第6章磁路和變壓器

電工電子技術(shù)磁路及電磁器件磁路的概念、物理量和定律交流鐵心線圈電路的分析變壓器工作原理點(diǎn)火線圈、汽車?yán)^電器的檢測(cè)學(xué)習(xí)要點(diǎn)磁路及電磁器件3.1磁路3.2交流鐵心線圈電路3.3

變壓器3.4點(diǎn)火線圈3.5繼電器3.1磁路實(shí)際電路中有大量電感元件的線圈中有鐵心。線圈通電后鐵心就構(gòu)成磁路，磁路又影響電路。因此電工技術(shù)不僅有電路問題，同時(shí)也有磁路問題。3.1.1磁路的基本物理量1．磁感應(yīng)強(qiáng)度B磁感應(yīng)強(qiáng)度B是表示磁場(chǎng)內(nèi)某點(diǎn)磁場(chǎng)強(qiáng)弱及方向的物理量。B的大小等于通過垂直于磁場(chǎng)方向單位面積的磁力線數(shù)目，B的方向用右手螺旋定則確定。單位是特斯拉(T)。2．磁通Φ均勻磁場(chǎng)中磁通Φ等于磁感應(yīng)強(qiáng)度B與垂直于磁場(chǎng)方向的面積S的乘積，單位是韋伯(Wb)。3．磁導(dǎo)率μ磁導(dǎo)率μ表示物質(zhì)的導(dǎo)磁性能，單位是亨/米(H/m)。真空的磁導(dǎo)率非鐵磁物質(zhì)的磁導(dǎo)率與真空極為接近，鐵磁物質(zhì)的磁導(dǎo)率遠(yuǎn)大于真空的磁導(dǎo)率。

相對(duì)磁導(dǎo)率μr：物質(zhì)磁導(dǎo)率與真空磁導(dǎo)率的比值。非鐵磁物質(zhì)μr近似為1，鐵磁物質(zhì)的μr遠(yuǎn)大于1。4．磁場(chǎng)強(qiáng)度H

磁場(chǎng)強(qiáng)度只與產(chǎn)生磁場(chǎng)的電流以及這些電流分布有關(guān)，而與磁介質(zhì)的磁導(dǎo)率無關(guān)，單位是安／米（A／m）。是為了簡(jiǎn)化計(jì)算而引入的輔助物理量。6.1.2磁場(chǎng)的基本定律1．安培環(huán)路定律

計(jì)算電流代數(shù)和時(shí)，與繞行方向符合右手螺旋定則的電流取正號(hào)，反之取負(fù)號(hào)。若閉合回路上各點(diǎn)的磁場(chǎng)強(qiáng)度相等且其方向與閉合回路的切線方向一致，則：2．磁路歐姆定律

稱為磁阻，表示磁路對(duì)磁通的阻礙作用。因鐵磁物質(zhì)的磁阻Rm不是常數(shù)，它會(huì)隨勵(lì)磁電流I的改變而改變，因而通常不能用磁路的歐姆定律直接計(jì)算，但可以用于定性分析很多磁路問題。3．電磁感應(yīng)定律

6.1.3鐵磁材料的磁性能高導(dǎo)磁性：磁導(dǎo)率可達(dá)102~104，由鐵磁材料組成的磁路磁阻很小，在線圈中通入較小的電流即可獲得較大的磁通。磁飽和性：B不會(huì)隨H的增強(qiáng)而無限增強(qiáng)，H增大到一定值時(shí)，B不能繼續(xù)增強(qiáng)。磁滯性：鐵心線圈中通過交變電流時(shí)，H的大小和方向都會(huì)改變，鐵心在交變磁場(chǎng)中反復(fù)磁化，在反復(fù)磁化的過程中，B的變化總是滯后于H的變化。鐵磁材料的類型：軟磁材料：磁導(dǎo)率高，磁滯特性不明顯，矯頑力和剩磁都小，磁滯回線較窄，磁滯損耗小。硬磁材料：剩磁和矯頑力均較大，磁滯性明顯，磁滯回線較寬。矩磁材料：只要受較小的外磁場(chǎng)作用就能磁化到飽和，當(dāng)外磁場(chǎng)去掉，磁性仍保持，磁滯回線幾乎成矩形。磁化曲線磁滯回線設(shè)線圈的電阻為R，主磁電動(dòng)勢(shì)為e和漏感電動(dòng)勢(shì)為eσ，由KVL，有：3.2.1電磁關(guān)系e

的有效值為：3.2交流鐵心線圈電路寫成相量形式：設(shè)漏磁電感為L(zhǎng)σ，則：等效電路：圖中X0是反映線圈能量?jī)?chǔ)放的等效感抗。6.2.2功率損耗3.3變壓器3.3.1變壓器的工作原理原繞組匝數(shù)為N1，電壓u1，電流i1，主磁電動(dòng)勢(shì)e1，漏磁電動(dòng)勢(shì)eσ1；副繞組匝數(shù)為N2，電壓u2，電流i2，主磁電動(dòng)勢(shì)e2，漏磁電動(dòng)勢(shì)eσ2。1．電壓變換原繞組的電壓方程：副繞組的電壓方程：忽略電阻R1和漏抗Xσ1的電壓，則：k稱為變壓器的變比。三相變壓器的兩種接法及電壓的變換關(guān)系2．電流變換由U1≈E1=4.44N1fΦm可知，U1和f不變時(shí)，E1和Φm也都基本不變。因此，有負(fù)載時(shí)產(chǎn)生主磁通的原、副繞組的合成磁動(dòng)勢(shì)（i1N1+i2N2）和空載時(shí)產(chǎn)生主磁通的原繞組的磁動(dòng)勢(shì)i0N1基本相等，即：空載電流i0很小，可忽略不計(jì)。3．阻抗變換設(shè)接在變壓器副繞組的負(fù)載阻抗Z的模為|Z|，則：Z反映到原繞組的阻抗模|Z'|為：3.3.2變壓器的工作特性1．外特性電壓變化率反映電壓U2的變化程度。通常希望U2的變動(dòng)愈小愈好，一般變壓器的電壓變化率約在5%左右。2．損耗與效率鐵損ΔPFe包括磁滯損耗和渦流損耗。損耗：銅損：效率：3．額定值(1)額定電壓UN：指變壓器副繞組空載時(shí)各繞組的電壓。三相變壓器是指線電壓。(2)額定電流IN：指允許繞組長(zhǎng)時(shí)間連續(xù)工作的線電流。(3)額定容量SN：在額定工作條件下變壓器的視在功率。三相變壓器：?jiǎn)蜗嘧儔浩鳎?1)同極性端的標(biāo)記(2)同極性端的測(cè)定毫安表的指針正偏1和3是同極性端；反偏1和4是同極性端。U13=U12－U34時(shí)1和3是同極性端；U13=U12＋U34時(shí)1和4是同極性端。3.3.3變壓器線圈極性測(cè)定3.3.4特殊變壓器1．自耦變壓器特點(diǎn)：副繞組是原繞組的一部分，原、副壓繞組不但有磁的聯(lián)系，也有電的聯(lián)系。2．儀用互感器(1)電流互感器：原繞組線徑較粗，匝數(shù)很少，與被測(cè)電路負(fù)載串聯(lián)；副繞組線徑較細(xì)，匝數(shù)很多，與電流表及功率表、電度表、繼電器的電流線圈串聯(lián)。用于將大電流變換為小電流。使用時(shí)副繞組電路不允許開路。(2)電壓互感器：電壓互感器的原繞組匝數(shù)很多，并聯(lián)于待測(cè)電路兩端；副繞組匝數(shù)較少，與電壓表及電度表、功率表、繼電器的電壓線圈并聯(lián)。用于將高電壓變換成低電壓。使用時(shí)副繞組不允許短路。3.4.1點(diǎn)火系統(tǒng)構(gòu)造3.4點(diǎn)火線圈3.4.2點(diǎn)火線圈構(gòu)造a二接線柱式b三接線柱式1、絕緣座2、鐵心3、初級(jí)線圈4、次級(jí)線圈5、導(dǎo)磁鋼套6、外殼

7、負(fù)接線柱8、膠木蓋9高壓線接線柱10、開關(guān)接線柱11、電源開關(guān)接線柱12、附加電阻。1)、自感效應(yīng)：電流流過線圈就會(huì)產(chǎn)生磁場(chǎng)、其結(jié)果是出現(xiàn)一個(gè)產(chǎn)生磁通的電動(dòng)勢(shì)（EMF），而這個(gè)磁通的方向正是阻止在線圈內(nèi)產(chǎn)生磁通。所以、電路接通時(shí)，電流不能立即流過線圈，而需要一段時(shí)間、電流才能增大。而且，當(dāng)電流流過線圈，并被突然切斷時(shí)，在線圈內(nèi)就產(chǎn)生一個(gè)電動(dòng)勢(shì)，其方向是電流流動(dòng)的方向（也是阻止磁通消失的方向）。3.4.3高壓電的產(chǎn)生原理這樣，當(dāng)電流開始在線圈內(nèi)流動(dòng)或者切斷時(shí)，線圈就產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)。這個(gè)電動(dòng)勢(shì)阻止線圈磁通變化，這一現(xiàn)象稱作：“自感效應(yīng)”。2)、互感效應(yīng)：當(dāng)兩個(gè)線圈直線排列，并且流過其中一個(gè)線圈（初級(jí)線圈）的電流量變化時(shí)，在另一個(gè)線圈（次級(jí)線圈）內(nèi)就產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)，其方向是阻止初級(jí)線圈內(nèi)磁通變化，這一現(xiàn)象稱為“互感效應(yīng)”。當(dāng)一個(gè)恒定的電流流過初級(jí)線圈時(shí)，磁通沒有變化，所以次級(jí)線圈內(nèi)沒有電動(dòng)勢(shì)的產(chǎn)生。但時(shí)，當(dāng)開關(guān)關(guān)掉，從而切斷初級(jí)線圈內(nèi)電流時(shí)，已經(jīng)產(chǎn)生的磁通就突然消失，所以，次級(jí)線圈內(nèi)就會(huì)產(chǎn)生一個(gè)電動(dòng)勢(shì)，其方向是阻止這個(gè)磁通的消失。當(dāng)斷電器觸點(diǎn)斷開而引致初級(jí)線圈電流突然切斷時(shí)，在初級(jí)線圈與次級(jí)線圈之間便會(huì)產(chǎn)生互感效應(yīng)，導(dǎo)致點(diǎn)火線圈產(chǎn)生高壓電流。電動(dòng)勢(shì)的大小取決于下列三個(gè)因素：（1）磁通量：線圈中的磁通量越大，感應(yīng)電壓越高。（2）線圈圈數(shù)：線圈圈數(shù)越多，感應(yīng)電壓越高。（3）磁通變化率：線圈內(nèi)所產(chǎn)生的磁通變化越快，感應(yīng)電壓越高。為了使互感效應(yīng)產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)很大（次級(jí)所產(chǎn)生的電壓），初級(jí)線圈內(nèi)的電流應(yīng)盡可能大，而電流切斷要迅速。帶電阻器的點(diǎn)火線圈的線路圖3.5汽車常用繼電器一、燈光繼電器作用：當(dāng)前照燈、前小燈、尾燈線路有故障時(shí)，作為輔助照明電路為汽車的行駛提供應(yīng)急措施。繼電器有鐵心、線圈、外殼等組成。二、閃光器的種類及電路在轉(zhuǎn)向或危急報(bào)警信號(hào)系統(tǒng)中，用于控制信號(hào)燈閃光的裝置稱為閃光器，汽車用閃光器有電熱式、電容式、電子式等型式。㈠電熱式閃光器

1.熱絲式閃光器及轉(zhuǎn)向燈電路，如圖3-29所示。

組成

主要由電磁鐵1、觸點(diǎn)2、觸點(diǎn)臂3、電熱絲4及附加電阻5組成。2.翼片式閃光器

注意：電熱式閃光器的閃光頻率隨轉(zhuǎn)向燈的功率大小而變化㈡電容式閃光器㈢電子閃光器三、刮水繼電器（間歇繼電器）四、起動(dòng)繼電器五、