第6章 磁路和变压器

第6章磁路与变压器6.1磁路的基本知识

6.2磁路及其定律6.3交流铁心线圈6.4变压器26.1磁路的基本知识图6.11直流电机的磁路图6.12交流接触器的磁路磁路铁心线圈中电流产生的磁通绝大部分经过铁心而闭合，人为造成的磁通的闭合路径3B1.磁感应强度B描述磁场内某点的磁场强弱和方向的物理量，是一个矢量。

方向判定：右手螺旋定则大小：IIB6.1.1磁场的基本物理量T单位：6.1磁路的基本知识42.磁通

磁感应强度B与垂直于磁场方向的面积S的乘积

B

磁通密度单位：Wb6.1.1磁场的基本物理量6.1磁路的基本知识53.磁场强度H矢量,确定磁场与电流之间的数量关系安培环路定律xI6.1.1磁场的基本物理量A/m6.1磁路的基本知识64.磁导率

表示磁场媒质的磁性能即衡量物质导磁能力的物理量单位：亨/米H/m真空中的磁导率为：相对磁导率

r6.1.1磁场的基本物理量6.1磁路的基本知识7铁、镍、钴以及它们的合金1.高导磁性磁畴自发分子磁场6.1.2磁性材料的特性6.1磁路的基本知识82.磁饱和性B0BJBH0Bab磁饱和值磁化曲线磁导率不是一个常数6.1.2磁性材料的特性0HB

B6.1磁路的基本知识9HB03.磁滞性磁滞回线软磁材料永磁材料6.1.2磁性材料的磁性能矩形材料BH06.1磁路的基本知识104.损耗铁损=磁滞损耗+涡流损耗6.1.2磁性材料的特性6.1磁路的基本知识xI令6.2.1磁路欧姆定律Hl=IN=F磁动势Hl=IN

F=ФRm

Um=ФRm

Um=Hl6.2磁路及其定律磁路电路磁动势F电动势E电流I电流密度J磁通Φ

磁感应强度B磁阻电阻6.2磁路及其定律已知磁通和各段的材料和尺寸，计算磁动势的基本步骤如下：①计算各段的磁感应强度Bi，若各段磁路的截面积不同，但通过同一个磁通，可按下式来计算各段的磁感应强度。6.2.2磁路的计算6.2磁路及其定律②求各段磁场强度Hi，根据各段磁路材料的磁化曲线Bi＝f（Hi）求B1，B2，……相对应的H1，H2，……。③计算各段磁路的磁压降Hili。④计算磁动势NI。【例6.2.1】一个闭合的均匀的铁心线圈，其匝数为300，铁心中的磁感应强度为0.9T，磁路的平均长度为45cm，试求：(1)铁心材料为铸铁时线圈中的电流;(2)铁心材料为硅钢片时线圈中的电流。6.2磁路及其定律【解】(1)查铸铁材料的磁化曲线，当B=0.9T时，磁场强度H=9000A/m，则(2)查硅钢片材料的磁化曲线，当B=0.9T时，磁场强度H=260A/m，则可见，由于所用铁心材料的不同，要得到相等的磁感应强度，采用磁导率高的铁心材料，可以降低线圈电流，减少用铜量。6.2磁路及其定律【例6.2.2】在例1.3.1(1)，(2)两种情况下，如线圈中通有同样大小的电流0.39A，要得到相同的磁通，铸铁材料铁心的截面积和硅钢片材料铁心的截面积，哪一个比较小？【解】线圈中通有0.39A的电流，则铁心中的磁场强度是相等的，都是260A/m。查磁化曲线可知：铸铁

=0.05T

硅钢因要得到相同的磁通，则铸铁铁心的截面积必须是硅钢片铁心的截面积的17倍。

6.2磁路及其定律【例6.2.3】有一环形铁心线圈，其内径为10cm，外径为5cm，铁心材料为铸钢。磁路中含有一空气隙，其长度等于0.2cm。设线圈中通有1A的电流，如要得到0.9T的磁感应强度，试求线圈匝数。

【解】空气隙的磁场强度查铸钢材料的磁化曲线，当B=0.9T时，磁场强度H1=500A/m则磁路的平均总长度为铁心的平均长度各段的磁压降分别为总磁动势为线圈匝数为6.2磁路及其定律通过上述3个例题，可以得出下面几个结论：（1）如果要得到相等的磁感应强度，采用磁导率高的铁心材料，可以降低线圈电流，减少用铜量。（2）如果线圈中通有同样大小的励磁电流，要得到相等的磁通，采用磁导率高的铁心材料，可使铁心的用铁量大为降低。（3）当磁路中含有空气隙时，由于其磁阻较大，磁通势几乎都降在空气隙上面，要得到相等的磁感应强度，必须增大励磁电流（设线圈匝数一定）6.2磁路及其定律

i1u1SZLN1N2

1196.3交流铁心线圈电路

i1u1SZLN1N2

1206.3交流铁心线圈电路

i1u1N1

1216.3交流铁心线圈电路1.电压电流关系6.3交流铁心线圈电路交流铁心线圈的电压电流关系可由基尔霍夫定律得出，即若电压、电流和电动势均为正弦交流量，可得式的相量形式漏磁感抗：1.电压电流关系231.电压电流关系则主磁感应电动势的幅值有效值6.3交流铁心线圈电路控制变压器电源变压器自耦调压器电力变压器6.4变压器变压器在电力系统应用输电线发电厂3.15~20kV35~500kV6~10kV220/380V问题1：变压器如何变换电压？?升压变压器降压变压器用电25问题2：变压器如何变换电流？?变压器在飞机电源应用26276.4.1变压器基本结构1.铁芯-磁路部分2.绕组-电路部分0.08~0.2mm的硅钢片或铁镍合金片冲压而成芯式、壳式、卷环式圆铜漆包线绕制而成壳式变压器芯式变压器1—铁心柱2—铁轭3—绕组1—铁心柱2—铁轭3—高压绕组4—低压绕组286.4.1变压器基本结构一次绕组原边绕组二次绕组副边绕组6.4.2变压器的工作原理29

i1u1e1e2u2SZLi2N1N2

1

2e

1e

230

i1u1e1e2u2SZLi2N1N2

1

2e

1e

2变化的磁场产生感应电动势316.4.2变压器的工作原理一次绕组电路的电压方程：相量式：一次绕组电路的电压:

i1u1e1e2u2SZLi2N1N2

1

2e

1e

21.变压器的绕组电路分析326.4.2变压器的工作原理2.变压器的空载运行变比u20i2u1

i0e1N1N2e2二次绕组电路的电压方程：336.4.2变压器的工作原理346.4.2变压器的工作原理单相变压器变比测定接线图K=4356.4.2变压器的工作原理366.4.2变压器的工作原理376.4.2变压器的工作原理u20i2u1

i0e1N1N2e2u2i2u1

i1e1N1N2e2有效值关系：

3.变压器的负载运行386.4.2变压器的工作原理39某型飞机发电机复激电路6.4.2变压器的工作原理变压器在电子线路中如何实现阻抗匹配呢？406.4.2变压器的工作原理41阻抗匹配4.变压器一、二次绕组电路的阻抗变换图6.1.3负载阻抗的等效变换6.4.2变压器的工作原理42【例6.4.1】交流信号源的电压US＝120V,内阻R0＝800

，负载电阻RL＝8（1）当RL折算到原边的等效电阻为R0时，求匝数比和信号源输出功率；（2）当将负载直接与信号源联接时，信号源输出多大功率？+—6.4.2变压器的工作原理43（1）匝数比信号源输出功率为【解】+—（2）当将负载直接接在信号源上时6.4.2变压器的工作原理44变压器的外特性：电源电压U1和负载的功率因数cos

2一定时，U2和I2的变化关系。6.4.3变压器的外特性cos

2

=1cos

2=0.8I2NU20U2I20U2N

从空载到额定负载，次级绕组电压的变化程度用电压变化率

U来表示：一般在5%以内图6.1.5变压器的外特性曲线图45有功功率损耗有铁损和铜损变压器的效率6.4.4变压器的损耗与效率461.三相变压器的结构组成6.4.5三相变压器图6.1.6三相组式变压器结构图图6.1.7三相三铁心变压器结构图6.4.6变压器绕组的极性

在使用变压器时连接必须正确，否则可能适得其反，甚至烧毁变压器。

正确连接就是指变压器及其他有磁耦合的互感线圈，在连接时要根据绕组的同名端的规定连接。

同名端是指，当电流从两个互感线圈的某端（如图6.4.8（a）中的1端和3端）流入（或流出）时，产生的磁通方向相同，两个绕组中感应电动势的极性也相同。6.4.7典型应用1.自耦变压器结构特点：二次绕组是一次绕组的一部分一次、二次绕组之间没有电气隔离2.电流