第七章 磁路和变压器

第七章磁路和变压器第1页，课件共51页，创作于2023年2月DesignByCYQCompileByLZW

ElectronicalEngineering§7.1磁路的基本物理量和基本性质磁路的基本物理量磁感应强度（磁通密度）B磁通Φ磁导率μ磁场强度H磁路的基本性质磁通连续性原理第2页，课件共51页，创作于2023年2月DesignByCYQCompileByLZW

ElectronicalEngineering磁路的基本物理量磁感应强度B又称为磁通密度，用来表示磁场中某一点磁场强弱和方向的物理量方向与产生磁场的励磁电流的方向遵循右手螺旋定则B的大小等于通过垂直于磁场方向单位面积的磁力线数目，B的方向用右手螺旋定则确定。(或者用公式F=qv×B=Il×B表示)单位为特斯拉（T）第3页，课件共51页，创作于2023年2月DesignByCYQCompileByLZW

ElectronicalEngineering磁路的基本物理量磁通Φ表示在磁场内穿过某一界面S的磁感应强度B的通量数学表达式为

Φ＝∫SB·dS磁场方向与截面方向垂直时候Φ=BS单位为韦伯（Wb）磁导率μ表示物质导磁能力大小的物理量真空导磁率

μ0＝4π×10－7H/m相对磁导率μr＝μ/μ0单位为亨/米（H/m）第4页，课件共51页，创作于2023年2月DesignByCYQCompileByLZW

ElectronicalEngineering磁路的基本物理量和基本性质磁场强度H表示磁感应强度B在不同物质中的分布磁场强度H和磁感应强度B的关系式

H=B/μ计算式单位为安/米（A/m）磁通连续性原理磁场中任何一个闭合曲面的磁通量为零第5页，课件共51页，创作于2023年2月DesignByCYQCompileByLZW

ElectronicalEngineering§7.2铁磁材料铁磁材料的特点磁导率高：μr>>1，可达102~104数量级磁饱和现象：B随H的增大而非线性增加并趋饱和磁滞现象：B的变化总是滞后于H第6页，课件共51页，创作于2023年2月DesignByCYQCompileByLZW

ElectronicalEngineering铁磁材料的分类及特点软磁材料磁导率高，磁滞特性不明显，矫顽力和剩磁都小，磁滞回线较窄，磁滞损耗小硬磁材料剩磁和矫顽力均较大，磁滞特性明显，磁滞回线较宽矩磁材料(生产记忆元件：磁盘、磁带等)只要受较小的外磁场作用就能磁化到饱和，当外磁场去掉，磁性仍保持，磁滞回线几乎成矩形第7页，课件共51页，创作于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质（导磁材料）中分布的闭合路径常见设备的磁路第8页，课件共51页，创作于2023年2月DesignByCYQCompileByLZW

ElectronicalEngineering安培环路定律在磁场中，任取一闭合路径，沿此路径对磁场强度H矢量的线积分等于积分线所环链的传导电流的代数和当电流参考方向与闭合路径的方向符合右手螺旋法则时，电流值为正，反之为负IN为电流与线圈匝数的乘积，称为磁通势Fm第9页，课件共51页，创作于2023年2月DesignByCYQCompileByLZW

ElectronicalEngineering磁路欧姆定律均匀环形磁路中的磁通量Φ等于磁通势Fm与磁阻Rm的比值式中：l为环形磁路的长度；S为环形磁路的截面面积；μ为铁磁材料的磁导率因为μ值不是常数，因此不能Rm用直接计算磁路，但可用于对磁路作定性分析说明第10页，课件共51页，创作于2023年2月DesignByCYQCompileByLZW

ElectronicalEngineering磁路与电路对照磁通势Fm

电动势E磁通Φ 电流I磁感应强度B 电流密度J

磁阻Rm

=l/µS 电阻R=ρl/A第11页，课件共51页，创作于2023年2月DesignByCYQCompileByLZW

ElectronicalEngineering磁路与电路的对照区别电路磁路阻性电阻R=ρl/S磁阻Rm=l/μS流量电流I磁通Φ势能电动势E磁通势Fm守恒定律ΣI=0ΣΦ=0ΣU=0ΣFm=0第12页，课件共51页，创作于2023年2月DesignByCYQCompileByLZW

ElectronicalEngineering磁路基本定律题例如图所示均匀环形螺线管，已知平均长度l=0.12m,截面积S=2×10-4m2。求当螺线管分别为非磁性材料和铸钢时，在环中产生1.5×10-4Wb的磁通所需的磁通势第13页，课件共51页，创作于2023年2月DesignByCYQCompileByLZW

ElectronicalEngineering均匀环形螺线管螺线管为非磁性材料时螺线管为铸钢时第14页，课件共51页，创作于2023年2月DesignByCYQCompileByLZW

ElectronicalEngineering非均匀磁路的安培环路定律如图所示，铁心磁路由硅钢片和空气隙构成。磁路各部分结构参数如图分别为(S1,l1),(S2,l2)和(S3,l3)求安培环路定律的表达式第15页，课件共51页，创作于2023年2月DesignByCYQCompileByLZW

ElectronicalEngineering非均匀磁路的安培环路定律第16页，课件共51页，创作于2023年2月DesignByCYQCompileByLZW

ElectronicalEngineering有分支磁路的

安培环路定律和欧姆定律第17页，课件共51页，创作于2023年2月DesignByCYQCompileByLZW

ElectronicalEngineering§7.4直流磁路计算如图为一直流起重电磁铁的示意图。铁心由硅钢片叠成，占空系数k=0.95，衔铁为铸钢制成。图中尺寸单位为mm。已知铁心中的磁通Φ=0.002Wb，求所需的磁通势Fm。如励磁线圈的匝数N=1000，则励磁电流为多大？第18页，课件共51页，创作于2023年2月DesignByCYQCompileByLZW

ElectronicalEngineering直流磁路计算题例第19页，课件共51页，创作于2023年2月DesignByCYQCompileByLZW

ElectronicalEngineering直流磁路计算题例第20页，课件共51页，创作于2023年2月DesignByCYQCompileByLZW

ElectronicalEngineering直流磁路计算题例第21页，课件共51页，创作于2023年2月DesignByCYQCompileByLZW

ElectronicalEngineering§7.5交流磁路与交流铁心线圈交流磁路的特点磁通与电压、电流的关系磁通与电压、电流的关系表达式交流磁路与直流磁路的区别铁心损耗磁滞损耗及其经验公式涡流损耗及其经验公式交流铁心线圈的等效电路第22页，课件共51页，创作于2023年2月DesignByCYQCompileByLZW

ElectronicalEngineering交流磁路及其特点交流磁路的概念指由交流电励磁的磁路交流磁路的特点交流磁路中的磁通是交变的时间函数交变磁通在励磁线圈中将产生感生电动势感生电动势阻碍电流的变化并产生对磁路的影响以及产生铁心损耗第23页，课件共51页，创作于2023年2月DesignByCYQCompileByLZW

ElectronicalEngineering磁通与电压、电流的关系第24页，课件共51页，创作于2023年2月DesignByCYQCompileByLZW

ElectronicalEngineering交流磁路与直流磁路的比较交流磁路中，只要电压u不变，则Φ基本不变，δ的变化会引起Rm的变化从而励磁电流i随之变化直流磁路中，U不变，则励磁电流I不变，δ的变化会引起Rm的变化从而Φ随之变化第25页，课件共51页，创作于2023年2月DesignByCYQCompileByLZW

ElectronicalEngineering铁心损耗磁滞损耗Ph指由铁磁材料的磁滞现象所产生的损耗经验公式为涡流损耗Pe指由感生电流与回路电阻所产生的热能经验公式为第26页，课件共51页，创作于2023年2月DesignByCYQCompileByLZW

ElectronicalEngineering交流铁心线圈的等效电路忽略线圈电阻和漏磁考虑线圈电阻和漏磁第27页，课件共51页，创作于2023年2月DesignByCYQCompileByLZW

ElectronicalEngineering§7.6电磁铁直流电磁铁交流电磁铁I与衔铁运动无关F与衔铁运动有关 气隙δ减小→磁阻Rm减小→磁通势Fm不变→磁通Φ增大→磁感应强度B增大→电磁力F增大Fav与衔铁运动无关i与衔铁运动有关 气隙δ减小→磁阻Rm减小→磁通Φ基本不变→励磁电流i减小第28页，课件共51页，创作于2023年2月DesignByCYQCompileByLZW

ElectronicalEngineering§7.7变压器变压器的基本原理电压变换电流变换阻抗变换变压器的运行特性外特性和电压调整率损耗和效率变压器绕组的同名端三相变压器变压器的额定值额定电压额定电流额定容量其他类型的变压器自耦变压器仪用互感器第29页，课件共51页，创作于2023年2月DesignByCYQCompileByLZW

ElectronicalEngineering变压器的基本原理变压器的基本原理交变电压经一次绕组在闭合铁心中产生交变磁场交变磁场与二次绕组交链产生感生电动势感生电动势为二次端负载提供电能第30页，课件共51页，创作于2023年2月DesignByCYQCompileByLZW

ElectronicalEngineering空载运行和电压变换第31页，课件共51页，创作于2023年2月DesignByCYQCompileByLZW

ElectronicalEngineering带载运行和电流变换第32页，课件共51页，创作于2023年2月DesignByCYQCompileByLZW

ElectronicalEngineering阻抗变换第33页，课件共51页，创作于2023年2月DesignByCYQCompileByLZW

ElectronicalEngineering阻抗变换题例变压器耦合电路如图所示，已知正弦信号源的电压US=5V，内阻为RS=1000Ω，负载电阻RL=40Ω。问变压器的匝数比为多少时，负载可获得最大功率？并求一次侧和二次侧电流大小第34页，课件共51页，创作于2023年2月DesignByCYQCompileByLZW

ElectronicalEngineering阻抗变换题例第35页，课件共51页，创作于2023年2月DesignByCYQCompileByLZW

ElectronicalEngineering外特性和电压调整率外特性描述当一次侧接额定电压U1N并且保持不变时，二次侧的端电压与负载电流I2的关系电压调整率指变压器带负载后，二次电压U2随负载电流I2变化的程度

U20：二次侧的空载电压

U2：二次侧电流为额定 电流时的端电压第36页，课件共51页，创作于2023年2月DesignByCYQCompileByLZW

ElectronicalEngineering变压器的损耗铜损△PCu铁损△PFe第37页，课件共51页，创作于2023年2月DesignByCYQCompileByLZW

ElectronicalEngineering变压器的效率变压器的效率η定义为输出功率P2与输入功率P1的比值第38页，课件共51页，创作于2023年2月DesignByCYQCompileByLZW

ElectronicalEngineering变压器绕组的同极性端第39页，课件共51页，创作于2023年2月DesignByCYQCompileByLZW

ElectronicalEngineering变压器绕组的同极性端同极性端的定义当电流以相同的方向通过绕组端子流入相同铁心上的不同绕组时，若它们的磁通势产生的磁通方向相同，则该端子称为不同绕组的同极性端，亦称同名端第40页，课件共51页，创作于2023年2月DesignByCYQCompileByLZW

ElectronicalEngineering变压器绕组的同极性端同极性端的表示方法同极性端通常采用“●”表示一次绕组和二次绕组的同极性端可用同一字母的大小写来表示变压器绕组的同极性端与绕组的绕向有关第41页，课件共51页，创作于2023年2月DesignByCYQCompileByLZW

ElectronicalEngineering变压器绕组的连接绕组串联时，应将绕组的异极性端连在一起绕组并联时，应将绕组的同极性端连在一起第42页，课件共51页，创作于2023年2月DesignByCYQCompileByLZW

ElectronicalEngineering三相变压器基本原理有三个铁心柱，每一铁心柱为一相，同一相的一、二次绕组装在同一铁心柱上三相绕组的一、二次绕组的匝数分别相同，结构也相同二次绕组产生的感应电动势为三相对称电动势第43页，课件共51页，创作于2023年2月DesignByCYQCompileByLZW

ElectronicalEngineering三相变压器绕组的连接三相变压器绕组的连接组，目前我国常用的有Y/Y0、Y/D和Y0/D三种。分子表示高压绕组的连接组，分母表示低压绕组的连接组三相变压器的线电压变换比第44页，课件共51页，创作于2023年2月DesignByCYQCompileByLZW

ElectronicalEngineering变压器的额定值额定电压UN用分数形式标在铭牌上，分子为高压的额定值，分母为低压的额定值三相变压器中，额定电压指相应连接方法的线电压二次侧的额定电压是一次侧接额定电压时二次侧的空载电压第45页，课件共51页，创作于2023年2月DesignByCYQCompileByLZW

ElectronicalEngineering变压器的额定值额定电流IN指一次侧接额定电压时一、二次侧允许长期通过的最大电流三相变压器的额定电流是相应连接法的线电流额定容量SN额定容量是额定电压与额定电流的乘积，即变压器的视在功率单相变压器额定容量SN=UNIN三相变压器额定容量SN=√3UNIN第46页，课件共51