第6章磁路與變壓器

第七章鐵心線圈與變壓器第6章磁路與變壓器6.1磁路的基本概念和基本定律6.2鐵磁材料6.3鐵芯線圈6.4變壓器本章主要內(nèi)容磁的基本物理量磁路基本定律磁性材料的磁性能直流鐵心中的電磁關(guān)系交流鐵心中的電磁關(guān)系變壓器中的電磁關(guān)系及變壓器的三種變換作用磁路：主磁通所經(jīng)過(guò)的閉合路徑。i6.1磁路的基本概念和基本定律一、磁路的基本概念

線圈通入電流后，產(chǎn)生磁通，分主磁通和漏磁通。：主磁通：漏磁通鐵心（導(dǎo)磁性能好的磁性材料）線圈二、磁路中的基本物理量1、磁感應(yīng)強(qiáng)度（磁通密度）與磁場(chǎng)方向相垂直的單位面積上通過(guò)的磁通（磁力線）單位：韋伯(Wb)1T=104高斯B

的單位：特斯拉（Tesla）S2、磁導(dǎo)率：表征各種材料導(dǎo)磁能力的物理量（亨/米）

真空中的磁導(dǎo)率()為常數(shù)一般材料的磁導(dǎo)率和真空中的磁導(dǎo)率之比，稱為這種材料的相對(duì)磁導(dǎo)率，則稱為磁性材料，則稱為非磁性材料

磁性材料的磁性能：1.高導(dǎo)磁性大小BH(I)

2.磁飽和性HBBH

3.磁滯性

根據(jù)磁性能，磁性材料又可分為三種：軟磁材料（磁滯回線窄長(zhǎng)。常用做磁頭、磁心等）、永磁材料（磁滯回線寬。常用做永久磁鐵）、矩磁材料（滯回線接近矩形。可用做記憶元件）。3、磁場(chǎng)強(qiáng)度H

磁場(chǎng)強(qiáng)度是計(jì)算磁場(chǎng)所用的物理量，其大小為磁感應(yīng)強(qiáng)度和導(dǎo)磁率之比。單位：B

：特斯拉：亨/米：安/米（一）.安培環(huán)路定律（全電流律）：四、磁路的基本定律

磁場(chǎng)中任何閉合回路磁場(chǎng)強(qiáng)度的線積分,等于通過(guò)這個(gè)閉合路徑內(nèi)電流的代數(shù)和.I1I2I3電流方向和磁場(chǎng)強(qiáng)度的方向符合右手定則，電流取正；否則取負(fù)。

在無(wú)分支的均勻磁路（磁路的材料和截面積相同，各處的磁場(chǎng)強(qiáng)度相等）中，安培環(huán)路定律可寫(xiě)成：磁路長(zhǎng)度L線圈匝數(shù)NIHL：稱為磁壓降。NI：稱為磁動(dòng)勢(shì)。一般用F

表示。F=NI總磁動(dòng)勢(shì)

在非均勻磁路（磁路的材料或截面積不同，或磁場(chǎng)強(qiáng)度不等）中，總磁動(dòng)勢(shì)等于各段磁壓降之和。例：IN對(duì)于均勻磁路磁路中的歐姆定律（二）.磁路的歐姆律：則：INSL注：由于磁性材料是非線性的，磁路歐姆定律多用作定性分析，不做定量計(jì)算。令：Rm

稱為磁阻磁路和電路的比較（一）磁路電路磁通INR+_EI磁壓降磁動(dòng)勢(shì)電動(dòng)勢(shì)電流電壓降U基本定律

磁阻磁感應(yīng)強(qiáng)度安培環(huán)路定律磁路IN歐姆定律電阻電流強(qiáng)度基爾霍夫電壓定律基爾霍夫電流定律磁路與電路的比較(二)電路R+_EIIU直流鐵心線圈直流磁路的特點(diǎn):直流磁路和電路中的恒壓源類似直流電路中

E

固定I

隨R

變化隨變化

直流磁路中

F固定

一定一定磁動(dòng)勢(shì)F=IN一定磁通和磁通成反比（線圈中沒(méi)有反電動(dòng)勢(shì)）（R

為線圈的電阻）電路方程：一般情況下很小交流激勵(lì)線圈中產(chǎn)生感應(yīng)電勢(shì)交流鐵心線圈：主磁通：漏磁通ui的感應(yīng)電勢(shì)

和產(chǎn)生一、電壓、電流和磁通的關(guān)系假設(shè)則最大值有效值ui電與磁的關(guān)系ui一定時(shí)磁動(dòng)勢(shì)IN隨磁阻的變化而變化。當(dāng)外加電壓U、頻率f

與線圈匝數(shù)N一定時(shí)，便確定下來(lái)。根據(jù)磁路歐姆定律，當(dāng)

交流磁路的特點(diǎn):交流磁路和電路中的恒流源類似直流磁路中：

固定F隨變化直流電路中：

IS固定U

隨R

變化交流磁路中磁阻對(duì)電流的影響電磁鐵吸合過(guò)程的分析：

在吸合過(guò)程中若外加電壓不變,則基本不變。iu電磁鐵吸合前(氣隙大）

大起動(dòng)電流大電磁鐵吸合后(氣隙?。?/p>

小電流小

如果氣隙中有異物卡住，電磁鐵長(zhǎng)時(shí)間吸不上，線圈中的電流一直很大，將會(huì)導(dǎo)致過(guò)熱，把線圈燒壞。注意：(U不變，I不變）(I

隨Rm

變化）（U不變時(shí)，基本不變）直流磁路交流磁路磁路小結(jié)（隨Rm變化）磁路計(jì)算舉例一般已知磁通量，求勵(lì)磁電流。分析步驟如下：1.計(jì)算各段磁路的磁感應(yīng)強(qiáng)度。磁通是閉合的。2.計(jì)算各段磁場(chǎng)強(qiáng)度。空氣隙根據(jù)公式計(jì)算，鐵磁性物質(zhì)查磁化曲線。3.計(jì)算總磁壓降，即磁勢(shì)。4.根據(jù)F=IN方可計(jì)算出勵(lì)磁電流。鐵心中的能量損失磁滯損失：磁滯現(xiàn)象引起鐵芯發(fā)熱，造成的損失。渦流損失：交變磁通在鐵芯中產(chǎn)生的感應(yīng)電流（渦流），造成的損失。鐵損為防止渦流損失，鐵芯一般由一片片彼此絕緣的導(dǎo)磁材料疊合而成且順著磁通的方向。變壓器功能：電壓變換：電力系統(tǒng)阻抗變換：電子電路中的阻抗匹配（如喇叭的輸出變壓器）

電流變換：電流互感器

6.4變壓器

發(fā)電廠1.05萬(wàn)伏輸電線22萬(wàn)伏升壓變電站1萬(wàn)伏降壓

變壓器應(yīng)用舉例…降壓實(shí)驗(yàn)室380/220伏降壓儀器36伏降壓?jiǎn)蜗嘧儔浩麒F芯原邊繞組副邊繞組一.變壓器的結(jié)構(gòu)：變壓器符號(hào)：工作過(guò)程：空載運(yùn)行：原邊接入電源，副邊開(kāi)路。接上交流電源

原邊電流i1等于勵(lì)磁電流i10

產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)二.工作原理

i10

產(chǎn)生磁通（交變）（

方向符合右手定則）結(jié)論：改變?cè)褦?shù)比，就能改變輸出電壓。K為變比原、副邊電壓關(guān)系根據(jù)交流磁路的分析可得：時(shí)

（變電壓）負(fù)載運(yùn)行Z

副邊帶負(fù)載后對(duì)磁路的影響：在副邊感應(yīng)電壓的作用下，副邊線圈中有了電流i2

。此電流在磁路中也會(huì)產(chǎn)生磁通，從而影響原邊電流i1。但當(dāng)外加電壓、頻率不變時(shí)，鐵芯中主磁通的最大值在變壓器空載或有負(fù)載時(shí)基本不變

。帶負(fù)載后磁動(dòng)勢(shì)的平衡關(guān)系為：結(jié)論：原、副邊電流與匝數(shù)成反比

由于變壓器鐵芯材料的導(dǎo)磁率高、空載勵(lì)磁電流很小，可忽略。即：原、副邊電流關(guān)系

（變電流）

（變阻抗）原、副邊阻抗關(guān)系從原邊等效：結(jié)論：變壓器原邊的等效負(fù)載，為副邊所帶負(fù)載乘以變比的平方。阻抗變換舉例：揚(yáng)聲器上如何得到最大輸出功率RsRL信號(hào)源設(shè)：信號(hào)電壓的有效值:U1=50V;信號(hào)內(nèi)阻：Rs=100;負(fù)載為揚(yáng)聲器，其等效電阻：RL=8。求：負(fù)載上得到的功率解：（1）將負(fù)載直接接到信號(hào)源上，得到的輸出功率為：Rs（2）將負(fù)載通過(guò)變壓器接到信號(hào)源上。輸出功率為：設(shè)變比則：結(jié)論：由此例可見(jiàn)加入變壓器以后，輸出功率提高了很多。原因是滿足了電路中獲得最大輸出的條件（信號(hào)源內(nèi)、外阻抗差不多相等）。三、變壓器的外特性與額定值副邊輸出電壓和輸出電流的關(guān)系。即：U2I2U20U20：原邊加額定電壓、副邊開(kāi)路時(shí)，副邊的輸出電壓。一般供電系統(tǒng)希望要硬特性（隨I2的變化，U2

變化不多）1.變壓器的外特性

額定電壓變壓器副邊開(kāi)路（空載）時(shí)，原、副邊繞組允許的電壓值。額定電流

變壓器滿載運(yùn)行時(shí)，原、副邊繞組允許的電流值。

額定容量

傳送功率的最大能力。（理想）2.變壓器的銘牌數(shù)據(jù)（以單相變壓器為例）

容量SN

輸出功率P2

原邊輸入功率P1

輸出功率P2注意：變壓器幾個(gè)功率的關(guān)系效率負(fù)載功率因數(shù)容量：原邊輸入功率：輸出功率：四、變壓器的損耗與效率()變壓器的損耗包括兩部分：銅損(PCu)：繞組導(dǎo)線電阻所致。磁滯損失：磁滯現(xiàn)象引起鐵芯發(fā)熱，造成的損失。渦流損失：交變磁通在鐵芯中產(chǎn)生的感應(yīng)電流（渦流），造成的損失。鐵損()：PFe

當(dāng)電流流入兩個(gè)線圈(或流出）時(shí)，若產(chǎn)生的磁通方向相同，則兩個(gè)流入端稱為同極性端（同名端）?；蛘哒f(shuō)，當(dāng)鐵芯中磁通變化（增大或減小）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(同名端)AXax**五、變壓器繞組極性及其測(cè)定AXax**電器使用時(shí)兩種電壓（220V/110V）的切換：220V：聯(lián)結(jié)2－3110V：聯(lián)結(jié)1－3，2－4線圈的接法1324**220V：聯(lián)結(jié)2－3勵(lì)磁兩種接法下線圈工作情況的分析**1324110V：聯(lián)結(jié)1－3，2－41,32,4220V：聯(lián)結(jié)2－31324**說(shuō)明：兩種接法下不變，所以鐵芯磁路的設(shè)計(jì)相同勵(lì)磁'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（兩繞組必須并繞）

原邊有兩個(gè)相同繞組的電源變壓器（220/110），使用中應(yīng)注意的問(wèn)題：**13241,32,4N若兩種接法鐵芯中的磁通相等，則：?jiǎn)栴}2：如果兩繞組的極性端接錯(cuò)，結(jié)果如何？結(jié)論：在極性不明確時(shí)，一定要先測(cè)定極性再通電。答：有可能燒毀變壓器兩個(gè)線圈中的磁通抵消燒毀感應(yīng)電勢(shì)電流

很大原因：**1324’方法一：交流法AXax同極性端的測(cè)定方法若說(shuō)明A

與a

或X

與x

為同極性端。把兩個(gè)線圈的任意兩端(X-x)連接,然后在AX

上加一小電壓u

。測(cè)量：

若說(shuō)明A

與x或X與a是同極性端；結(jié)論：方法二：直流法mA表+_AXaxK+-**AXax+_K設(shè)K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)

K

閉合時(shí)，mA表正偏，則A－a

為同極性端;如果當(dāng)K

閉合時(shí)，mA表反偏，則A－x

為同極性端結(jié)論：

變壓器設(shè)計(jì)中的一些概念(1)一定額定容量定鐵芯窗口定導(dǎo)線直徑定定則（銅多、鐵少）則（銅少、鐵多）(,一定時(shí),)

在同樣變比情況下，匝數(shù)多好，還是少好？（省銅）（費(fèi)鐵）截面積A

變壓器設(shè)計(jì)中的一些概念(2)1.自耦變壓器ABP六、其它類型的變壓器

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：原、副邊千萬(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。2.

電壓互感器：用低量程的電壓表測(cè)高電壓1.副邊不能短路，以防產(chǎn)生過(guò)流；2.鐵心、低壓繞組的