第5章電路教材

第5章磁路和變壓器5.1磁路的基本概念5.2變壓器的用途和結(jié)構(gòu)5.3變壓器5.4特殊變壓器磁路的基本物理量磁路的歐姆定律交流鐵心線圈電路小結(jié)習(xí)題5.1磁路的基本概念磁路及鐵磁性物質(zhì)1、磁路----磁通集中通過的路徑單相變壓器磁路直流電機磁路勵磁電流：用來產(chǎn)生磁通的電流.磁通：主磁通Φ：集中在一定路徑上的磁通.漏磁通Φσ

：不經(jīng)過鐵心，僅與本線圈交鏈的磁通.勵磁線圈：流過勵磁電流的線圈.主磁通磁路漏磁通磁路純鐵心磁路含氣隙磁路通電線圈永久磁鐵磁通：產(chǎn)生不分支磁路分支磁路磁路：鐵磁性物質(zhì)的磁化2、鐵磁性物質(zhì)

磁化：鐵磁物質(zhì)會在外加磁場的作用下,產(chǎn)生一個與外場同方向的

附加磁的現(xiàn)象.磁化曲線：是鐵磁性物質(zhì)的磁感應(yīng)強度B與外磁場的磁場強度H之間的關(guān)系曲線,又叫B-H曲線。磁滯回線交變磁化(磁滯回線)

B增長極慢B增長變慢達到飽和值Bm磁滯現(xiàn)象：鐵磁材料在反復(fù)磁化過程中，B的變化始終落后于H的變化的現(xiàn)象。磁滯回線閉合回線abcdefa矯頑磁力：克服剩磁所加的磁場強度Hc.剩磁Br:當磁場強度為零(即I=0)時,材料仍然保留磁性起始磁化曲線B直線上升鐵磁材料的磁性能高導(dǎo)磁性、磁飽和性、

磁滯性、磁滯損耗.鐵磁性物質(zhì)的類型（據(jù)磁滯回線的形狀分）軟磁和硬磁材料的磁滯回線硬磁材料

特點：矯頑力剩磁較大,磁滯回線較寬.一經(jīng)磁化，磁性不易消失。應(yīng)用：適用于制造永久磁鐵特點：矯頑磁力和剩磁都較小，磁滯回線較窄，易磁化，易退磁。應(yīng)用：電子設(shè)備中的電感元件，或變壓器、電動機、發(fā)電機的鐵心，交流電磁鐵、繼電器、接觸器。矩磁材料軟磁材料特點：矯頑磁力很小,兩個方向剩磁都很大接近飽和易于“翻轉(zhuǎn)”,具有記憶性。應(yīng)用：用于計算機存儲器的磁心.公式：

--磁感應(yīng)強度與垂直于磁場方向面積s的乘積）一、磁路的基本物理量磁通1、磁通Φ定義:指垂直于磁場的某一面積S上所穿過的磁力線的數(shù)目。單位：（國際制）Wb(韋［伯］）2、磁感應(yīng)強度B

定義：在均勻磁場中，磁感應(yīng)強度等于垂直穿過單位面積的磁通.意義：表示磁場中各點的磁場強弱和方向的物理量.是一個矢量.1Mx=10-8Wb（電磁制）Mx(麥[克斯韋])

單位：（國際制）T(特［斯拉］）公式：3、磁導(dǎo)率μ

μ≈μ0或μr≈1(非磁性物質(zhì))

μ》μ0或μr》1(磁性物質(zhì)或鐵磁性物質(zhì))相對磁導(dǎo)率μr-----物質(zhì)的磁導(dǎo)率μ與真空磁導(dǎo)率μ0的比值.真空中的磁導(dǎo)率：

μr=μ/μ0

定義：表示物質(zhì)的導(dǎo)磁能力大小的物理.單位：H/m(亨/米）.空氣,木材,紙,鋁等鐵,鈷,鎳及其合金等1Gs=10-4T（電磁制）Gs(高斯）

μ0=4π×10-7H／m4、磁場強度H

通電的環(huán)形線圈通電的長直導(dǎo)線（---矢量）B=μH（B與μ、H有關(guān)）公式：單位：(國際制)A／m(安／米)1A/m=4π×103

Oe

（電磁制）

Oe(奧斯特）影響H大小的因素：勵磁電流、導(dǎo)線的幾何形狀、匝數(shù)及位置，而與磁介質(zhì)的性質(zhì)無關(guān)。

l——磁路的長度（m）S——磁路的截面積（m2）μ——磁路材料的磁導(dǎo)率1、磁動勢（簡稱磁勢）二、磁路的歐姆定律定義:電流和線圈匝數(shù)N的乘積NI.單位:安(A).

公式：F=NI磁路2、磁路歐姆定律內(nèi)容：磁路中,磁通Φ與磁動勢NI成正比,與磁阻Rm成反比.公式：3、磁阻Rm

定義：表示磁路對磁動勢建立磁通所呈現(xiàn)的阻力.

Rm=公式：單位：１／Ｈ(亨-1)交流鐵芯線圈三、交流鐵心線圈電路1、電壓、電流、磁通的關(guān)系主磁、漏磁電動勢分別為：據(jù)kcl：設(shè)Φ(t)=Φmsinωt,則：則：2、交流鐵芯線圈的等效電路變壓器的用途變壓器的結(jié)構(gòu)小結(jié)習(xí)題5.2變壓器的用途和結(jié)構(gòu)一、變壓器的用途1.電力系統(tǒng)中：將P=3UIcosφ的電功率輸送到用電的區(qū)域，在P、cosφ為一定值時，采用高壓輸電.目前，我國交流輸電的電壓最高已達500kV.發(fā)電機的輸出電壓一般有3.15kV、6.3kV、10.5kV、15.75kV等幾種，因此必須用升壓變壓器將電壓升高才能遠距離輸送。輸電時：電能輸送到用電區(qū)域后，還需通過各級變電站（所）利用變壓器將電壓降低為各類電器所需要的電壓值.多數(shù)用電器所需電壓是380V、220V或36V，少數(shù)電機也采用3kV、6kV

用電時：變壓器:是一種常見的電氣設(shè)備,可用來把某種數(shù)值的交

變電壓變換為同頻率的另一數(shù)值的交變電壓.繞組與繞組及繞組與鐵心之間都是互相絕緣的.二、變壓器的結(jié)構(gòu)基本組成鐵心：用厚度為0.35～0.5mm的硅鋼片疊成線圈原繞組(或原邊,或初級繞組):和電源相連的線圈副繞組(或副邊,或次級繞組):和負載相連的線圈2.電子線路中：耦合電路、傳送信號、阻抗匹配變壓器結(jié)構(gòu)示意圖基本工作原理變壓器的使用變壓器線圈極性的測定小結(jié)習(xí)題5.3變壓器一、基本工作原理變壓器原理示意圖副線圈感應(yīng)電動勢：E2≈4.44fN2Φm

1.變電壓(空載運行)

原線圈感應(yīng)電動勢：K＞1（N1>N2）降壓K＜1（N1<N2）升壓K---變壓器的變壓比，簡稱變比變壓器空載時，原、副邊端電壓之比等于原、副線圈的匝數(shù)之比2.變電流(負載運行)I1N1≈-I2N2U1不變Φ基本不變i1N1+i2N2=i0N1

即：在不考慮變壓器本身損耗的情況下,變壓器是一種把電能轉(zhuǎn)換為“高壓小電流”或“低壓大電流”的電器設(shè)備,起著傳遞能量的作用.

因I0很小,所以：“—”表明：副邊磁勢與原邊磁勢相位相反，副邊磁勢對原邊磁勢起去磁作用，原邊電流和副邊電流在相位上幾乎相差180°.負載時，原邊磁動勢i1N1和副邊磁動勢i2N2共同產(chǎn)生的磁通，與變壓器空載時的激磁磁勢i0N1

產(chǎn)生的磁通應(yīng)基本相等.負載阻抗的等效變換3.變阻抗

從原邊兩端看,等效阻抗為:

采用合適的變比，把負載阻抗變換為需要的數(shù)值-----阻抗匹配電子設(shè)備功率放大電路常用.一般變壓器漏阻抗很小，負載電流變化時，副邊電壓變化不大。故電壓變化率約5%左右.二、變壓器的使用1.變壓器外特性U2012變壓器外特性定義：電源電壓和負載功率因數(shù)一定時u2與i2的變化關(guān)系.（Δu越小越好）2.變壓器的損耗和效率變壓器的損耗：輸入的有功功率和輸出的有功功率之差.形成：當線圈中通過變化的電流i時,在鐵心中穿過的磁通也是變化的。由于構(gòu)成磁路的鐵心是導(dǎo)體，于是在鐵心中將產(chǎn)生感應(yīng)電流，它圍繞磁力線成旋渦狀流動，故稱為渦流。渦流減小渦流鐵損：鐵心中的損耗（由磁滯和渦流現(xiàn)象產(chǎn)生.）銅損：線圈電阻上的損耗.磁滯損耗Δpn

：由于磁疇的反復(fù)取向使鐵心發(fā)熱產(chǎn)生的功率損耗.渦流損耗Δpe

：渦流在鐵心的電阻上引起的功率損耗.*渦流應(yīng)用：（工業(yè)上）冶煉金屬（生活中）電磁灶額定電流：（單位：A）-----指變壓器在額定容量和允許溫升條件下，長時間通過的電流。三相變壓器的額定電流一律指線電流。變壓器的效率：在接近滿載時效率最高。小型變壓器的效率為80%～90%，大型變壓器的效率可達98%左右。3.主要額定值額定容量SN

：變壓器副邊額定電壓和副邊額定電流乘積

SN=U2NI2N單位：VA或kVA(伏安或千伏安）額定電壓：（單位：V或kV）----原邊電壓是指變壓器在額定情況下運行時，原線圈應(yīng)加的電壓；副邊電壓指原線圈加上額定電壓時副邊的空載電壓.三、變壓器線圈極性的測定同極性端子：當電流從同極性端子流入時，其產(chǎn)生磁通方向就相同.1.直流法（三“正”法）2.交流法自耦變壓器電流互感器小結(jié)習(xí)題5.4特殊變壓器變壓器的種類：電源變壓器控制變壓器電焊變壓器自耦變壓器儀用互感器按其用途分：按冷卻方式分：自冷式（干式）變壓器油冷式變壓器單相變壓器三相變壓器（實驗用）（儀表用）1、三相變壓器：三相變壓器SN=U2Ni2N額定容量：高壓繞組：首端為ABC

，末端為XYZ

低壓繞組：首端為abc，末端為xyz常用連接方式：Y,yn

(Y/Y0)接法：D,

yn

(Δ/Y)接法：（國際上多數(shù)國家采用）Y,d

(Y/Δ)接法：U2N、I2N分別為副邊額定線電壓、額定線電流.自耦變壓器2、自耦變壓器：特點：原邊電路與副邊電路共用一部分線圈，原、副邊之間除了有磁的聯(lián)系外，還有直接的電