第6章磁路与变压器

第七章铁心线圈与变压器第6章磁路与变压器6.1磁路的基本概念和基本定律6.2铁磁材料6.3铁芯线圈6.4变压器本章主要内容磁的基本物理量磁路基本定律磁性材料的磁性能直流铁心中的电磁关系交流铁心中的电磁关系变压器中的电磁关系及变压器的三种变换作用磁路：主磁通所经过的闭合路径。i6.1磁路的基本概念和基本定律一、磁路的基本概念

线圈通入电流后，产生磁通，分主磁通和漏磁通。：主磁通：漏磁通铁心（导磁性能好的磁性材料）线圈二、磁路中的基本物理量1、磁感应强度（磁通密度）与磁场方向相垂直的单位面积上通过的磁通（磁力线）单位：韦伯(Wb)1T=104高斯B

的单位：特斯拉（Tesla）S2、磁导率：表征各种材料导磁能力的物理量（亨/米）

真空中的磁导率()为常数一般材料的磁导率和真空中的磁导率之比，称为这种材料的相对磁导率，则称为磁性材料，则称为非磁性材料

磁性材料的磁性能：1.高导磁性大小BH(I)

2.磁饱和性HBBH

3.磁滞性

根据磁性能，磁性材料又可分为三种：软磁材料（磁滞回线窄长。常用做磁头、磁心等）、永磁材料（磁滞回线宽。常用做永久磁铁）、矩磁材料（滞回线接近矩形。可用做记忆元件）。3、磁场强度H

磁场强度是计算磁场所用的物理量，其大小为磁感应强度和导磁率之比。单位：B

：特斯拉：亨/米：安/米（一）.安培环路定律（全电流律）：四、磁路的基本定律

磁场中任何闭合回路磁场强度的线积分,等于通过这个闭合路径内电流的代数和.I1I2I3电流方向和磁场强度的方向符合右手定则，电流取正；否则取负。

在无分支的均匀磁路（磁路的材料和截面积相同，各处的磁场强度相等）中，安培环路定律可写成：磁路长度L线圈匝数NIHL：称为磁压降。NI：称为磁动势。一般用F

表示。F=NI总磁动势

在非均匀磁路（磁路的材料或截面积不同，或磁场强度不等）中，总磁动势等于各段磁压降之和。例：IN对于均匀磁路磁路中的欧姆定律（二）.磁路的欧姆律：则：INSL注：由于磁性材料是非线性的，磁路欧姆定律多用作定性分析，不做定量计算。令：Rm

称为磁阻磁路和电路的比较（一）磁路电路磁通INR+_EI磁压降磁动势电动势电流电压降U基本定律

磁阻磁感应强度安培环路定律磁路IN欧姆定律电阻电流强度基尔霍夫电压定律基尔霍夫电流定律磁路与电路的比较(二)电路R+_EIIU直流铁心线圈直流磁路的特点:直流磁路和电路中的恒压源类似直流电路中

E

固定I

随R

变化随变化

直流磁路中

F固定

一定一定磁动势F=IN一定磁通和磁通成反比（线圈中没有反电动势）（R

为线圈的电阻）电路方程：一般情况下很小交流激励线圈中产生感应电势交流铁心线圈：主磁通：漏磁通ui的感应电势

和产生一、电压、电流和磁通的关系假设则最大值有效值ui电与磁的关系ui一定时磁动势IN随磁阻的变化而变化。当外加电压U、频率f

与线圈匝数N一定时，便确定下来。根据磁路欧姆定律，当

交流磁路的特点:交流磁路和电路中的恒流源类似直流磁路中：

固定F随变化直流电路中：

IS固定U

随R

变化交流磁路中磁阻对电流的影响电磁铁吸合过程的分析：

在吸合过程中若外加电压不变,则基本不变。iu电磁铁吸合前(气隙大）

大起动电流大电磁铁吸合后(气隙小）

小电流小

如果气隙中有异物卡住，电磁铁长时间吸不上，线圈中的电流一直很大，将会导致过热，把线圈烧坏。注意：(U不变，I不变）(I

随Rm

变化）（U不变时，基本不变）直流磁路交流磁路磁路小结（随Rm变化）磁路计算举例一般已知磁通量，求励磁电流。分析步骤如下：1.计算各段磁路的磁感应强度。磁通是闭合的。2.计算各段磁场强度。空气隙根据公式计算，铁磁性物质查磁化曲线。3.计算总磁压降，即磁势。4.根据F=IN方可计算出励磁电流。铁心中的能量损失磁滞损失：磁滞现象引起铁芯发热，造成的损失。涡流损失：交变磁通在铁芯中产生的感应电流（涡流），造成的损失。铁损为防止涡流损失，铁芯一般由一片片彼此绝缘的导磁材料叠合而成且顺着磁通的方向。变压器功能：电压变换：电力系统阻抗变换：电子电路中的阻抗匹配（如喇叭的输出变压器）

电流变换：电流互感器

6.4变压器

发电厂1.05万伏输电线22万伏升压变电站1万伏降压

变压器应用举例…降压实验室380/220伏降压仪器36伏降压单相变压器铁芯原边绕组副边绕组一.变压器的结构：变压器符号：工作过程：空载运行：原边接入电源，副边开路。接上交流电源

原边电流i1等于励磁电流i10

产生感应电动势二.工作原理

i10

产生磁通（交变）（

方向符合右手定则）结论：改变匝数比，就能改变输出电压。K为变比原、副边电压关系根据交流磁路的分析可得：时

（变电压）负载运行Z

副边带负载后对磁路的影响：在副边感应电压的作用下，副边线圈中有了电流i2

。此电流在磁路中也会产生磁通，从而影响原边电流i1。但当外加电压、频率不变时，铁芯中主磁通的最大值在变压器空载或有负载时基本不变

。带负载后磁动势的平衡关系为：结论：原、副边电流与匝数成反比

由于变压器铁芯材料的导磁率高、空载励磁电流很小，可忽略。即：原、副边电流关系

（变电流）

（变阻抗）原、副边阻抗关系从原边等效：结论：变压器原边的等效负载，为副边所带负载乘以变比的平方。阻抗变换举例：扬声器上如何得到最大输出功率RsRL信号源设：信号电压的有效值:U1=50V;信号内阻：Rs=100;负载为扬声器，其等效电阻：RL=8。求：负载上得到的功率解：（1）将负载直接接到信号源上，得到的输出功率为：Rs（2）将负载通过变压器接到信号源上。输出功率为：设变比则：结论：由此例可见加入变压器以后，输出功率提高了很多。原因是满足了电路中获得最大输出的条件（信号源内、外阻抗差不多相等）。三、变压器的外特性与额定值副边输出电压和输出电流的关系。即：U2I2U20U20：原边加额定电压、副边开路时，副边的输出电压。一般供电系统希望要硬特性（随I2的变化，U2

变化不多）1.变压器的外特性

额定电压变压器副边开路（空载）时，原、副边绕组允许的电压值。额定电流

变压器满载运行时，原、副边绕组允许的电流值。

额定容量

传送功率的最大能力。（理想）2.变压器的铭牌数据（以单相变压器为例）

容量SN

输出功率P2

原边输入功率P1

输出功率P2注意：变压器几个功率的关系效率负载功率因数容量：原边输入功率：输出功率：四、变压器的损耗与效率()变压器的损耗包括两部分：铜损(PCu)：绕组导线电阻所致。磁滞损失：磁滞现象引起铁芯发热，造成的损失。涡流损失：交变磁通在铁芯中产生的感应电流（涡流），造成的损失。铁损()：PFe

当电流流入两个线圈(或流出）时，若产生的磁通方向相同，则两个流入端称为同极性端（同名端）。或者说，当铁芯中磁通变化（增大或减小）时，在两线圈中产生的感应电动势极性相同的两端为同极性端。同极性端(同名端)AXax**五、变压器绕组极性及其测定AXax**电器使用时两种电压（220V/110V）的切换：220V：联结2－3110V：联结1－3，2－4线圈的接法1324**220V：联结2－3励磁两种接法下线圈工作情况的分析**1324110V：联结1－3，2－41,32,4220V：联结2－31324**说明：两种接法下不变，所以铁芯磁路的设计相同励磁'问题1：在110V

情况下，如果只用一个绕组（N），行不行？答：不行（两绕组必须并绕）

原边有两个相同绕组的电源变压器（220/110），使用中应注意的问题：**13241,32,4N若两种接法铁芯中的磁通相等，则：问题2：如果两绕组的极性端接错，结果如何？结论：在极性不明确时，一定要先测定极性再通电。答：有可能烧毁变压器两个线圈中的磁通抵消烧毁感应电势电流

很大原因：**1324’方法一：交流法AXax同极性端的测定方法若说明A

与a

或X

与x

为同极性端。把两个线圈的任意两端(X-x)连接,然后在AX

上加一小电压u

。测量：

若说明A

与x或X与a是同极性端；结论：方法二：直流法mA表+_AXaxK+-**AXax+_K设K闭合时增加。感应电动势的方向，阻止的增加。如果当

K

闭合时，mA表正偏，则A－a

为同极性端;如果当K

闭合时，mA表反偏，则A－x

为同极性端结论：

变压器设计中的一些概念(1)一定额定容量定铁芯窗口定导线直径定定则（铜多、铁少）则（铜少、铁多）(,一定时,)

在同样变比情况下，匝数多好，还是少好？（省铜）（费铁）截面积A

变压器设计中的一些概念(2)1.自耦变压器ABP六、其它类型的变压器

使用时，改变滑动端的位置，便可得到不同的输出电压。实验室中用的调压器就是根据此原理制作的。注意：原、副边千万不能对调使用，以防变压器损坏。因为N变小时，磁通增大，电流会迅速增加。2.

电压互感器：用低量程的电压表测高电压1.副边不能短路，以防产生过流；2.铁心、低压绕组的