第5章电路教材

第5章磁路和变压器5.1磁路的基本概念5.2变压器的用途和结构5.3变压器5.4特殊变压器磁路的基本物理量磁路的欧姆定律交流铁心线圈电路小结习题5.1磁路的基本概念磁路及铁磁性物质1、磁路----磁通集中通过的路径单相变压器磁路直流电机磁路励磁电流：用来产生磁通的电流.磁通：主磁通Φ：集中在一定路径上的磁通.漏磁通Φσ

：不经过铁心，仅与本线圈交链的磁通.励磁线圈：流过励磁电流的线圈.主磁通磁路漏磁通磁路纯铁心磁路含气隙磁路通电线圈永久磁铁磁通：产生不分支磁路分支磁路磁路：铁磁性物质的磁化2、铁磁性物质

磁化：铁磁物质会在外加磁场的作用下,产生一个与外场同方向的

附加磁的现象.磁化曲线：是铁磁性物质的磁感应强度B与外磁场的磁场强度H之间的关系曲线,又叫B-H曲线。磁滞回线交变磁化(磁滞回线)

B增长极慢B增长变慢达到饱和值Bm磁滞现象：铁磁材料在反复磁化过程中，B的变化始终落后于H的变化的现象。磁滞回线闭合回线abcdefa矫顽磁力：克服剩磁所加的磁场强度Hc.剩磁Br:当磁场强度为零(即I=0)时,材料仍然保留磁性起始磁化曲线B直线上升铁磁材料的磁性能高导磁性、磁饱和性、

磁滞性、磁滞损耗.铁磁性物质的类型（据磁滞回线的形状分）软磁和硬磁材料的磁滞回线硬磁材料

特点：矫顽力剩磁较大,磁滞回线较宽.一经磁化，磁性不易消失。应用：适用于制造永久磁铁特点：矫顽磁力和剩磁都较小，磁滞回线较窄，易磁化，易退磁。应用：电子设备中的电感元件，或变压器、电动机、发电机的铁心，交流电磁铁、继电器、接触器。矩磁材料软磁材料特点：矫顽磁力很小,两个方向剩磁都很大接近饱和易于“翻转”,具有记忆性。应用：用于计算机存储器的磁心.公式：

--磁感应强度与垂直于磁场方向面积s的乘积）一、磁路的基本物理量磁通1、磁通Φ定义:指垂直于磁场的某一面积S上所穿过的磁力线的数目。单位：（国际制）Wb(韦［伯］）2、磁感应强度B

定义：在均匀磁场中，磁感应强度等于垂直穿过单位面积的磁通.意义：表示磁场中各点的磁场强弱和方向的物理量.是一个矢量.1Mx=10-8Wb（电磁制）Mx(麦[克斯韦])

单位：（国际制）T(特［斯拉］）公式：3、磁导率μ

μ≈μ0或μr≈1(非磁性物质)

μ》μ0或μr》1(磁性物质或铁磁性物质)相对磁导率μr-----物质的磁导率μ与真空磁导率μ0的比值.真空中的磁导率：

μr=μ/μ0

定义：表示物质的导磁能力大小的物理.单位：H/m(亨/米）.空气,木材,纸,铝等铁,钴,镍及其合金等1Gs=10-4T（电磁制）Gs(高斯）

μ0=4π×10-7H／m4、磁场强度H

通电的环形线圈通电的长直导线（---矢量）B=μH（B与μ、H有关）公式：单位：(国际制)A／m(安／米)1A/m=4π×103

Oe

（电磁制）

Oe(奥斯特）影响H大小的因素：励磁电流、导线的几何形状、匝数及位置，而与磁介质的性质无关。

l——磁路的长度（m）S——磁路的截面积（m2）μ——磁路材料的磁导率1、磁动势（简称磁势）二、磁路的欧姆定律定义:电流和线圈匝数N的乘积NI.单位:安(A).

公式：F=NI磁路2、磁路欧姆定律内容：磁路中,磁通Φ与磁动势NI成正比,与磁阻Rm成反比.公式：3、磁阻Rm

定义：表示磁路对磁动势建立磁通所呈现的阻力.

Rm=公式：单位：１／Ｈ(亨-1)交流铁芯线圈三、交流铁心线圈电路1、电压、电流、磁通的关系主磁、漏磁电动势分别为：据kcl：设Φ(t)=Φmsinωt,则：则：2、交流铁芯线圈的等效电路变压器的用途变压器的结构小结习题5.2变压器的用途和结构一、变压器的用途1.电力系统中：将P=3UIcosφ的电功率输送到用电的区域，在P、cosφ为一定值时，采用高压输电.目前，我国交流输电的电压最高已达500kV.发电机的输出电压一般有3.15kV、6.3kV、10.5kV、15.75kV等几种，因此必须用升压变压器将电压升高才能远距离输送。输电时：电能输送到用电区域后，还需通过各级变电站（所）利用变压器将电压降低为各类电器所需要的电压值.多数用电器所需电压是380V、220V或36V，少数电机也采用3kV、6kV

用电时：变压器:是一种常见的电气设备,可用来把某种数值的交

变电压变换为同频率的另一数值的交变电压.绕组与绕组及绕组与铁心之间都是互相绝缘的.二、变压器的结构基本组成铁心：用厚度为0.35～0.5mm的硅钢片叠成线圈原绕组(或原边,或初级绕组):和电源相连的线圈副绕组(或副边,或次级绕组):和负载相连的线圈2.电子线路中：耦合电路、传送信号、阻抗匹配变压器结构示意图基本工作原理变压器的使用变压器线圈极性的测定小结习题5.3变压器一、基本工作原理变压器原理示意图副线圈感应电动势：E2≈4.44fN2Φm

1.变电压(空载运行)

原线圈感应电动势：K＞1（N1>N2）降压K＜1（N1<N2）升压K---变压器的变压比，简称变比变压器空载时，原、副边端电压之比等于原、副线圈的匝数之比2.变电流(负载运行)I1N1≈-I2N2U1不变Φ基本不变i1N1+i2N2=i0N1

即：在不考虑变压器本身损耗的情况下,变压器是一种把电能转换为“高压小电流”或“低压大电流”的电器设备,起着传递能量的作用.

因I0很小,所以：“—”表明：副边磁势与原边磁势相位相反，副边磁势对原边磁势起去磁作用，原边电流和副边电流在相位上几乎相差180°.负载时，原边磁动势i1N1和副边磁动势i2N2共同产生的磁通，与变压器空载时的激磁磁势i0N1

产生的磁通应基本相等.负载阻抗的等效变换3.变阻抗

从原边两端看,等效阻抗为:

采用合适的变比，把负载阻抗变换为需要的数值-----阻抗匹配电子设备功率放大电路常用.一般变压器漏阻抗很小，负载电流变化时，副边电压变化不大。故电压变化率约5%左右.二、变压器的使用1.变压器外特性U2012变压器外特性定义：电源电压和负载功率因数一定时u2与i2的变化关系.（Δu越小越好）2.变压器的损耗和效率变压器的损耗：输入的有功功率和输出的有功功率之差.形成：当线圈中通过变化的电流i时,在铁心中穿过的磁通也是变化的。由于构成磁路的铁心是导体，于是在铁心中将产生感应电流，它围绕磁力线成旋涡状流动，故称为涡流。涡流减小涡流铁损：铁心中的损耗（由磁滞和涡流现象产生.）铜损：线圈电阻上的损耗.磁滞损耗Δpn

：由于磁畴的反复取向使铁心发热产生的功率损耗.涡流损耗Δpe

：涡流在铁心的电阻上引起的功率损耗.*涡流应用：（工业上）冶炼金属（生活中）电磁灶额定电流：（单位：A）-----指变压器在额定容量和允许温升条件下，长时间通过的电流。三相变压器的额定电流一律指线电流。变压器的效率：在接近满载时效率最高。小型变压器的效率为80%～90%，大型变压器的效率可达98%左右。3.主要额定值额定容量SN

：变压器副边额定电压和副边额定电流乘积

SN=U2NI2N单位：VA或kVA(伏安或千伏安）额定电压：（单位：V或kV）----原边电压是指变压器在额定情况下运行时，原线圈应加的电压；副边电压指原线圈加上额定电压时副边的空载电压.三、变压器线圈极性的测定同极性端子：当电流从同极性端子流入时，其产生磁通方向就相同.1.直流法（三“正”法）2.交流法自耦变压器电流互感器小结习题5.4特殊变压器变压器的种类：电源变压器控制变压器电焊变压器自耦变压器仪用互感器按其用途分：按冷却方式分：自冷式（干式）变压器油冷式变压器单相变压器三相变压器（实验用）（仪表用）1、三相变压器：三相变压器SN=U2Ni2N额定容量：高压绕组：首端为ABC

，末端为XYZ

低压绕组：首端为abc，末端为xyz常用连接方式：Y,yn

(Y/Y0)接法：D,

yn

(Δ/Y)接法：（国际上多数国家采用）Y,d

(Y/Δ)接法：U2N、I2N分别为副边额定线电压、额定线电流.自耦变压器2、自耦变压器：特点：原边电路与副边电路共用一部分线圈，原、副边之间除了有磁的联系外，还有直接的电