《电工与电子技术》课件第6章

6.1磁路的基本概念

6.2铁磁材料

6.3变压器

本章小结

习题6第6章磁路与变压器6.1.1磁路的基本物理量

1.磁感应强度B

磁感应强度B是表示磁场内某点磁场强弱和方向的物理量。它是一个矢量，其方向与该点磁力线切线方向一致，与产生该磁场的电流之间的方向关系可用右手螺旋法则来确定，其大小可表示为

(6-1)6.1磁路的基本概念

2.磁场强度H

磁场强度是便于磁场的分析计算而引入的一个辅助物理量，也是一个矢量，定义磁场强度为

3.磁通量Φ

磁通量Φ(或称为磁通)是表示穿过某一截面S的磁感应强度矢量B的通量，也可理解为穿过该截面的磁力线总数。在均匀磁场中，如果S与B垂直，则有

Φ=B·S(6-3)

4.磁导率μ

磁导率μ是表示物质导磁性能的物理量。(6-2)6.1.2磁路的欧姆定律

磁通经过的路径称为磁路。与电路相比较，磁路中的磁通Φ相当于电路中的电流I，电路中激发电流的因素是理想电源Us，磁路中激发磁通的因素是磁动势F。因此，磁路欧姆定律可表述为

(6-4)

式中，Rm称为磁阻，反映了磁路中阻碍磁通的作用。磁阻的计算公式为

(6-5)表6-1电路和磁路欧姆定律的对照表6.2.1铁磁材料的电磁性能

1．高磁导性

2．磁饱和性

磁化曲线如图6-1所示。6.2铁磁材料图6-1磁化曲线

3．磁滞性

磁感应强度B随磁场强度H变化的关系如图6-2所示。

图6-2铁磁性物质的磁滞回线6.2.2铁磁材料的分类及其应用

1.软磁性材料

2.硬磁性材料6.3.1变压器的用途、分类和基本结构

1．变压器的用途和分类

2．变压器的基本结构

结构示意图和图形符号如图6-3所示。6.3变压器图6-3变压器结构原理图及图形符号6.3.2变压器的工作原理

图6-4是单相变压器的工作原理图。图6-4单相变压器的工作原理图

1.变压器的变压原理(变压器的空载运行)

当变压器原绕组接交流电源，副绕组开路时，这种运行状态称为变压器的空载运行，如图6-5所示。图6-5变压器的空载运行从交流铁芯线圈电路的分析结果可知，它们的有效值分别是：

UL1≈4.44fN1Φm

UM2=4.44fN2Φm

通常，电源电压U1≈UL1，副边开路电压U20=UM2

，由此可得

(6-6)

例6-1

单相变压器接到U1=220V的正弦交流电源上，已知副边空载电压为20Ｖ，副绕组匝数N2=50匝。求变压器的变压比k及原边匝数N1。

解变压比

原边匝数

N1=kN2=11×50=550匝

2.变压器的变流原理(变压器的负载运行)

变压器在传递能量的过程中，能量损耗是很小的，因此，它输入的电功率p1和输出电功率p2基本相等，即

U1I1cosφ1≈U2I2cosφ2

其中cosφ1是变压器原边电路的功率因数，cosφ2是变压器副边电路的功率因数。由上式可推导得出：

(6-7)

3.变压器的变阻抗原理

设变压器副边接一阻抗为|ZL|的负载，有

这时从原边看进去的阻抗，即为反映到原边的等效阻抗|ZL|，即

把变压比公式带入上式可得：

(6-8)

例6-2

一个RL=10Ω的负载电阻，接在电压有效值U=

12V，内阻R0=250Ω的交流信号源上。试求：①RL上获得的功率PL；②若在负载RL与信号源之间接入一个变压器进行阻抗变换，为了使该负载获得最大功率，需选择多大变压比的变压器？③RL上获得的最大功率PLmax是多少。显然，利用变压器使其负载阻抗与电源内阻抗相匹配，可以获得较高的功率输出。

解①RL直接接到信号源上时，RL上获得的功率PL为

②阻抗匹配时变压器的变压比为

③RL上获得的最大功率PLmax为

6.3.3常用变压器

1.自耦变压器

这种自耦变压器原边、副边绕组间不仅有磁的耦合，还有电的联系，这就是和其他变压器相比的特殊之处，如图

6-6所示。图6-6自耦变压器(a)外形；(b)示意图;(c)图形符号

2.仪用互感器

1)电流互感器

电流互感器是利用变压器的电流变换原理，将被测电路中的大电流，变换成测量仪表量程内的小电流的一种升压变压器，如图6-7所示。图6-7电流互感器原理图

2)电压互感器

电压互感器是根据电压变换原理制成的降压变压器，如图6-8所示。图6-8电压互感器

3.电焊变压器

交流电焊机在工程中应用很广泛，它实质上是一种特殊的降压变压器，故称为电焊变压器，其电路图如图6-9所示。图6-9交流电焊机6.3.4变压器的额定值和外特性

1．变压器的额定值

单相变压器：

SN=U2NI2N=U1NI1N

三相变压器：

2.变压器的外特性

外特性曲线可通过实验求得，如图6-10所示。图6-10变压器的外特性曲线当负载是电阻或电感时，变压器的外特性是一条微微向下降低的曲线。负载的功率因数cosφ2越低，下降越大。一般地，人们总是希望副边电压的变动越小越好，副边电压的变化程度可用电压调整率ΔU％来表示，即

(6-9)

(1)磁路是用来将磁场聚集在空间一定范围内的总体，磁路是电机、电器与电工仪表的重要组成部分，各类电机在进行电能与机械能之间的相互转换，变压器在进行不同等级电压与电流的电能转换，以及继电器、接触器在进行电路的切换时，磁路都起着非常重要的作用。

(2)磁感应强度B是描述空间某点磁场强弱与方向的物理量。B的单位为特斯拉(T)。B的方向即该点的磁场方向，与产生该磁场的电流之间的方向关系符合右手螺旋法则。磁感应强度B的大小与介质的磁导率μ有关。本章小结

(3)磁场中某点的磁场强度H的大小等于该点的磁感应强度B与介质磁导率μ的比值，即，磁场强度H的大小只与其激发电流有关，而与介质材料的导磁性能无关。

(4)磁通量Φ(或称为磁通)是表示穿过某一截面S的磁感应强度矢量B的通量，也可理解为穿过该截面的磁力线总数。Φ的单位为韦伯(Wb)，其方向与B的方向一致。

(5)磁导率μ是表示物质导磁性能的物理量。其单位是亨／米(H／m)。真空中的磁导率μ0=4π×10－7(H/m)。μ=μ0的物质称为非磁性材料，μ>>μ0的物质称为铁磁性材料。

(6)磁路的欧姆定律。磁通经过的路径称为磁路。与电路相比较，磁路中的磁通Φ相当于电路中的电流I，电路中激发电流的因素是理想电源Us,磁路中激发磁通的因素是磁动势F。因此，磁路欧姆定律可表述为：Φ=F/Rm=IN/Rm。

(7)铁磁性材料的电磁性能表现在以下几方面：高导磁性,磁饱和性,磁滞性。

(8)铁磁材料按照磁滞回线形状的不同，可以分为软磁性材料和硬磁性材料两类。

(9)变压器是将某一数值的交流电压转换成同频率的另一种或几种不同数值交流电压的常用电器设备，具有电压变换、电流变换和阻抗变换的功能。

(10)变压器的变压原理。变压器的变压原理

变压器的交流原理

变压器的变阻抗原理

|Z|=k2|ZL|

(11)自耦变压器是一种原边、副边共用一个绕组的变压器，即副边绕组是原边绕组的一部分。因而原边、副边绕组之间不仅有磁的耦合，而且还有电的直接联系。由于这种变压器可以输出平滑的可调电压，故常应用于实验室中。

(12)仪用互感器按其用途的不同，分为电流互感器和电压互感器两种。其中用于测量高电压的互感器成为电压互感器，电压互感器在运行时副边绕组绝对不允许短路，而且铁芯和副边绕组的一端都必须可靠接地；用于测量大电流的互感器成为电流互感器，电流互感器在运行时副边绕组绝对不允许开路，而且铁芯和副边绕组的一端都必须可靠接地。

(13)电焊变压器是一种特殊的降压变压器，电弧焊是靠电弧放电的热量来熔化焊条和金属来达到焊接金属的目的。对电焊变压器的要求是：空载时应具有60～75V的引弧电压；负载时，要求电压随负载的增大而急剧下降，通常在额定负载时的电压为30～35V；在焊条碰到工件(副边绕组短路)时，短路电流不应过大，也即是电焊变压器必须具有陡降的外特性；为了适应不同焊件和不同规格的焊条，焊接电流的大小要能调节。一、填空题

1.磁感应强度是

，用

表示，单位为

；磁导率是

，用

表示，单位为

；磁场强度是

，用

表示，单位为

，即

。

2.各种变压器的构造基本相同，主要由

和

两部分组成。

3.变压器工作时与电源连接的绕组叫

绕组，与负载连接的绕组叫

绕组。习题6

4.变压器具有

作用、

作用和

变换的作用。

5.变压器负载改变，输出电压变化很小，说明其

特性好。

6.变压器工作时有功率损失，功率损失有

和

两部分。

7.铁芯中有

损耗和

损耗。

8.变压器空载电流的

很小，而

较大，所以变压器空载时，其功率因数很低。二、判断题[WTBZ]

1.220V/110V的变压器，原边绕组加440V交流电压，副边绕组可得到220V交流电压。()

2.变压器的原边绕组电流大小由电源决定，副边绕组电流大小由负载决定。()

3.变压器原边绕组的功率因数是由副边绕组上的负载决定的。()

4.在电子电路里，变阻就是利用变压器变阻抗，使负载获得尽可能大的功率。()

5.220V/110V的变压器可将直流220V变成110V。()三、选择题

1.变压器有载运行时主磁通与空载运行时主磁通的关系()。

A.前者大B.基本一样C.不定D.后者大

2.变压器中起传递电能作用的是()。

A.主磁通B.漏磁通C.电流D.电压

3.变压器传递电功率的能力是用()表示。

A.有功功率B