磁路與鐵心線圈電路(修改版)

1、 在很多電工設(shè)備（像變壓器、電機(jī)、電磁鐵電在很多電工設(shè)備（像變壓器、電機(jī)、電磁鐵電工測(cè)量?jī)x器等）中，不僅有電路的問(wèn)題，同時(shí)還有工測(cè)量?jī)x器等）中，不僅有電路的問(wèn)題，同時(shí)還有磁路的問(wèn)題。只有同時(shí)掌握了電路和磁路的基本理磁路的問(wèn)題。只有同時(shí)掌握了電路和磁路的基本理論，才能對(duì)以上電工設(shè)備進(jìn)行全面分析。論，才能對(duì)以上電工設(shè)備進(jìn)行全面分析。 本章結(jié)合磁路和鐵心線圈電路的分析，討論變本章結(jié)合磁路和鐵心線圈電路的分析，討論變壓器和電磁鐵的工作原理，作為應(yīng)用實(shí)例。壓器和電磁鐵的工作原理，作為應(yīng)用實(shí)例。 磁路和電路往往是相關(guān)的，因此在這里要研究磁路和電路往往是相關(guān)的，因此在這里要研究磁路和電路的關(guān)系以及磁和電的關(guān)

2、系。磁路和電路的關(guān)系以及磁和電的關(guān)系。HBlH d IlH dlINH 或或H/m10470 HBmHmsmAsVmAmWb /2位的單0r 0BB HH0 lSlHlNI B IlH dmRF SlNI mRF SlR mSl NIRFm SlR Sl EREI nn2211lHlHlHNI niiilHNI1 ,lH,lH2211nnSBBSB , . , S , 2211 niiilHNI1 A 5133004509000.NHlI A 390300450260.NHlI A/m102.71049.057000 BH cm 390.2- 2391 .ll cm 23921510.l A

3、144010201027250 .H A 1951039500211 lHA 16351951440110 lHHNI 163511635 ININu(Ni)i ddtNe tNedd （磁通勢(shì)）（磁通勢(shì)）tiLdd 常常數(shù)數(shù) iNLeeRi u )(ddetiLRi )()(EEIRU )(jEIXIR t, sinm )sin(ddddmttNtNe tN cosm )90t(sin2m fN)90(sinm tE mmm444222 fN.fNEE EU (V) 444444mmSfNB.fN.EU )(jEIXIRU Fe2cosPRIUIP 11404220100cos.UIP 55

4、4220 IUZ0RIPRRR 25. 64100220022220X 6 . 5425. 655RXXX Z2cm 527910230.S 3001052721504442204444m .SfB.UN A13002106070022 NlHIm變壓器功能：變壓器功能：變電壓：變電壓：電力系統(tǒng)電力系統(tǒng) 變阻抗：變阻抗：電子電路中的阻抗匹配電子電路中的阻抗匹配 （如喇叭的輸出變壓器）（如喇叭的輸出變壓器） 變電流：變電流：電流互感器電流互感器 6.2 變壓器的工作原理變壓器的工作原理 發(fā)電廠發(fā)電廠1.05萬(wàn)伏萬(wàn)伏輸電線輸電線22萬(wàn)伏萬(wàn)伏升壓升壓變電站變電站1萬(wàn)伏萬(wàn)伏降壓降壓 變壓器應(yīng)用舉例降壓

5、降壓實(shí)驗(yàn)室實(shí)驗(yàn)室380 / 220伏伏降壓降壓儀器儀器36伏伏降壓降壓?jiǎn)蜗嘧儔浩鲉蜗嘧儔浩?u2uLR1i2i鐵芯鐵芯原邊原邊繞組繞組副邊副邊繞組繞組一、變壓器的基本結(jié)構(gòu)一、變壓器的基本結(jié)構(gòu)1u2uLR1i2i1u1i2u2iLR變壓器符號(hào)：變壓器符號(hào)：2211iuiu工作過(guò)程：工作過(guò)程：1. 空載運(yùn)行空載運(yùn)行 原邊接入電源，副邊開(kāi)路。原邊接入電源，副邊開(kāi)路。接上接上交流電源交流電源1u 原邊電流原邊電流 i1等等 于勵(lì)于勵(lì) 磁電流磁電流 i10 dtdNedtdNe2211 產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)二、變壓器的工作原理二、變壓器的工作原理1u2e1i1e1N2N i10 產(chǎn)生磁通產(chǎn)生磁通

6、 （交變）（交變）（ 方向符合右手定則）方向符合右手定則）、e結(jié)論：改變?cè)褦?shù)比，就能改變輸出電壓。結(jié)論：改變?cè)褦?shù)比，就能改變輸出電壓。KNNEEUU212121K為變比為變比10i1u20u2i1e2e原、副邊電壓關(guān)系原、副邊電壓關(guān)系mmNfENfE221144. 444. 4根據(jù)交流磁路的分析根據(jù)交流磁路的分析可得：可得：202uu 02i時(shí)時(shí) （變電壓）（變電壓）2. 負(fù)載運(yùn)行負(fù)載運(yùn)行1u2e1i1e1N2NZ2i 副邊帶負(fù)載后對(duì)磁路的副邊帶負(fù)載后對(duì)磁路的影響：在副邊感應(yīng)電壓的影響：在副邊感應(yīng)電壓的作用下，副邊線圈中有了作用下，副邊線圈中有了電流電流 i2 。此電流在磁路中此電流在磁路中也

7、會(huì)產(chǎn)生磁通，從而影響原邊電流也會(huì)產(chǎn)生磁通，從而影響原邊電流 i1。但當(dāng)外加電壓、但當(dāng)外加電壓、頻率不變時(shí)，鐵芯中主磁通的最大值在變壓器空載或頻率不變時(shí)，鐵芯中主磁通的最大值在變壓器空載或有負(fù)載時(shí)基本不變有負(fù)載時(shí)基本不變 。 帶負(fù)載后帶負(fù)載后磁動(dòng)勢(shì)的平衡關(guān)系為：磁動(dòng)勢(shì)的平衡關(guān)系為：)44. 4(11mNfU NiNiNi102211KNNII11221結(jié)論：原、副邊電流與匝數(shù)成反比結(jié)論：原、副邊電流與匝數(shù)成反比1102211NiNiNi 由于變壓器鐵芯材料的導(dǎo)磁率高、空載勵(lì)磁電流由于變壓器鐵芯材料的導(dǎo)磁率高、空載勵(lì)磁電流 很小，可忽略很小，可忽略 。即：。即：02211NINI)(10i原、副邊

8、電流關(guān)系原、副邊電流關(guān)系 （變電流）（變電流）2211NINI （變阻抗）（變阻抗）1i1u2u2i| Z1N2N原、副邊阻抗關(guān)系原、副邊阻抗關(guān)系|2ZKZ 22|IUZ 從原邊等效：從原邊等效：22222211|KZKIUKIKUIUZ 結(jié)論：變壓器原邊的等效負(fù)載，為副邊所帶負(fù)載乘以結(jié)論：變壓器原邊的等效負(fù)載，為副邊所帶負(fù)載乘以 變比的平方。變比的平方。 阻抗變換舉例：阻抗變換舉例：揚(yáng)聲器上如何得到最大輸出功率。揚(yáng)聲器上如何得到最大輸出功率。i1uRsRL信號(hào)源信號(hào)源設(shè)：設(shè)：信號(hào)電壓的有效值信號(hào)電壓的有效值:U1= 50V;信號(hào)內(nèi)阻：信號(hào)內(nèi)阻： Rs=100 ;負(fù)載為揚(yáng)聲器，其等負(fù)載為揚(yáng)聲器

9、，其等 效電阻：效電阻：RL=8 。求：負(fù)載上得到的功率求：負(fù)載上得到的功率解：解：（1）將負(fù)載直接接到信號(hào)源上）將負(fù)載直接接到信號(hào)源上，得到的輸出功，得到的輸出功 率為：率為： W)(7 . 181085022LLSRRRUpL1i1u2u2iLR1N2NRs（2）將負(fù)載通過(guò)變壓器接到信號(hào)源上。）將負(fù)載通過(guò)變壓器接到信號(hào)源上。輸出功率為：輸出功率為：W25. 698981005022LLSLRRRUp設(shè)變比設(shè)變比 1:5 . 321NNK9885 . 32LR則：則：結(jié)論：由此例可見(jiàn)加入變壓器以后，輸出功率提高了結(jié)論：由此例可見(jiàn)加入變壓器以后，輸出功率提高了 很多。原因是滿足了電路中獲得最大

10、輸出的條很多。原因是滿足了電路中獲得最大輸出的條 件（信號(hào)源內(nèi)、外阻抗差不多相等）。件（信號(hào)源內(nèi)、外阻抗差不多相等）。 額定電壓額定電壓 變壓器副邊開(kāi)路（空載）時(shí)，原、副邊繞組允變壓器副邊開(kāi)路（空載）時(shí)，原、副邊繞組允 許的電壓值。許的電壓值。NNUU21 、 額定電流額定電流 變壓器滿載運(yùn)行時(shí)，原、副邊繞組允許的電流值。變壓器滿載運(yùn)行時(shí)，原、副邊繞組允許的電流值。NNII21 額定容量額定容量 傳送功率的最大能力。傳送功率的最大能力。NSNNNNNIUIUS2211（理想）（理想）6.3.1 變壓器的銘牌數(shù)據(jù)變壓器的銘牌數(shù)據(jù)（以單相變壓器為例）（以單相變壓器為例） 6.3 變壓器的使用變壓器

11、的使用容量容量 SN 輸出功率輸出功率 P2 原邊輸入功率原邊輸入功率 P1 輸出功率輸出功率 P2注意：變壓器幾個(gè)功率的關(guān)系注意：變壓器幾個(gè)功率的關(guān)系效率效率變壓器功變壓器功率因數(shù)率因數(shù)NNNIUS22容量：容量：21PP 原邊輸入功率：原邊輸入功率：cos222IUP 輸出功率：輸出功率： 6.3.2 變壓器的效率變壓器的效率( )為防止渦流損失，鐵芯為防止渦流損失，鐵芯一般由一片片導(dǎo)磁材料一般由一片片導(dǎo)磁材料疊合而成。疊合而成。 變壓器的損耗包括兩部分：變壓器的損耗包括兩部分：銅損銅損 (PCU) ：繞組導(dǎo)線電阻所致。繞組導(dǎo)線電阻所致。磁滯損失：磁滯現(xiàn)象引起鐵芯發(fā)熱，磁滯損失：磁滯現(xiàn)象引

12、起鐵芯發(fā)熱， 造成的損失。造成的損失。渦流損失：交變磁通在鐵芯中產(chǎn)生渦流損失：交變磁通在鐵芯中產(chǎn)生 的感應(yīng)電流（渦流），的感應(yīng)電流（渦流）， 造成的損失。造成的損失。鐵損鐵損( )：PFE1112PPPPPPFECU6.3.3 變壓器的外特性變壓器的外特性副邊輸出電壓和輸出電流的關(guān)系。即：副邊輸出電壓和輸出電流的關(guān)系。即：)(22IfU U2I2U20U20：原邊加額定電壓、：原邊加額定電壓、副邊開(kāi)路時(shí)，副邊的輸副邊開(kāi)路時(shí)，副邊的輸出電壓。出電壓。一般供電系統(tǒng)希望要硬特性（隨一般供電系統(tǒng)希望要硬特性（隨I2的變化，的變化，U2 變化不多）變化不多） 當(dāng)電流流入兩個(gè)線圈當(dāng)電流流入兩個(gè)線圈(或流出

13、）時(shí)，若產(chǎn)生的磁通方或流出）時(shí)，若產(chǎn)生的磁通方向相同，則兩個(gè)流入端稱(chēng)為同極性端（同名端）?；蛘呦蛳嗤瑒t兩個(gè)流入端稱(chēng)為同極性端（同名端）。或者說(shuō)，當(dāng)鐵芯中磁通變化（增大或減?。r(shí)，在兩線圈中說(shuō)，當(dāng)鐵芯中磁通變化（增大或減?。r(shí)，在兩線圈中產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)極性相同的兩端為同極性端。產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)極性相同的兩端為同極性端。同極性端同極性端(同名端同名端)AXax*6.3.4 變壓器繞組極性及連接方法變壓器繞組極性及連接方法AXax*電器使用時(shí)兩種電壓（電器使用時(shí)兩種電壓（220V/110V）的切換：）的切換：220V： 聯(lián)結(jié)聯(lián)結(jié) 2 3110V： 聯(lián)結(jié)聯(lián)結(jié) 1 3，2 4線圈的接法線圈的接法13

14、24*220V：聯(lián)結(jié)：聯(lián)結(jié) 2 3mNfU)2(44. 4220勵(lì)磁勵(lì)磁mNi210NfUm244. 4220兩種接法下線圈工作情況的分析兩種接法下線圈工作情況的分析*1324NN10i220U110V：聯(lián)結(jié)：聯(lián)結(jié) 1 3，2 4NfUm244. 4220mNfU)(44. 4110NfUm44.41101,32,4220V：聯(lián)結(jié)：聯(lián)結(jié) 2 31324*110U10i說(shuō)明：兩種接法下說(shuō)明：兩種接法下 不變，不變， 所以鐵芯磁路的設(shè)計(jì)相同所以鐵芯磁路的設(shè)計(jì)相同m勵(lì)磁勵(lì)磁mNi10問(wèn)題問(wèn)題1：在在110V 情況下，如果只用一個(gè)繞組（情況下，如果只用一個(gè)繞組（N），行不行？），行不行？答：答：不行（

15、兩繞組必須并繞）不行（兩繞組必須并繞）原邊有兩個(gè)相同繞組的電源變壓器（原邊有兩個(gè)相同繞組的電源變壓器（220 / 110），使），使用中應(yīng)注意的問(wèn)題：用中應(yīng)注意的問(wèn)題：*1324NN220i220U1,32,4110iN若兩種接法鐵芯中的磁通相等，則：若兩種接法鐵芯中的磁通相等，則： Ni2220Ni11021110220ii問(wèn)題問(wèn)題2：如果兩繞組的極性端接錯(cuò)，結(jié)果如何？如果兩繞組的極性端接錯(cuò)，結(jié)果如何？結(jié)論：結(jié)論：在極性不明確時(shí)，一定要先測(cè)定極性再通電。在極性不明確時(shí)，一定要先測(cè)定極性再通電。答：答：有可能燒毀變壓器有可能燒毀變壓器兩個(gè)線圈中的磁通抵消兩個(gè)線圈中的磁通抵消燒毀燒毀感應(yīng)電勢(shì)感應(yīng)

16、電勢(shì)0e電流電流 很大很大11Rui 1111eRiu原因：原因：*1324NN10i220U 方法一：交流法方法一：交流法AXaxu同極性端的測(cè)定方法同極性端的測(cè)定方法若若 說(shuō)明說(shuō)明 A 與與 a 或或 X 與與 x 為同為同 極性端。極性端。 axAXAaUUU把兩個(gè)線圈的任意兩端把兩個(gè)線圈的任意兩端 (X - x)連連接接,然后在然后在 AX 上加一小電壓上加一小電壓 u 。AaaxAXUUU、測(cè)量：測(cè)量：axAXAaUUU 若若 說(shuō)明說(shuō)明 A 與與 x 或或 X 與與 a 是同是同 極性端；極性端；結(jié)論：結(jié)論：方法二：直流法方法二：直流法mA表表+_AXaxK+-*AXax+_K2e設(shè)

17、設(shè)K閉合時(shí)閉合時(shí) 增加。增加。 感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的方向，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的方向，阻止阻止 的增加。的增加。如果當(dāng)如果當(dāng) K 閉合時(shí)，閉合時(shí)，mA 表正表正偏，則偏，則 Aa 為同極性端為同極性端;如果當(dāng)如果當(dāng) K 閉合時(shí)，閉合時(shí)，mA 表反表反偏，則偏，則 Ax 為同極性端為同極性端結(jié)論：結(jié)論： 變壓器設(shè)計(jì)中的一些概念變壓器設(shè)計(jì)中的一些概念(1)11IUSN1U一定一定額定容量額定容量定鐵芯窗口定鐵芯窗口定導(dǎo)線直徑定導(dǎo)線直徑1I定定定定mN1UIS mfNU1144. 4 則則 （銅多、鐵少）（銅多、鐵少）mN則則 （銅少、鐵多）（銅少、鐵多）mN( , 一定時(shí)一定時(shí), )SBBS在同樣變比情況下，匝數(shù)多

18、好，還是少好？在同樣變比情況下，匝數(shù)多好，還是少好？mfNU1144. 4m（省銅）（省銅）N（費(fèi)鐵）（費(fèi)鐵）截面積截面積 A AB 變壓器設(shè)計(jì)中的一些概念變壓器設(shè)計(jì)中的一些概念(2)6.4.1 自耦變壓器自耦變壓器KNNIIKNNUU112212121ABP1u2u1i2iLR1N2N6.4 特殊變壓器簡(jiǎn)介特殊變壓器簡(jiǎn)介 使用時(shí)，改變滑動(dòng)端的位置，便可得到不同的使用時(shí)，改變滑動(dòng)端的位置，便可得到不同的輸出電壓。實(shí)驗(yàn)室中用的調(diào)壓器就是根據(jù)此原理輸出電壓。實(shí)驗(yàn)室中用的調(diào)壓器就是根據(jù)此原理制作的。制作的。注意：原、副邊千萬(wàn)不能對(duì)調(diào)使用，注意：原、副邊千萬(wàn)不能對(duì)調(diào)使用，以以防變壓器損壞。因?yàn)榉雷儔浩鲹p壞。因?yàn)镹變小時(shí)，磁通增大，電流變小時(shí)，磁通增大，電流會(huì)迅速增加。會(huì)迅速增加。6.4.2 電壓互感器電壓互感器 用低量程的電壓表測(cè)高電壓用低量程的電壓表測(cè)高電壓1. 副邊不能短路，以副邊不能短路，以 防產(chǎn)生過(guò)流；防