第3章 磁路與變壓器

第3章磁路和變壓器1磁路：主磁通所經(jīng)過(guò)的閉合路徑。i3.1.1.磁路的基本概念線圈通入電流后，產(chǎn)生磁通，分主磁通和漏磁通。：主磁通：漏磁通鐵心（導(dǎo)磁性能好的磁性材料）線圈3.1磁路及其分析方法23.1.2磁路計(jì)算中的基本物理量1磁感應(yīng)強(qiáng)度（磁通密度）與磁場(chǎng)方向相垂直的單位面積上通過(guò)的磁通（磁力線）單位：韋伯1Tesla=104高斯B

的單位：特斯拉（Tesla）3

2磁導(dǎo)率：表征各種材料導(dǎo)磁能力的物理量（亨/米）真空中的磁導(dǎo)率()為常數(shù)一般材料的磁導(dǎo)率和真空中的磁導(dǎo)率之比，稱為這種材料的相對(duì)磁導(dǎo)率，則稱為磁性材料，則稱為非磁性材料43磁場(chǎng)強(qiáng)度H

磁場(chǎng)強(qiáng)度是計(jì)算磁場(chǎng)所用的物理量，其大小為磁感應(yīng)強(qiáng)度和導(dǎo)磁率之比。單位：B

：特斯拉：亨/米：安/米5

3.1.3磁性材料的磁性能：

1.非線性大小BH(I)

2.磁飽和性HBBH

3.磁滯性根據(jù)磁性能，磁性材料又可分為三種：軟磁材料（磁滯回線窄長(zhǎng)。常用做磁頭、磁心等）、永磁材料（磁滯回線寬。常用做永久磁鐵）、矩磁材料（滯回線接近矩形?？捎米鲇洃浽?。61

安培環(huán)路定律（全電流律）3.1.4磁路的基本定律

磁場(chǎng)中任何閉合回路磁場(chǎng)強(qiáng)度的線積分，等于通過(guò)這個(gè)閉合路徑內(nèi)電流的代數(shù)和。I1I2I3電流方向和磁場(chǎng)強(qiáng)度的方向符合右手定則，電流取正；否則取負(fù)。7

在無(wú)分支的均勻磁路（磁路的材料和截面積相同，各處的磁場(chǎng)強(qiáng)度相等）中，安培環(huán)路定律可寫成：磁路長(zhǎng)度L線圈匝數(shù)NIHL：稱為磁壓降。NI：稱為磁動(dòng)勢(shì)。一般用F

表示。F=NI8總磁動(dòng)勢(shì)

在非均勻磁路（磁路的材料或截面積不同，或磁場(chǎng)強(qiáng)度不等）中，總磁動(dòng)勢(shì)等于各段磁壓降之和。例：IN9對(duì)于均勻磁路磁路中的歐姆定律2磁路的歐姆定律：則：INSL注：由于磁性材料是非線性的，磁路歐姆定律多用作定性分析，不做定量計(jì)算。令：Rm

稱為磁阻10磁路和電路的比較（1）磁路電路磁通INR+_EI磁壓降磁動(dòng)勢(shì)電動(dòng)勢(shì)電流電壓降U11基本定律磁阻磁感應(yīng)強(qiáng)度安培環(huán)路定律磁路IN歐姆定律電阻電流強(qiáng)度基氏電壓定律基氏電流定律磁路與電路的比較(2)電路R+_EI12勵(lì)磁電流：在磁路中用來(lái)產(chǎn)生磁通的電流勵(lì)磁電流直流

-------直流磁路交流-------交流磁路磁路分析直流磁路交流磁路3.2

交流鐵心線圈電路13IU1直流磁路的分析直流磁路的特點(diǎn):直流磁路和電路中的恒壓源類似直流電路中

E

固定I

隨R

變化隨變化

直流磁路中

F固定

一定一定磁動(dòng)勢(shì)F=IN一定磁通和磁通成反比（線圈中沒(méi)有反電動(dòng)勢(shì)）（R

為線圈的電阻）14電路方程：一般情況下很小(1)交流激勵(lì)線圈中產(chǎn)生感應(yīng)電勢(shì)2交流磁路的分析：主磁通：漏磁通ui的感應(yīng)電勢(shì)和產(chǎn)生15假設(shè)則最大值有效值ui16ui一定時(shí)磁動(dòng)勢(shì)IN隨磁阻的變化而變化。當(dāng)外加電壓U、頻率f

與線圈匝數(shù)N一定時(shí)，便確定下來(lái)。根據(jù)磁路歐姆定律，當(dāng)(2)交流磁路的特點(diǎn):交流磁路和電路中的恒流源類似直流磁路中：

固定F隨變化直流電路中：

IS固定U

隨R

變化17(3)交流磁路中磁阻對(duì)電流的影響電磁鐵吸合過(guò)程的分析：在吸合過(guò)程中若外加電壓不變,則基本不變。iu電磁鐵吸合前(氣隙大）

大起動(dòng)電流大電磁鐵吸合后(氣隙小）小電流小如果氣隙中有異物卡住，電磁鐵長(zhǎng)時(shí)間吸不上，線圈中的電流一直很大，將會(huì)導(dǎo)致過(guò)熱，把線圈燒壞。注意：18(U不變，I不變）(I

隨Rm

變化）（U不變時(shí)，

基本不變）直流磁路交流磁路磁路小結(jié)（隨Rm變化）193.3.1變壓器的功能：變電壓：電力系統(tǒng)變阻抗：電子電路中的阻抗匹配（如喇叭的輸出變壓器）

變電流：電流互感器

3.3變壓器20發(fā)電廠1.05萬(wàn)伏輸電線22萬(wàn)伏升壓變電站1萬(wàn)伏降壓變壓器應(yīng)用舉例…降壓實(shí)驗(yàn)室380/220伏降壓儀器36伏降壓21單相變壓器鐵芯原邊繞組副邊繞組3.3.2變壓器的基本結(jié)構(gòu)22變壓器符號(hào)：工作過(guò)程：231空載運(yùn)行：

原邊接入電源，副邊開路。原邊接上交流電源

原邊電流i1等于勵(lì)磁電流i10

產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)3.3.3變壓器的工作原理

i10

產(chǎn)生磁通（交變）（

方向符合右手定則）24結(jié)論：改變?cè)褦?shù)比，就能改變輸出電壓。K為變比原、副邊電壓關(guān)系：根據(jù)交流磁路的分析可得：時(shí)

（變電壓）252.負(fù)載運(yùn)行Z

副邊帶負(fù)載后對(duì)磁路的影響：在副邊感應(yīng)電壓的作用下，副邊線圈中有了電流i2

。此電流在磁路中也會(huì)產(chǎn)生磁通，從而影響原邊電流i1。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有負(fù)載時(shí)基本不變。帶負(fù)載后磁動(dòng)勢(shì)的平衡關(guān)系為：26結(jié)論：原、副邊電流與匝數(shù)成反比原、副邊電流關(guān)系：

（變電流）27

（變阻抗）原、副邊阻抗關(guān)系：從原邊等效：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。28阻抗變換舉例：揚(yáng)聲器上如何得到最大輸出功率。RsRL信號(hào)源設(shè)：信號(hào)電壓的有效值:U1=50V;信號(hào)內(nèi)阻：Rs=100;負(fù)載為揚(yáng)聲器，其等效電阻：RL=8。求：負(fù)載上得到的功率解：（1）將負(fù)載直接接到信號(hào)源上，得到的輸出功率為：29Rs（2）將負(fù)載通過(guò)變壓器接到信號(hào)源上。輸出功率為：設(shè)變比則：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輸出的條件（信號(hào)源內(nèi)、外阻抗差不多相等）。303.3.4變壓器的外特性副邊輸出電壓和輸出電流的關(guān)系。即：U2I2U20U20：原邊加額定電壓、副邊開路時(shí)，副邊的輸出電壓。一般供電系統(tǒng)希望要硬特性（隨I2的變化，U2

變化不多）313.3.5變壓器的損耗與效率()為防止渦流損失，鐵芯一般由一片片導(dǎo)磁材料疊合而成。變壓器的損耗包括兩部分：銅損(PCU)：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，造成的損失。渦流損失：交變磁通在鐵芯中產(chǎn)生的感應(yīng)電流（渦流），造成的損失。鐵損()：PFE32容量SN

輸出功率P2

原邊輸入功率P1

輸出功率P2注意：變壓器幾個(gè)功率的關(guān)系效率變壓器功率因數(shù)容量：原邊輸入功率：輸出功率：331自耦變壓器ABP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)此原理制作的。注意：原、副邊千萬(wàn)不能對(duì)調(diào)使用，以防變壓器損壞。因?yàn)镹變小時(shí)，磁通增大，電流會(huì)迅速增加。3.3.6特殊變壓器342電壓互感器

用低量程的電壓表測(cè)高電壓1.副邊不能短路，以防產(chǎn)生過(guò)流；2.鐵心、低壓繞組的一端接地，以防在絕緣損時(shí)，在副邊出現(xiàn)高壓。使用注意：VR

N1（匝數(shù)多）保險(xiǎn)絲

N2（匝數(shù)少）~u（被測(cè)電壓）電壓表被測(cè)電壓=電壓表讀數(shù)N1/N2353電流互感器

用低量程的電流表測(cè)大電流（被測(cè)電流）N1（匝數(shù)少）N2（匝數(shù)多）ARi1i2電流表被測(cè)電流=電流表讀數(shù)N2/N11.副邊不能開路，以防產(chǎn)生高電壓；2.鐵心、低壓繞組的一端接地