第七章 磁路和變壓器

第七章磁路和變壓器第1頁，課件共51頁，創(chuàng)作于2023年2月DesignByCYQCompileByLZW

ElectronicalEngineering§7.1磁路的基本物理量和基本性質(zhì)磁路的基本物理量磁感應(yīng)強(qiáng)度（磁通密度）B磁通Φ磁導(dǎo)率μ磁場強(qiáng)度H磁路的基本性質(zhì)磁通連續(xù)性原理第2頁，課件共51頁，創(chuàng)作于2023年2月DesignByCYQCompileByLZW

ElectronicalEngineering磁路的基本物理量磁感應(yīng)強(qiáng)度B又稱為磁通密度，用來表示磁場中某一點(diǎn)磁場強(qiáng)弱和方向的物理量方向與產(chǎn)生磁場的勵(lì)磁電流的方向遵循右手螺旋定則B的大小等于通過垂直于磁場方向單位面積的磁力線數(shù)目，B的方向用右手螺旋定則確定。(或者用公式F=qv×B=Il×B表示)單位為特斯拉（T）第3頁，課件共51頁，創(chuàng)作于2023年2月DesignByCYQCompileByLZW

ElectronicalEngineering磁路的基本物理量磁通Φ表示在磁場內(nèi)穿過某一界面S的磁感應(yīng)強(qiáng)度B的通量數(shù)學(xué)表達(dá)式為

Φ＝∫SB·dS磁場方向與截面方向垂直時(shí)候Φ=BS單位為韋伯（Wb）磁導(dǎo)率μ表示物質(zhì)導(dǎo)磁能力大小的物理量真空導(dǎo)磁率

μ0＝4π×10－7H/m相對磁導(dǎo)率μr＝μ/μ0單位為亨/米（H/m）第4頁，課件共51頁，創(chuàng)作于2023年2月DesignByCYQCompileByLZW

ElectronicalEngineering磁路的基本物理量和基本性質(zhì)磁場強(qiáng)度H表示磁感應(yīng)強(qiáng)度B在不同物質(zhì)中的分布磁場強(qiáng)度H和磁感應(yīng)強(qiáng)度B的關(guān)系式

H=B/μ計(jì)算式單位為安/米（A/m）磁通連續(xù)性原理磁場中任何一個(gè)閉合曲面的磁通量為零第5頁，課件共51頁，創(chuàng)作于2023年2月DesignByCYQCompileByLZW

ElectronicalEngineering§7.2鐵磁材料鐵磁材料的特點(diǎn)磁導(dǎo)率高：μr>>1，可達(dá)102~104數(shù)量級磁飽和現(xiàn)象：B隨H的增大而非線性增加并趨飽和磁滯現(xiàn)象：B的變化總是滯后于H第6頁，課件共51頁，創(chuàng)作于2023年2月DesignByCYQCompileByLZW

ElectronicalEngineering鐵磁材料的分類及特點(diǎn)軟磁材料磁導(dǎo)率高，磁滯特性不明顯，矯頑力和剩磁都小，磁滯回線較窄，磁滯損耗小硬磁材料剩磁和矯頑力均較大，磁滯特性明顯，磁滯回線較寬矩磁材料(生產(chǎn)記憶元件：磁盤、磁帶等)只要受較小的外磁場作用就能磁化到飽和，當(dāng)外磁場去掉，磁性仍保持，磁滯回線幾乎成矩形第7頁，課件共51頁，創(chuàng)作于2023年2月DesignByCYQCompileByLZW

ElectronicalEngineering§7.3磁路的概念及磁路的基本定律磁路的概念指磁通在物質(zhì)（導(dǎo)磁材料）中分布的閉合路徑常見設(shè)備的磁路第8頁，課件共51頁，創(chuàng)作于2023年2月DesignByCYQCompileByLZW

ElectronicalEngineering安培環(huán)路定律在磁場中，任取一閉合路徑，沿此路徑對磁場強(qiáng)度H矢量的線積分等于積分線所環(huán)鏈的傳導(dǎo)電流的代數(shù)和當(dāng)電流參考方向與閉合路徑的方向符合右手螺旋法則時(shí)，電流值為正，反之為負(fù)IN為電流與線圈匝數(shù)的乘積，稱為磁通勢Fm第9頁，課件共51頁，創(chuàng)作于2023年2月DesignByCYQCompileByLZW

ElectronicalEngineering磁路歐姆定律均勻環(huán)形磁路中的磁通量Φ等于磁通勢Fm與磁阻Rm的比值式中：l為環(huán)形磁路的長度；S為環(huán)形磁路的截面面積；μ為鐵磁材料的磁導(dǎo)率因?yàn)棣讨挡皇浅?shù)，因此不能Rm用直接計(jì)算磁路，但可用于對磁路作定性分析說明第10頁，課件共51頁，創(chuàng)作于2023年2月DesignByCYQCompileByLZW

ElectronicalEngineering磁路與電路對照磁通勢Fm

電動(dòng)勢E磁通Φ 電流I磁感應(yīng)強(qiáng)度B 電流密度J

磁阻Rm

=l/μS 電阻R=ρl/A第11頁，課件共51頁，創(chuàng)作于2023年2月DesignByCYQCompileByLZW

ElectronicalEngineering磁路與電路的對照區(qū)別電路磁路阻性電阻R=ρl/S磁阻Rm=l/μS流量電流I磁通Φ勢能電動(dòng)勢E磁通勢Fm守恒定律ΣI=0ΣΦ=0ΣU=0ΣFm=0第12頁，課件共51頁，創(chuàng)作于2023年2月DesignByCYQCompileByLZW

ElectronicalEngineering磁路基本定律題例如圖所示均勻環(huán)形螺線管，已知平均長度l=0.12m,截面積S=2×10-4m2。求當(dāng)螺線管分別為非磁性材料和鑄鋼時(shí)，在環(huán)中產(chǎn)生1.5×10-4Wb的磁通所需的磁通勢第13頁，課件共51頁，創(chuàng)作于2023年2月DesignByCYQCompileByLZW

ElectronicalEngineering均勻環(huán)形螺線管螺線管為非磁性材料時(shí)螺線管為鑄鋼時(shí)第14頁，課件共51頁，創(chuàng)作于2023年2月DesignByCYQCompileByLZW

ElectronicalEngineering非均勻磁路的安培環(huán)路定律如圖所示，鐵心磁路由硅鋼片和空氣隙構(gòu)成。磁路各部分結(jié)構(gòu)參數(shù)如圖分別為(S1,l1),(S2,l2)和(S3,l3)求安培環(huán)路定律的表達(dá)式第15頁，課件共51頁，創(chuàng)作于2023年2月DesignByCYQCompileByLZW

ElectronicalEngineering非均勻磁路的安培環(huán)路定律第16頁，課件共51頁，創(chuàng)作于2023年2月DesignByCYQCompileByLZW

ElectronicalEngineering有分支磁路的

安培環(huán)路定律和歐姆定律第17頁，課件共51頁，創(chuàng)作于2023年2月DesignByCYQCompileByLZW

ElectronicalEngineering§7.4直流磁路計(jì)算如圖為一直流起重電磁鐵的示意圖。鐵心由硅鋼片疊成，占空系數(shù)k=0.95，銜鐵為鑄鋼制成。圖中尺寸單位為mm。已知鐵心中的磁通Φ=0.002Wb，求所需的磁通勢Fm。如勵(lì)磁線圈的匝數(shù)N=1000，則勵(lì)磁電流為多大？第18頁，課件共51頁，創(chuàng)作于2023年2月DesignByCYQCompileByLZW

ElectronicalEngineering直流磁路計(jì)算題例第19頁，課件共51頁，創(chuàng)作于2023年2月DesignByCYQCompileByLZW

ElectronicalEngineering直流磁路計(jì)算題例第20頁，課件共51頁，創(chuàng)作于2023年2月DesignByCYQCompileByLZW

ElectronicalEngineering直流磁路計(jì)算題例第21頁，課件共51頁，創(chuàng)作于2023年2月DesignByCYQCompileByLZW

ElectronicalEngineering§7.5交流磁路與交流鐵心線圈交流磁路的特點(diǎn)磁通與電壓、電流的關(guān)系磁通與電壓、電流的關(guān)系表達(dá)式交流磁路與直流磁路的區(qū)別鐵心損耗磁滯損耗及其經(jīng)驗(yàn)公式渦流損耗及其經(jīng)驗(yàn)公式交流鐵心線圈的等效電路第22頁，課件共51頁，創(chuàng)作于2023年2月DesignByCYQCompileByLZW

ElectronicalEngineering交流磁路及其特點(diǎn)交流磁路的概念指由交流電勵(lì)磁的磁路交流磁路的特點(diǎn)交流磁路中的磁通是交變的時(shí)間函數(shù)交變磁通在勵(lì)磁線圈中將產(chǎn)生感生電動(dòng)勢感生電動(dòng)勢阻礙電流的變化并產(chǎn)生對磁路的影響以及產(chǎn)生鐵心損耗第23頁，課件共51頁，創(chuàng)作于2023年2月DesignByCYQCompileByLZW

ElectronicalEngineering磁通與電壓、電流的關(guān)系第24頁，課件共51頁，創(chuàng)作于2023年2月DesignByCYQCompileByLZW

ElectronicalEngineering交流磁路與直流磁路的比較交流磁路中，只要電壓u不變，則Φ基本不變，δ的變化會(huì)引起Rm的變化從而勵(lì)磁電流i隨之變化直流磁路中，U不變，則勵(lì)磁電流I不變，δ的變化會(huì)引起Rm的變化從而Φ隨之變化第25頁，課件共51頁，創(chuàng)作于2023年2月DesignByCYQCompileByLZW

ElectronicalEngineering鐵心損耗磁滯損耗Ph指由鐵磁材料的磁滯現(xiàn)象所產(chǎn)生的損耗經(jīng)驗(yàn)公式為渦流損耗Pe指由感生電流與回路電阻所產(chǎn)生的熱能經(jīng)驗(yàn)公式為第26頁，課件共51頁，創(chuàng)作于2023年2月DesignByCYQCompileByLZW

ElectronicalEngineering交流鐵心線圈的等效電路忽略線圈電阻和漏磁考慮線圈電阻和漏磁第27頁，課件共51頁，創(chuàng)作于2023年2月DesignByCYQCompileByLZW

ElectronicalEngineering§7.6電磁鐵直流電磁鐵交流電磁鐵I與銜鐵運(yùn)動(dòng)無關(guān)F與銜鐵運(yùn)動(dòng)有關(guān) 氣隙δ減小→磁阻Rm減小→磁通勢Fm不變→磁通Φ增大→磁感應(yīng)強(qiáng)度B增大→電磁力F增大Fav與銜鐵運(yùn)動(dòng)無關(guān)i與銜鐵運(yùn)動(dòng)有關(guān) 氣隙δ減小→磁阻Rm減小→磁通Φ基本不變→勵(lì)磁電流i減小第28頁，課件共51頁，創(chuàng)作于2023年2月DesignByCYQCompileByLZW

ElectronicalEngineering§7.7變壓器變壓器的基本原理電壓變換電流變換阻抗變換變壓器的運(yùn)行特性外特性和電壓調(diào)整率損耗和效率變壓器繞組的同名端三相變壓器變壓器的額定值額定電壓額定電流額定容量其他類型的變壓器自耦變壓器儀用互感器第29頁，課件共51頁，創(chuàng)作于2023年2月DesignByCYQCompileByLZW

ElectronicalEngineering變壓器的基本原理變壓器的基本原理交變電壓經(jīng)一次繞組在閉合鐵心中產(chǎn)生交變磁場交變磁場與二次繞組交鏈產(chǎn)生感生電動(dòng)勢感生電動(dòng)勢為二次端負(fù)載提供電能第30頁，課件共51頁，創(chuàng)作于2023年2月DesignByCYQCompileByLZW

ElectronicalEngineering空載運(yùn)行和電壓變換第31頁，課件共51頁，創(chuàng)作于2023年2月DesignByCYQCompileByLZW

ElectronicalEngineering帶載運(yùn)行和電流變換第32頁，課件共51頁，創(chuàng)作于2023年2月DesignByCYQCompileByLZW

ElectronicalEngineering阻抗變換第33頁，課件共51頁，創(chuàng)作于2023年2月DesignByCYQCompileByLZW

ElectronicalEngineering阻抗變換題例變壓器耦合電路如圖所示，已知正弦信號源的電壓US=5V，內(nèi)阻為RS=1000Ω，負(fù)載電阻RL=40Ω。問變壓器的匝數(shù)比為多少時(shí)，負(fù)載可獲得最大功率？并求一次側(cè)和二次側(cè)電流大小第34頁，課件共51頁，創(chuàng)作于2023年2月DesignByCYQCompileByLZW

ElectronicalEngineering阻抗變換題例第35頁，課件共51頁，創(chuàng)作于2023年2月DesignByCYQCompileByLZW

ElectronicalEngineering外特性和電壓調(diào)整率外特性描述當(dāng)一次側(cè)接額定電壓U1N并且保持不變時(shí)，二次側(cè)的端電壓與負(fù)載電流I2的關(guān)系電壓調(diào)整率指變壓器帶負(fù)載后，二次電壓U2隨負(fù)載電流I2變化的程度

U20：二次側(cè)的空載電壓

U2：二次側(cè)電流為額定 電流時(shí)的端電壓第36頁，課件共51頁，創(chuàng)作于2023年2月DesignByCYQCompileByLZW

ElectronicalEngineering變壓器的損耗銅損△PCu鐵損△PFe第37頁，課件共51頁，創(chuàng)作于2023年2月DesignByCYQCompileByLZW

ElectronicalEngineering變壓器的效率變壓器的效率η定義為輸出功率P2與輸入功率P1的比值第38頁，課件共51頁，創(chuàng)作于2023年2月DesignByCYQCompileByLZW

ElectronicalEngineering變壓器繞組的同極性端第39頁，課件共51頁，創(chuàng)作于2023年2月DesignByCYQCompileByLZW

ElectronicalEngineering變壓器繞組的同極性端同極性端的定義當(dāng)電流以相同的方向通過繞組端子流入相同鐵心上的不同繞組時(shí)，若它們的磁通勢產(chǎn)生的磁通方向相同，則該端子稱為不同繞組的同極性端，亦稱同名端第40頁，課件共51頁，創(chuàng)作于2023年2月DesignByCYQCompileByLZW

ElectronicalEngineering變壓器繞組的同極性端同極性端的表示方法同極性端通常采用“●”表示一次繞組和二次繞組的同極性端可用同一字母的大小寫來表示變壓器繞組的同極性端與繞組的繞向有關(guān)第41頁，課件共51頁，創(chuàng)作于2023年2月DesignByCYQCompileByLZW

ElectronicalEngineering變壓器繞組的連接繞組串聯(lián)時(shí)，應(yīng)將繞組的異極性端連在一起繞組并聯(lián)時(shí)，應(yīng)將繞組的同極性端連在一起第42頁，課件共51頁，創(chuàng)作于2023年2月DesignByCYQCompileByLZW

ElectronicalEngineering三相變壓器基本原理有三個(gè)鐵心柱，每一鐵心柱為一相，同一相的一、二次繞組裝在同一鐵心柱上三相繞組的一、二次繞組的匝數(shù)分別相同，結(jié)構(gòu)也相同二次繞組產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢為三相對稱電動(dòng)勢第43頁，課件共51頁，創(chuàng)作于2023年2月DesignByCYQCompileByLZW

ElectronicalEngineering三相變壓器繞組的連接三相變壓器繞組的連接組，目前我國常用的有Y/Y0、Y/D和Y0/D三種。分子表示高壓繞組的連接組，分母表示低壓繞組的連接組三相變壓器的線電壓變換比第44頁，課件共51頁，創(chuàng)作于2023年2月DesignByCYQCompileByLZW

ElectronicalEngineering變壓器的額定值額定電壓UN用分?jǐn)?shù)形式標(biāo)在銘牌上，分子為高壓的額定值，分母為低壓的額定值三相變壓器中，額定電壓指相應(yīng)連接方法的線電壓二次側(cè)的額定電壓是一次側(cè)接額定電壓時(shí)二次側(cè)的空載電壓第45頁，課件共51頁，創(chuàng)作于2023年2月DesignByCYQCompileByLZW

ElectronicalEngineering變壓器的額定值額定電流IN指一次側(cè)接額定電壓時(shí)一、二次側(cè)允許長期通過的最大電流三相變壓器的額定電流是相應(yīng)連接法的線電流額定容量SN額定容量是額定電壓與額定電流的乘積，即變壓器的視在功率單相變壓器額定容量SN=UNIN三相變壓器額定容量SN=√3UNIN第46頁，課件共51