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第五章

磁路与变压器本章知识点理解磁场的基本物理量的意义，了解磁性材料的基本知识；会分析计算交流铁心线圈电路。了解变压器的基本结构、工作原理、运行特性和绕组的同极性端。掌握变压器电压、电流和阻抗变换作用。5.1磁路及基本物理量5.1.1磁路由于铁磁材料是导磁性能良好的物质，其磁导率比其他物质的磁导率大得多，能把分散的磁场集中起来，使磁力线绝大部分通过铁芯形成闭合的磁路。如图5-2所示。图5-2

磁路5.1磁路及基本物理量5.1.2磁路的基本物理量磁感应强度磁感应强度

是表示空间某点磁场强弱和方向的物理量，其大小可用通过垂直于磁场方向的单位面积内磁力线数目来表示。由电流产生的磁场方向可用右手螺旋法则确定，国际单位为特斯拉，简称特，符号

。磁通磁感应强度B

与垂直于磁力线方向的面积S

的乘积称为穿过该面的磁通

，即5.1磁路及基本物理量5.1.2磁路的基本物理量磁场强度磁场强度

是为了更方便地分析磁场的某些问题而引入的物理量，是矢量，它的方向与磁感应强度

的方向相同。磁场强度

的国际单位是安培/

米（A/

m)

。磁导率磁导率是用来表示物质导磁性能的物理量，某介质的磁导率是指该介质中磁感应强度和磁场强度的比值，即

。磁导率的单位为亨/

米（H/

m)。铁、镍、钴及其合金等铁磁材料的

值很高，从几百到几万。5.1磁路及基本物理量5.1.3磁性材料与磁滞回线磁性材料物质按其导磁性能大体上分为磁性材料和非磁性材料两大类，铁、镍、钴及其合金等为磁性材料，

值很高，从几百到几万，而非磁性材料的磁导率与真空相近，都是常数，故

≈1

。磁滞回线化的电流时，铁芯就产生交变磁化，磁感应强度B

随磁场当铁芯线圈中通有大小和方向变强度H

变化的关系如下图所示。图5-3磁滞回线5.2交流铁芯线圈铁芯线圈可以通入直流电来励磁（如电磁铁），产生的磁通是恒定的，在线圈和铁芯中不会感应出电动势来，在一定的电压下，线圈中的电流和线圈的电阻有关。铁芯线圈通入交流电来励磁（变压器、交流电动机及各种交流电器的线圈都是由交流电励磁的）。如图是交流铁芯线圈电路，线圈的匝数为

，线圈的电阻为R

，当在线圈两端加上交流电压时，磁动势产生的磁通绝大部分通过铁芯而闭合，此外还有很少的一部分磁通经过空气或其他非导磁介质而闭合，这部分磁通称为漏磁通

。设电压、电流和磁通及感应电动势的参考方向如图中所示。由基尔霍夫电压定律有5.2交流铁芯线圈当铁芯线圈上加以正弦交流电压时，铁芯线圈中的磁通也是按正弦规律变化，在相位上，电压超前于磁通

。在交变磁通作用下，铁芯中有能量损耗，称为铁损。铁损主要由两部分组成：（1)涡流损耗铁芯中的交变磁通在铁芯中感应出电压，由于铁芯也是导体，便产生一圈圈的电流，称之为涡流。涡流在铁芯内流动时，在所经回路的导体电阻上产生的能量损耗称为涡流损耗。减少涡流损耗的途径有两种：一是用较薄的硅钢片叠成铁芯，二是提高铁芯材料的电阻率。(2)磁滞损耗铁磁性物质在反复磁化时，磁畴反复变化，磁滞损耗是克服各种阻滞作用而消耗的那部分能量。磁滞损耗的能量转换为热能而使磁性材料发热。为了减少磁滞损耗，一般交流铁芯都采用软磁材料。5.3变压器

变压器是指利用电磁感应原理将某一等级的交流电压或电流变换成同频率的另一等级的交流电压或电流的电气设备。5.3.1变压器的基本结构

变压器的种类很多，结构形式多种多样，但基本结构及工作原理都相类似，均由铁芯和线圈（或称绕组）组成。与电源相接的线圈，称为一次侧绕组；与负载相接的线圈称为二次侧绕组。5.3变压器5.3.2变压器同名端判断

所谓同名端是指在同一交变磁通的作用下，两个绕组上所产生的感应瞬时极性始终相同的端子，同名端又称同极性端。常用“”或“”进行标明，那么应该怎样来判断线圈的同名端呢？

任找一组绕组线圈接上1.5

～3

V电池，然后将其余各绕组线圈抽头分别接在直流毫伏表或直流毫安表的正负接线柱上。接通电源的瞬间，表的指针会很快摆动一下，如果指针向正方向偏转，则接电池正极的线头与接电表正极接线柱的端为同名端，如果指针反向偏转，则接电池正极的端与接电表负接线柱的端为同名端。5.3变压器5.3.2变压器同名端判断

按照下图所示电路原理图接线，电路连接无误后，闭合电源开关S。在S闭合瞬间，如果电压表指针正向偏转，说明1和2是同名端；如果指针反向偏转，则1和2’是同名端。1

2＋S—2"1"U1

U20＋US—V5.3变压器5.3.3变压器的工作原理1．空载工作原理忽略线圈电阻，可以得到：，此变压器为升压变压器。当n

>l时，

，此变压器为降压变压器；当n

<l时，2.有载工作原理3.阻抗变换作用设

为负载阻抗，变压器的输入阻抗则为：变压器阻抗的变换作用在电子线路中有重要应用。图5-7变压器的空载变压原理图5-8变压器的有载变流原理5.3变压器5.3.4实际变压器的外特性当一次侧电压

和负载功率因数

一定时，