以安培環(huán)路定律將電流與磁場(chǎng)強(qiáng)度聯(lián)系起來(lái)。

在均勻磁場(chǎng)中

Hl=IN第5頁(yè)/共79頁(yè)由實(shí)驗(yàn)可測(cè)得：真空的磁導(dǎo)率為：4.磁導(dǎo)率磁導(dǎo)率：表示磁場(chǎng)媒質(zhì)磁性的物理量，衡量物質(zhì)的導(dǎo)磁能力。它與磁場(chǎng)強(qiáng)度的乘積就等于磁感應(yīng)強(qiáng)度，即：磁導(dǎo)率的單位：亨/米（H/m）

因?yàn)樗且粋€(gè)常數(shù)，將其它物質(zhì)的磁導(dǎo)率和它比較是很方便的。第6頁(yè)/共79頁(yè)4.磁導(dǎo)率相對(duì)磁導(dǎo)率

r：

任一種物質(zhì)的磁導(dǎo)率和真空的磁導(dǎo)率0的比值。

也即當(dāng)磁場(chǎng)媒質(zhì)是某種物質(zhì)時(shí)某點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度B與在同樣電流下真空時(shí)該點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度B0之比的倍數(shù)。

自然界的所有物質(zhì)按磁導(dǎo)率的大小，大體上可分為磁性材料和非磁性材料。第7頁(yè)/共79頁(yè)6.1.2

磁性材料的磁性能1.高導(dǎo)磁性

磁性材料的磁導(dǎo)率通常都很高，即r1(如坡莫合金，其r可達(dá)2105)

。磁性材料能被強(qiáng)烈的磁化，具有很高的導(dǎo)磁性能。

磁性材料主要指鐵、鎳、鈷及其合金等。

磁性物質(zhì)的高導(dǎo)磁性被廣泛地應(yīng)用于電工設(shè)備中，如電機(jī)、變壓器及各種鐵磁元件的線圈中都放有鐵心。在這種具有鐵心的線圈中通入不太大的勵(lì)磁電流，便可以產(chǎn)生較大的磁通和磁感應(yīng)強(qiáng)度。第8頁(yè)/共79頁(yè)磁性物質(zhì)由于磁化所產(chǎn)生的磁化磁場(chǎng)不會(huì)隨著外磁場(chǎng)的增強(qiáng)而無(wú)限的增強(qiáng)。2.磁飽和性BJ

磁場(chǎng)內(nèi)磁性物質(zhì)的磁化磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度曲線；B0

磁場(chǎng)內(nèi)不存在磁性物質(zhì)時(shí)的磁感應(yīng)強(qiáng)度直線；B

BJ曲線和B0直線的縱坐標(biāo)相加即磁場(chǎng)的B-H

磁化曲線。OHBB0BJB?a?b磁化曲線磁性物質(zhì)由于磁化所產(chǎn)生的磁化磁場(chǎng)不會(huì)隨著外磁場(chǎng)的增強(qiáng)而無(wú)限的增強(qiáng)。當(dāng)外磁場(chǎng)增大到一定程度時(shí)，磁性物質(zhì)的全部磁疇的磁場(chǎng)方向都轉(zhuǎn)向與外部磁場(chǎng)方向一致，磁化磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度將趨向某一定值。如圖。第9頁(yè)/共79頁(yè)

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(lái)；

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。

有磁性物質(zhì)存在時(shí)，與I不成正比。

磁性物質(zhì)的磁化曲線在磁路計(jì)算上極為重要，其為非線性曲線，實(shí)際中通過(guò)實(shí)驗(yàn)得出。

OHB,B磁化曲線B和與H的關(guān)系第10頁(yè)/共79頁(yè)3.磁滯性

磁性材料在交變磁場(chǎng)中反復(fù)磁化，其B-H關(guān)系曲線是一條回形閉合曲線，稱(chēng)為磁滯回線。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(chǎng)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。例如:永久磁鐵的磁性就是由剩磁產(chǎn)生的；自勵(lì)直流發(fā)電機(jī)的磁極，為了使電壓能建立，也必須具有剩磁。

第11頁(yè)/共79頁(yè)3.磁滯性磁滯回線OHB????BrHc但剩磁也存在著有害的一面，例如，當(dāng)工件在平面磨床上加工完畢后，由于電磁吸盤(pán)有剩磁，還將工件吸住。為此要通入反向去磁電流，去掉剩磁，才能取下工件。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12頁(yè)/共79頁(yè)

幾種常見(jiàn)磁性物質(zhì)的磁化曲線a

鑄鐵b

鑄鋼c硅鋼片O0.10.20.30.40.50.60.70.80.91.0103H/(A/m)H/(A/m)12345678910103B/T1.81.61.41.21.00.80.60.40.2ababcc第13頁(yè)/共79頁(yè)按磁性物質(zhì)的磁性能，磁性材料分為三種類(lèi)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(lái)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(lái)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(kāi)關(guān)元件和邏輯元件。常用的有鎂錳鐵氧體等。第14頁(yè)/共79頁(yè)6.1.3磁路的分析方法磁路的歐姆定律是分析磁路的基本定律

環(huán)形線圈如圖，其中媒質(zhì)是均勻的，磁導(dǎo)率為，試計(jì)算線圈內(nèi)部的磁通。解：根據(jù)安培環(huán)路定律，有設(shè)磁路的平均長(zhǎng)度為l，則有1.引例SxHxIN匝第15頁(yè)/共79頁(yè)式中：F=NI

為磁通勢(shì)，由其產(chǎn)生磁通；

Rm

稱(chēng)為磁阻，表示磁路對(duì)磁通的阻礙作用；

l為磁路的平均長(zhǎng)度；

S

為磁路的截面積。2.磁路的歐姆定律

若某磁路的磁通為，磁通勢(shì)為F

，磁阻為Rm，則即有：此即磁路的歐姆定律。第16頁(yè)/共79頁(yè)3.磁路與電路的比較

磁路磁通勢(shì)F磁通磁阻電路電動(dòng)勢(shì)E電流密度J

電阻磁感應(yīng)強(qiáng)度B電流INI+_EIR第17頁(yè)/共79頁(yè)4.磁路分析的特點(diǎn)(1)在處理電路時(shí)不涉及電場(chǎng)問(wèn)題，在處理磁路時(shí)離不開(kāi)磁場(chǎng)的概念；例如在討論電機(jī)時(shí)，常常要分析電機(jī)磁路的氣隙中磁感應(yīng)強(qiáng)度的分布情況。(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(lái)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18頁(yè)/共79頁(yè)5.磁路的分析計(jì)算主要任務(wù):預(yù)先選定磁性材料中的磁通(或磁感應(yīng)強(qiáng)度)，按照所定的磁通、磁路各段的尺寸和材料,求產(chǎn)生預(yù)定的磁通所需要的磁通勢(shì)F=NI

，確定線圈匝數(shù)和勵(lì)磁電流?；竟?

設(shè)磁路由不同材料或不同長(zhǎng)度和截面積的

n

段組成，則基本公式為：即稱(chēng)為磁路個(gè)段的磁壓降第19頁(yè)/共79頁(yè)基本步驟:（由磁通求磁通勢(shì)F=NI

）(1)求各段磁感應(yīng)強(qiáng)度Bi

各段磁路截面積不同，通過(guò)同一磁通，故有：(2)求各段磁場(chǎng)強(qiáng)度

Hi

根據(jù)各段磁路材料的磁化曲線Bi=f(Hi),求B1，

B2

，……相對(duì)應(yīng)的H1，H2

，……。(3)計(jì)算各段磁路的磁壓降（Hi

li

）(4)根據(jù)下式求出磁通勢(shì)（NI

）第20頁(yè)/共79頁(yè)例1:一個(gè)具有閉合的均勻的鐵心線圈，其匝數(shù)為300，鐵心中的磁感應(yīng)強(qiáng)度為0.9T，磁路的平均長(zhǎng)度為

45cm，試求：(1)鐵心材料為鑄鐵時(shí)線圈中的電流;(2)鐵心材料為硅鋼片時(shí)線圈中的電流。解：

（1）查鑄鐵材料的磁化曲線，當(dāng)B=0.9T時(shí)，(2)查硅鋼片材料的磁化曲線，當(dāng)B=0.9T時(shí)，磁場(chǎng)強(qiáng)度H=9000A/m，則磁場(chǎng)強(qiáng)度

H=260A/m，則結(jié)論：如果要得到相等的磁感應(yīng)強(qiáng)度，采用磁導(dǎo)率高的鐵心材料，可以降低線圈電流，減少用銅量。第21頁(yè)/共79頁(yè)

如線圈中通有同樣大小的電流0.39A，則鐵心中的磁場(chǎng)強(qiáng)度是相等的，都是260A/m。查磁化曲線可得，

在例1(1)，(2)兩種情況下，如線圈中通有同樣大小的電流0.39A，要得到相同的磁通，鑄鐵材料鐵心的截面積和硅鋼片材料鐵心的截面積，哪一個(gè)比較?。俊痉治觥?/p>

B硅鋼是B鑄鐵的17倍。因

=BS，如要得到相同的磁通，則鑄鐵鐵心的截面積必須是硅鋼片鐵心的截面積的17倍。B鑄鐵=0.05T、B硅鋼=0.9T,結(jié)論：如果線圈中通有同樣大小的勵(lì)磁電流，要得到相等的磁通，采用磁導(dǎo)率高的鐵心材料，可使鐵心的用鐵量大為降低。第22頁(yè)/共79頁(yè)

查鑄鋼的磁化曲線，

B=0.9T時(shí)，磁場(chǎng)強(qiáng)度H1=500A/m例2:

有一環(huán)形鐵心線圈，其內(nèi)徑為10cm，外徑為

5cm，鐵心材料為鑄鋼。磁路中含有一空氣隙，其長(zhǎng)度等于0.2cm。設(shè)線圈中通有1A的電流，如要得到0.9T的磁感應(yīng)強(qiáng)度，試求線圈匝數(shù)。解:空氣隙的磁場(chǎng)強(qiáng)度鑄鋼鐵心的磁場(chǎng)強(qiáng)度，鐵心的平均長(zhǎng)度磁路的平均總長(zhǎng)度為第23頁(yè)/共79頁(yè)

對(duì)各段有

總磁通勢(shì)為

線圈匝數(shù)為

磁路中含有空氣隙時(shí)，由于其磁阻較大，磁通勢(shì)幾乎都降在空氣隙上面。結(jié)論：當(dāng)磁路中含有空氣隙時(shí)，由于其磁阻較大，要得到相等的磁感應(yīng)強(qiáng)度，必須增大勵(lì)磁電流（設(shè)線圈匝數(shù)一定）。第24頁(yè)/共79頁(yè)

通過(guò)上述例題，可以得出如下結(jié)論：(1)如果要得到相等的磁感應(yīng)強(qiáng)度，采用高磁導(dǎo)率的鐵心材料，可使線圈的用銅量大大降低。(2)如果線圈中同有同樣大小的勵(lì)磁電流，要得到相等的磁通，采用磁導(dǎo)率高的鐵心材料，可使鐵心的用鐵量大大降低。(3)當(dāng)磁路中含有空氣隙時(shí)，由于其磁阻較大，要得到相等的磁感應(yīng)強(qiáng)度，必須增大勵(lì)磁電流（線圈匝數(shù)一定時(shí)）。第25頁(yè)/共79頁(yè)6.2

交流鐵心線圈電路6.2.1電磁關(guān)系–+e–+e+–uNi（磁通勢(shì)）主磁通：通過(guò)鐵心閉合的磁通。漏磁通：經(jīng)過(guò)空氣或其它非導(dǎo)磁媒質(zhì)閉合的磁通。線圈鐵心i，鐵心線圈的漏磁電感與i不是線性關(guān)系。第26頁(yè)/共79頁(yè)6.2.2電壓電流關(guān)系根據(jù)KVL:+––+–+eeuNi式中：R是線圈導(dǎo)線的電阻L是漏磁電感

當(dāng)u是正弦電壓時(shí)，其它各電壓、電流、電動(dòng)勢(shì)可視作正弦量，則電壓、電流關(guān)系的相量式為：第27頁(yè)/共79頁(yè)設(shè)主磁通則有效值

由于線圈電阻

R

和感抗X（或漏磁通）較小，其電壓降也較小，與主磁電動(dòng)勢(shì)E相比可忽略，故有式中：Bm是鐵心中磁感應(yīng)強(qiáng)度的最大值，單位[T]；

S是鐵心截面積，單位[m2]。第28頁(yè)/共79頁(yè)6.2.3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(chēng)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(chēng)鐵損，用PFe

表示。它與鐵心內(nèi)磁感應(yīng)強(qiáng)度的最大值Bm的平方成正比。鐵損由磁滯和渦流產(chǎn)生。+–ui第29頁(yè)/共79頁(yè)（1）磁滯損耗（Ph）

由磁滯所產(chǎn)生的能量損耗稱(chēng)為磁滯損耗(Ph

)

。磁滯損耗的大小：?jiǎn)挝惑w積內(nèi)的磁滯損耗正比與磁滯回線的面積和磁場(chǎng)交變的頻率f。OHB

磁滯損耗轉(zhuǎn)化為熱能，引起鐵心發(fā)熱。減少磁滯損耗的措施：選用磁滯回線狹小的磁性材料制作鐵心。變壓器和電機(jī)中使用的硅鋼等材料的磁滯損耗較低。

設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)適當(dāng)選擇值以減小鐵心飽和程度。第30頁(yè)/共79頁(yè)(2)渦流損耗（Pe）渦流損耗:由渦流所產(chǎn)生的功率損耗。

渦流：交變磁通在鐵心內(nèi)產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)和電流，稱(chēng)為渦流。渦流在垂直于磁通的平面內(nèi)環(huán)流。渦流損耗轉(zhuǎn)化為熱能，引起鐵心發(fā)熱。減少渦流損耗措施：

提高鐵心的電阻率（通常由于硅鋼片）。鐵心用彼此絕緣的鋼片疊成，把渦流限制在較小的截面內(nèi)。鐵心線圈交流電路的有功功率為：第31頁(yè)/共79頁(yè)6.3

變壓器

變壓器是一種常見(jiàn)的電氣設(shè)備，在電力系統(tǒng)和電子線路中應(yīng)用廣泛。變電壓：電力系統(tǒng)

變阻抗：電子線路中的阻抗匹配變電流：電流互感器

變壓器的主要功能有：

在能量傳輸過(guò)程中，當(dāng)輸送功率P=UIcos及負(fù)載功率因數(shù)cos

一定時(shí)：電能損耗小節(jié)省金屬材料（經(jīng)濟(jì)）6.3.1概述UIP=I2RlIS第32頁(yè)/共79頁(yè)第33頁(yè)/共79頁(yè)第34頁(yè)/共79頁(yè)變壓器的結(jié)構(gòu)第35頁(yè)/共79頁(yè)變壓器的分類(lèi)電壓互感器電流互感器按用途分電力變壓器(輸配電用)儀用變壓器整流變壓器按相數(shù)分三相變壓器單相變壓器按制造方式殼式心式變壓器符號(hào)第36頁(yè)/共79頁(yè)第37頁(yè)/共79頁(yè)(1)空載運(yùn)行情況1.電磁關(guān)系一次側(cè)接交流電源，二次側(cè)開(kāi)路。+–+–+–+–+–1i0(i0N1)1空載時(shí)，鐵心中主磁通是由一次繞組磁通勢(shì)產(chǎn)生的。第38頁(yè)/共79頁(yè)(2)帶負(fù)載運(yùn)行情況1.電磁關(guān)系一次側(cè)接交流電源，二次側(cè)接負(fù)載。+–+–+–11i1(i1N1)i1i2(i2N2)

2有載時(shí)，鐵心中主磁通是由一次、二次繞組磁通勢(shì)共同產(chǎn)生的合成磁通。2i2+–e2+–e2+–u2Z第39頁(yè)/共79頁(yè)2.電壓變換（設(shè)加正弦交流電壓）有效值:同理：主磁通按正弦規(guī)律變化，設(shè)為則(1)一次、二次側(cè)主磁通感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)第40頁(yè)/共79頁(yè)根據(jù)KVL：變壓器一次側(cè)等效電路如圖

由于電阻

R1和感抗X1(或漏磁通)較小,其兩端的電壓也較小,與主磁電動(dòng)勢(shì)E1比較可忽略不計(jì)，則–––+++(2)一次、二次側(cè)電壓式中R1為一次側(cè)繞組的電阻;

X1=L1為一次側(cè)繞組的感抗(漏磁感抗，由漏磁產(chǎn)生)。第41頁(yè)/共79頁(yè)（匝比）K為變比對(duì)二次側(cè)，根據(jù)KVL：結(jié)論：改變?cè)褦?shù)比，就能改變輸出電壓。式中R2為二次繞組的電阻;

X2=L2為二次繞組的感抗；為二次繞組的端電壓。變壓器空載時(shí):+–u2+–+–+–i1i2+–e2+–e2式中U20為變壓器空載電壓。故有第42頁(yè)/共79頁(yè)三相電壓的變換(1)三相變壓器的結(jié)構(gòu)高壓繞組：U2、V2

、W2:尾端U1、V1

、W1:首端低壓繞組：u1、v1

、w1:首端u2、v2

、w2:尾端(2)三相變壓器的聯(lián)結(jié)方式聯(lián)結(jié)方式：高壓繞組接法低壓繞組接法三相配電變壓器動(dòng)力供電系統(tǒng)（井下照明）高壓、超高壓供電系統(tǒng)常用接法:U1U2u1u2V1V2v1v2W1W2w1w2第43頁(yè)/共79頁(yè)1)三相變壓器Y/Y0聯(lián)結(jié)線電壓之比：U1+–+–V2W3w1+–+–v1u1第44頁(yè)/共79頁(yè)2)三相變壓器Y0/聯(lián)結(jié)線電壓之比：U1+–+–+–V1W1u1v1w1第45頁(yè)/共79頁(yè)3.電流變換(一次、二次側(cè)電流關(guān)系)有載運(yùn)行

即：鐵心中主磁通的最大值m在變壓器空載和有載時(shí)基本是恒定的。

不論變壓器空載還是有載，一次繞組上的阻抗壓降均可忽略，故有當(dāng)U1、f不變，則m基本不變，近于常數(shù)?？蛰d：有載：+–|Z|+–+–+–第46頁(yè)/共79頁(yè)一般情況下：I0(2~3)%I1N很小可忽略?；蚪Y(jié)論：一次、二次側(cè)電流與匝數(shù)成反比?；颍?.提供產(chǎn)生m的磁勢(shì)2.提供用于補(bǔ)償作用

的磁勢(shì)可得磁勢(shì)平衡式：空載磁勢(shì)有載磁勢(shì)第47頁(yè)/共79頁(yè)4.阻抗變換由圖可知：

結(jié)論：變壓器一次側(cè)的等效阻抗模，為二次側(cè)所帶負(fù)載的阻抗模的K2倍。+–+–+–第48頁(yè)/共79頁(yè)(1)

變壓器的匝數(shù)比應(yīng)為：解:例1:

如圖，交流信號(hào)源的電動(dòng)勢(shì)E=120V，內(nèi)阻R0=800，負(fù)載為揚(yáng)聲器，其等效電阻為RL=8。要求:(1)當(dāng)RL折算到原邊的等效電阻時(shí)，求變壓器的匝數(shù)比和信號(hào)源輸出的功率；（2）當(dāng)將負(fù)載直接與信號(hào)源聯(lián)接時(shí),信號(hào)源輸出多大功率？R0+–+–RL信號(hào)源+–R0RL第49頁(yè)/共79頁(yè)信號(hào)源的輸出功率：電子線路中，常利用阻抗匹配實(shí)現(xiàn)最大輸出功率。結(jié)論：接入變壓器以后，輸出功率大大提高。原因：滿足了最大功率輸出的條件：（2）將負(fù)載直接接到信號(hào)源上時(shí)，輸出功率為：第50頁(yè)/共79頁(yè)例2:

有一機(jī)床照明變壓器,50VA,U1=380V,U2=36V，其繞組已燒毀，要拆去重繞。今測(cè)得其鐵心截面積為22mm41mm（如圖）。鐵心材料是0.35mm厚的硅鋼片。試計(jì)算一次、二次繞組匝數(shù)及導(dǎo)線線徑。22mm厚41mm解:鐵心的有效截面積為式中0.9為鐵心疊片間隙系數(shù)．對(duì)0.35mm的硅鋼片，可取Bm=1.1T一次繞組匝數(shù)為第51頁(yè)/共79頁(yè)二次繞組匝數(shù)為（設(shè)U20=1.05U2）二次繞組電流為一次繞組電流為導(dǎo)線直徑計(jì)算公式式中，J是電流密度，一般取J

＝2.5A/mm2。第52頁(yè)/共79頁(yè)二次繞組線徑為一次繞組線徑為第53頁(yè)/共79頁(yè)1)變壓器的型號(hào)5.變壓器的銘牌和技術(shù)數(shù)據(jù)SJL1000/10

變壓器額定容量(KVA)

鋁線圈

冷卻方式J:油浸自冷式F:風(fēng)冷式相數(shù)S:三相D:單相

高壓繞組的額定電壓(KV)第54頁(yè)/共79頁(yè)2)額定值額定電壓U1N、U2N

變壓器二次側(cè)開(kāi)路（空載）時(shí)，一次、二次側(cè)繞組允許的電壓值單相：U1N，一次側(cè)電壓，

U2N，二次側(cè)空載時(shí)的電壓三相：U1N、U2N，一次、二次側(cè)的線電壓

額定電流I1N、I2N

變壓器滿載運(yùn)行時(shí)，一次、二次側(cè)繞組允許的電流值。單相：一次、二次側(cè)繞組允許的電流值三相：一次、二次側(cè)繞組線電流第55頁(yè)/共79頁(yè)

額定容量

SN

傳送功率的最大能力。單相：三相：容量SN

輸出功率P2

一次側(cè)輸入功率P1

輸出功率P2注意：變壓器幾個(gè)功率的關(guān)系(單相)效率容量：一次側(cè)輸入功率：輸出功率：變壓器運(yùn)行時(shí)的功率取決于負(fù)載的性質(zhì)2)額定值第56頁(yè)/共79頁(yè)6.3.3

變壓器的外特性與效率1.變壓器的外特性

當(dāng)一次側(cè)電壓U1和負(fù)載功率因數(shù)cos2保持不變時(shí)，二次側(cè)輸出電壓U2和輸出電流I2的關(guān)系，U2=f(I2)。U20：一次側(cè)加額定電壓、二次側(cè)開(kāi)路時(shí)，二次側(cè)的輸出電壓。

一般供電系統(tǒng)希望要硬特性（隨I2的變化，U2

變化不大），電壓變化率約在5%左右。電壓變化率：cos2=0.8(感性）U2I2U20I2Ncos2=1O第57頁(yè)/共79頁(yè)2.變壓器的效率()變壓器的損耗包括兩部分：銅損(PCu)：繞組導(dǎo)線電阻的損耗。與負(fù)載大?。ㄕ扔陔娏髌椒剑┯嘘P(guān)。

鐵損(PFe)：變壓器的效率為一般95%,負(fù)載為額定負(fù)載的(50~75)%時(shí),最大。輸出功率輸入功率磁滯損耗：渦流損耗它與鐵心內(nèi)磁感應(yīng)強(qiáng)度的最大值Bm的平方成正比。與負(fù)載大小無(wú)關(guān)。第58頁(yè)/共79頁(yè)例３:

有一帶電阻負(fù)載的三相變壓器，其額定數(shù)據(jù)如下：SN=100kVA,U1N=6000V,f=50Hz。

U2N=U20=400V,繞組連接成／０。由試驗(yàn)測(cè)得:

PFe

=600W，額定負(fù)載時(shí)的

PCu

=2400W。試求(1)變壓器的額定電流；

(2)滿載和半載時(shí)的效率。解:(1)定電流第59頁(yè)/共79頁(yè)(2)滿載和半載時(shí)的效率第60頁(yè)/共79頁(yè)

當(dāng)電流流入(或流出）兩個(gè)線圈時(shí)，若產(chǎn)生的磁通方向相同，則兩個(gè)流入(或流出）端稱(chēng)為同極性端。??AXax?AXax1.同極性端(同名端)

或者說(shuō)，當(dāng)鐵心中磁通變化時(shí)，在兩線圈中產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)極性相同的兩端為同極性端。

同極性端用“?”表示。增加+–+++–––

同極性端和繞組的繞向有關(guān)。6.3.4

變壓器繞組的極性?第61頁(yè)/共79頁(yè)聯(lián)接

2－3

變壓器原一次側(cè)有兩個(gè)額定電壓為110V的繞組：2.線圈的接法

聯(lián)接

1－3，2－4當(dāng)電源電壓為220V時(shí)：+–+–電源電壓為110V時(shí)：1324??1324

??第62頁(yè)/共79頁(yè)問(wèn)題1：在110V

情況下，如果只用一個(gè)繞組（N），行不行？答：不行（兩繞組必須并接）

一次側(cè)有兩個(gè)相同繞組的電源變壓器(220/110)，使用中應(yīng)注意的問(wèn)題：??1324

若兩種接法鐵心中的磁通相等，則：+–第63頁(yè)/共79頁(yè)問(wèn)題2：如果兩繞組的極性端接錯(cuò)，結(jié)果如何？結(jié)論：在同極性端不明確時(shí)，一定要先測(cè)定同極性端再通電。答：有可能燒毀變壓器兩個(gè)線圈中的磁通抵消原因：電流很大燒毀變壓器感應(yīng)電勢(shì)??1324’+–第64頁(yè)/共79頁(yè)方法一：交流法把兩個(gè)線圈的任意兩端(X-x)連接,然后在AX上加一低電壓uAX

。測(cè)量：

若說(shuō)明A與x

或X與a

是同極性端.若

說(shuō)明A與a或X與x

為同極性端。

結(jié)論：VaAXxV3.同極性端的測(cè)定方法+–第65頁(yè)/共79頁(yè)方法二：直流法設(shè)S閉合時(shí)增加。感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的方向，阻止的增加。

如果當(dāng)S閉合時(shí)，電流表正偏，則A-a為同極性端;結(jié)論：Xx電流表+_Aa+–S

如果當(dāng)S閉合時(shí)，電流表反偏，則A-x為同極性端。??AXax+_S+–第66頁(yè)/共79頁(yè)

使用時(shí)，改變滑動(dòng)端的位置，便可得到不同的輸出電壓。實(shí)驗(yàn)室中用的調(diào)壓器就是根據(jù)此原理制作的。注意：一次、二次側(cè)千萬(wàn)不能對(duì)調(diào)使用，以防變壓器損壞。因?yàn)镹變小時(shí)，磁通增大，電流會(huì)迅速增加。6.3.4

特殊變壓器1.自耦變壓器ABP+–+–第67頁(yè)/共79頁(yè)二次側(cè)不能短路，以防產(chǎn)生過(guò)流；2.鐵心、低壓繞組的一端接地，以防在絕緣損壞時(shí)，在二次側(cè)出現(xiàn)高壓。使用注意事項(xiàng)：電壓表被測(cè)電壓=電壓表讀數(shù)N1/N22.電壓互感器實(shí)現(xiàn)用低量程的電壓表測(cè)量高電壓VR

N1（匝數(shù)多）保險(xiǎn)絲

N2（匝數(shù)少）~u（被測(cè)電壓）第68頁(yè)/共79頁(yè)電流表被測(cè)電流=電流表讀數(shù)N2/N1二次側(cè)不能開(kāi)路，以防產(chǎn)生高電壓；2.鐵心、低壓繞組的一端接地，以防在絕緣損壞時(shí)，在二次側(cè)出現(xiàn)過(guò)壓。使用注意事項(xiàng)：3.電流互感器實(shí)現(xiàn)用低量程的電流表測(cè)量大電流（被測(cè)電流）N1（匝數(shù)少）N2（匝數(shù)多）ARi1i2第69頁(yè)/共79頁(yè)6.4

電磁鐵1.概述

電磁鐵是利用通電的鐵心線圈吸引銜鐵或保持某種機(jī)械零件、工件于固定位置的一種電器。當(dāng)電源斷開(kāi)時(shí)電磁鐵的磁性消失，銜鐵或其它零件即被釋放。電磁鐵銜鐵的動(dòng)作可使其它機(jī)械裝置發(fā)生聯(lián)動(dòng)。根據(jù)使用電