电工基础（第2版）课件：互感、磁路和交流铁心电路

互感、磁路和交流铁心电路实验现象：在开关S闭合瞬间，由线圈Ⅰ构成的回路产生电流i1，同时电压表指针偏转；在开关S断开瞬间，电压表指针反向偏转。如图所示电路，线圈Ⅰ和线圈Ⅱ靠的很近，并且封装在一起。在线圈Ⅰ加直流电压源US，将电压表并在线圈Ⅱ两端。

两线圈间没有电的联系，为什么电压表会偏转？知识导入实验电路3实验说明：当线圈Ⅰ中的电流变化时，在线圈Ⅱ中产生感应电压。

这种由于一个线圈中的电流变化在另一个线圈中产生感应电压的现象叫互感现象。产生的感应电压叫互感电压。5.1

互感和互感电压一、互感电压

两线圈之间虽然没有电的联系，但有磁的联系。由于电流i1的变化而在线圈Ⅱ中产生的互感电压记作u21，其大小为由于电流i2的变化而在线圈Ⅰ中产生的互感电压记作u12，其大小为

M称为线圈Ⅰ和Ⅱ之间的互感系数，简称互感，其国际单位为亨利（H）。线圈之间的互感M是线圈的固有参数，它取决于两线圈的匝数、几何尺寸、相对位置和磁介质。5两线圈之间虽无电的联系，但有磁的联系。这种线圈之间的磁联系称为磁耦合，具有磁耦合的线圈称为耦合线圈。耦合线圈之间的磁耦合程度通常用耦合系数K来表示。K的定义：K的取值范围：（k=1时称为全耦合。）

开关S闭合瞬间，电压表指针偏转；开关S断开瞬间，电压表指针反向偏转。说明电流i1变化，互感电压的极性也随之变化。这与原磁通及其变化方向和线圈的绕向均有关系，这也涉及到了同名端。二、同名端

同名端：一对具有互感的线圈，极性始终相同的端子。通常同一组同名端用标记标出，例如标上“·”或者标上“*”，另一组同名端不需标明自然清楚。

异名端：一对具有互感的线圈，极性始终相反的端子。1、同名端的定义具有磁耦合的两线圈，当电流分别从两线圈各自的某端同时流入（或流出）时，若两者产生的磁通方向相同，则这两个线圈的电流流入（或流出）端为同名端，反之为异名端。2、同名端的判定练习：三、互感线圈的电压和电流的关系自感电压：自感电压的方向选取与电流的参考方向一致。

互感线圈的电压和电流关系，除了要考虑自感电压以外，还需考虑互感电压。当电流为正弦电流时，其相量形式为互感电压：当电流为正弦电流时，其相量形式为互感电压的参考方向与引起互感电压的电流参考方向对同名端的指向保持一致。

端口电压：练习：写出下图中端口电压的相量表达式一、互感线圈的串联1、顺向串联：两个具有互感的线圈串联，异名端相联结

。5.2

互感线圈的联结16顺向串联后的等效电感为2、反向串联：两个具有互感的线圈串联，同名端相联结

。反向串联后的等效电感为二、互感线圈串联的应用利用互感线圈串联的方法可以实验测定互感线圈的同名端。

由于互感线圈顺向和反向串联时的等效电感不同，在同样的电压下电路中的电流也不相等。顺串时等效电感大而电流小，反串时等效电感小而电流大。其中：计算互感系数【例】如图所示电路，R1=R2=3Ω，ωM=2Ω，ωL1=ωL2=6Ω，，求开路电压解：由图示可知，互感线圈Ⅰ和Ⅱ为反向串联形式

一、磁场的基本物理量1.磁感应强度（B）

表示磁场内某点磁场强弱和方向的物理量。单位:

特斯拉(T)。均匀磁场:

各点磁感应强度大小相等，方向

相同的磁场，也称匀强磁场。5.3

磁路和磁性材料的磁性能2.磁通（

）穿过垂直于B方向的面积S中的磁力线总数。

在均匀磁场中

=B.S或B=/S单位:韦[伯](Wb)3.磁导率（

）表示磁场媒质磁性的物理量，衡量物质的导磁能力。单位：亨/米（H/m）真空的磁导率为常数，用

0表示，有：相对磁导率

r：

任一种物质的磁导率

和真空的磁导率

0的比值。

相对磁导率越大，介质的导磁性能越好。4.磁场强度（H）介质中某点的磁感应强度B与介质磁导率

之比。单位：安培/米（A/m)二、物质的磁性1、非磁性物质

非磁性物质分子电流的磁场方向杂乱无章，几乎不受外磁场的影响而互相抵消，不具有磁化特性。

非磁性材料的磁导率都是常数，有：

0

，

r

1OHB

非磁性物质的磁通

与产生此磁通的电流I成正比，呈线性关系。2、磁性物质

磁性物质内部由于分子电流作用形成许多小区域，每一区域内的分子磁场排列整齐，显示磁性，称这些小区域为磁畴。在没有外磁场作用下的普通磁性物质中，各个磁畴排列杂乱无章，磁场互相抵消，整体对外不显磁性。磁畴

在外磁场作用下，磁畴方向发生变化，使之与外磁场方向趋于一致，物质整体显示出磁性来，称为磁化。即磁性物质能被磁化。外磁场磁畴三、磁性材料的磁性能1.高导磁性

磁性材料的磁导率通常都很高，即

r1(如坡莫合金，其

r可达2

105)

。磁性材料能被强烈的磁化，具有很高的导磁性能。

磁性材料主要指铁、镍、钴及其合金等。

磁性物质的高导磁性被广泛地应用于电工设备中，如电机、变压器及各种铁磁元件的线圈中都放有铁心。

在这种具有铁心的线圈中通入不太大的励磁电流，便可以产生较大的磁通和磁感应强度。2.磁饱和性磁性物质由于磁化所产生的磁化磁场不会随着外磁场的增强而无限的增强。当外磁场增大到一定程度时，磁性物质的全部磁畴的磁场方向都转向与外部磁场方向一致，磁化磁场的磁感应强度将趋向某一定值。3.磁滞性磁性材料中磁感应强度B的变化总是滞后于外磁场变化的性质。名词解释：（1）剩磁感应强度Br(剩磁)：

当线圈中电流减小到零(H=0)时，铁心中的磁感应强度。（2）矫顽磁力Hc：使B=0所需的H值，它表示铁磁材料反抗退磁的能力。按磁性物质的磁性能，磁性材料分为三种类型：(2)硬磁材料

具有较大的矫顽磁力。一般用来制造永久磁铁。常用的有碳钢及铁镍铝钴合金等。(1)软磁材料

具有较小的矫顽磁力。一般用来制造电机、电器及变压器等的铁心。常用的有铸铁、硅钢、坡莫合金即铁氧体等。(3)矩磁材料

具有较小的矫顽磁力和较大的剩磁，稳定性良好。在计算机和控制系统中用作记忆元件、开关元件和逻辑元件。常用的有镁锰铁氧体等。直流电机的磁路交流接触器的磁路四、磁路磁通经过的闭合路径称为磁路。

在实际应用中，为了使较小的励磁电流产生足够大的磁通（或磁感应强度），在电机、变压器及各种铁磁中常用磁性材料做成一定形状的铁心。铁心的磁导率比周围空气或其他物质的磁导率高得多，因此磁通的绝大部分经过铁心而形成一个闭合通路。

磁通又分为主磁通和漏磁通。上图中线圈通电后，大部分磁通沿铁芯、衔铁和工作气隙构成回路，这部分成为主磁通。还有一部分没有经过气隙和衔铁，而是经空气自成回路，这部分成为漏磁通。

变压器是一种常见的电气设备，在电力系统和电子线路中应用广泛。变电压：电力系统变阻抗：电子线路中的阻抗匹配变电流：电流互感器

变压器的主要功能有：

在能量传输过程中，当输送功率P=UIcos

及负载功率因数cos

一定时：电能损耗小节省金属材料（经济）U

I

P

=I²RlI

A5.3

理想变压器

电力工业中常采用高压输电，以减小远距离传输中的线路损耗。在到达目的地后，再由配电变压器降低电压等级，以降低电气设备的绝缘等级和保证用电安全。具体如下所示：发电厂10.5kV输电线220kV升压仪器36V降压…实验室380/220V降压变电站10kV降压降压变压器的分类：电力变压器(输配电用)电压互感器电流互感器按用途分仪用变压器整流变压器按相数分单相变压器三相变压器按制造方式壳式心式三相变压器单相变压器一、变压器的结构构成变压器的磁路绕组

一次绕组二次绕组由高导磁硅钢片叠成（厚0.35mm或0.5mm）铁心构成变压器的电路一次绕组N1二次绕组N2铁心单相变压器二、变压器的工作原理一次、二次绕组互不相连，能量的传递靠磁耦合。变化的电场产生变化的磁场，变化的磁场又产生变化的电场。一次绕组N1二次绕组N2铁心单相变压器主磁通漏磁通漏磁通

理想变压器是实际变压器的理想化模型，满足以下条件可认为是理想变压器。（1）变压器的全部磁通都闭合在铁心中，即无漏磁通。（2）变压器工作时，其本身不消耗功率，既无铁损，也无铜损。（3）铁心材料的磁导率趋于无穷大，产生磁通的磁化电流趋近于零，可以忽略不计。1.电压变换三、变压器的作用K=N1/N2称为变比，是变压器一次、二次绕组的匝数比。

改变匝数比，就能改变输出电压。K>1，降压变压器；K<1，升压变压器；K=

1，隔离变压器。干式变压器高燃点全密封变压器330kV变压器树脂浇注干式变压器应用：JDZ-15电压互感器JDZ2-1浇注式电压互感器JDJ2-35油浸式电压互感器JZW-12型电压互感器2.电流变换

变压器的一次、二次电流与匝数比成反比。利用变压器这一作用，可将大电流降为小电流，便于观测。电流互感器钳式电流表支持式电流互感器穿墙式电流互感器应用：3.阻抗变换由图可知

变压器一次侧的等效阻抗模，为二次侧所带负载的阻抗模的K2倍。应用：在电子技术中应用的阻抗变压器，可实现阻抗匹配，使负载获得最大功率。七管半导体收音机阻抗变压器阻抗变压器(1)

变压器的匝数比应为解:

例