電工基礎(chǔ)（第2版）課件：互感、磁路和交流鐵心電路

互感、磁路和交流鐵心電路實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象：在開關(guān)S閉合瞬間，由線圈Ⅰ構(gòu)成的回路產(chǎn)生電流i1，同時(shí)電壓表指針偏轉(zhuǎn)；在開關(guān)S斷開瞬間，電壓表指針反向偏轉(zhuǎn)。如圖所示電路，線圈Ⅰ和線圈Ⅱ靠的很近，并且封裝在一起。在線圈Ⅰ加直流電壓源US，將電壓表并在線圈Ⅱ兩端。

兩線圈間沒有電的聯(lián)系，為什么電壓表會(huì)偏轉(zhuǎn)？知識(shí)導(dǎo)入實(shí)驗(yàn)電路3實(shí)驗(yàn)說明：當(dāng)線圈Ⅰ中的電流變化時(shí)，在線圈Ⅱ中產(chǎn)生感應(yīng)電壓。

這種由于一個(gè)線圈中的電流變化在另一個(gè)線圈中產(chǎn)生感應(yīng)電壓的現(xiàn)象叫互感現(xiàn)象。產(chǎn)生的感應(yīng)電壓叫互感電壓。5.1

互感和互感電壓一、互感電壓

兩線圈之間雖然沒有電的聯(lián)系，但有磁的聯(lián)系。由于電流i1的變化而在線圈Ⅱ中產(chǎn)生的互感電壓記作u21，其大小為由于電流i2的變化而在線圈Ⅰ中產(chǎn)生的互感電壓記作u12，其大小為

M稱為線圈Ⅰ和Ⅱ之間的互感系數(shù)，簡(jiǎn)稱互感，其國(guó)際單位為亨利（H）。線圈之間的互感M是線圈的固有參數(shù)，它取決于兩線圈的匝數(shù)、幾何尺寸、相對(duì)位置和磁介質(zhì)。5兩線圈之間雖無電的聯(lián)系，但有磁的聯(lián)系。這種線圈之間的磁聯(lián)系稱為磁耦合，具有磁耦合的線圈稱為耦合線圈。耦合線圈之間的磁耦合程度通常用耦合系數(shù)K來表示。K的定義：K的取值范圍：（k=1時(shí)稱為全耦合。）

開關(guān)S閉合瞬間，電壓表指針偏轉(zhuǎn)；開關(guān)S斷開瞬間，電壓表指針反向偏轉(zhuǎn)。說明電流i1變化，互感電壓的極性也隨之變化。這與原磁通及其變化方向和線圈的繞向均有關(guān)系，這也涉及到了同名端。二、同名端

同名端：一對(duì)具有互感的線圈，極性始終相同的端子。通常同一組同名端用標(biāo)記標(biāo)出，例如標(biāo)上“·”或者標(biāo)上“*”，另一組同名端不需標(biāo)明自然清楚。

異名端：一對(duì)具有互感的線圈，極性始終相反的端子。1、同名端的定義具有磁耦合的兩線圈，當(dāng)電流分別從兩線圈各自的某端同時(shí)流入（或流出）時(shí)，若兩者產(chǎn)生的磁通方向相同，則這兩個(gè)線圈的電流流入（或流出）端為同名端，反之為異名端。2、同名端的判定練習(xí)：三、互感線圈的電壓和電流的關(guān)系自感電壓：自感電壓的方向選取與電流的參考方向一致。

互感線圈的電壓和電流關(guān)系，除了要考慮自感電壓以外，還需考慮互感電壓。當(dāng)電流為正弦電流時(shí)，其相量形式為互感電壓：當(dāng)電流為正弦電流時(shí)，其相量形式為互感電壓的參考方向與引起互感電壓的電流參考方向?qū)ν说闹赶虮３忠恢隆?/p>

端口電壓：練習(xí)：寫出下圖中端口電壓的相量表達(dá)式一、互感線圈的串聯(lián)1、順向串聯(lián)：兩個(gè)具有互感的線圈串聯(lián)，異名端相聯(lián)結(jié)

。5.2

互感線圈的聯(lián)結(jié)16順向串聯(lián)后的等效電感為2、反向串聯(lián)：兩個(gè)具有互感的線圈串聯(lián)，同名端相聯(lián)結(jié)

。反向串聯(lián)后的等效電感為二、互感線圈串聯(lián)的應(yīng)用利用互感線圈串聯(lián)的方法可以實(shí)驗(yàn)測(cè)定互感線圈的同名端。

由于互感線圈順向和反向串聯(lián)時(shí)的等效電感不同，在同樣的電壓下電路中的電流也不相等。順串時(shí)等效電感大而電流小，反串時(shí)等效電感小而電流大。其中：計(jì)算互感系數(shù)【例】如圖所示電路，R1=R2=3Ω，ωM=2Ω，ωL1=ωL2=6Ω，，求開路電壓解：由圖示可知，互感線圈Ⅰ和Ⅱ?yàn)榉聪虼?lián)形式

一、磁場(chǎng)的基本物理量1.磁感應(yīng)強(qiáng)度（B）

表示磁場(chǎng)內(nèi)某點(diǎn)磁場(chǎng)強(qiáng)弱和方向的物理量。單位:

特斯拉(T)。均勻磁場(chǎng):

各點(diǎn)磁感應(yīng)強(qiáng)度大小相等，方向

相同的磁場(chǎng)，也稱勻強(qiáng)磁場(chǎng)。5.3

磁路和磁性材料的磁性能2.磁通（

）穿過垂直于B方向的面積S中的磁力線總數(shù)。

在均勻磁場(chǎng)中

=B.S或B=/S單位:韋[伯](Wb)3.磁導(dǎo)率（

）表示磁場(chǎng)媒質(zhì)磁性的物理量，衡量物質(zhì)的導(dǎo)磁能力。單位：亨/米（H/m）真空的磁導(dǎo)率為常數(shù)，用

0表示，有：相對(duì)磁導(dǎo)率

r：

任一種物質(zhì)的磁導(dǎo)率

和真空的磁導(dǎo)率

0的比值。

相對(duì)磁導(dǎo)率越大，介質(zhì)的導(dǎo)磁性能越好。4.磁場(chǎng)強(qiáng)度（H）介質(zhì)中某點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度B與介質(zhì)磁導(dǎo)率

之比。單位：安培/米（A/m)二、物質(zhì)的磁性1、非磁性物質(zhì)

非磁性物質(zhì)分子電流的磁場(chǎng)方向雜亂無章，幾乎不受外磁場(chǎng)的影響而互相抵消，不具有磁化特性。

非磁性材料的磁導(dǎo)率都是常數(shù)，有：

0

，

r

1OHB

非磁性物質(zhì)的磁通

與產(chǎn)生此磁通的電流I成正比，呈線性關(guān)系。2、磁性物質(zhì)

磁性物質(zhì)內(nèi)部由于分子電流作用形成許多小區(qū)域，每一區(qū)域內(nèi)的分子磁場(chǎng)排列整齊，顯示磁性，稱這些小區(qū)域?yàn)榇女牎Ｔ跊]有外磁場(chǎng)作用下的普通磁性物質(zhì)中，各個(gè)磁疇排列雜亂無章，磁場(chǎng)互相抵消，整體對(duì)外不顯磁性。磁疇

在外磁場(chǎng)作用下，磁疇方向發(fā)生變化，使之與外磁場(chǎng)方向趨于一致，物質(zhì)整體顯示出磁性來，稱為磁化。即磁性物質(zhì)能被磁化。外磁場(chǎng)磁疇三、磁性材料的磁性能1.高導(dǎo)磁性

磁性材料的磁導(dǎo)率通常都很高，即

r1(如坡莫合金，其

r可達(dá)2

105)

。磁性材料能被強(qiáng)烈的磁化，具有很高的導(dǎo)磁性能。

磁性材料主要指鐵、鎳、鈷及其合金等。

磁性物質(zhì)的高導(dǎo)磁性被廣泛地應(yīng)用于電工設(shè)備中，如電機(jī)、變壓器及各種鐵磁元件的線圈中都放有鐵心。

在這種具有鐵心的線圈中通入不太大的勵(lì)磁電流，便可以產(chǎn)生較大的磁通和磁感應(yīng)強(qiáng)度。2.磁飽和性磁性物質(zhì)由于磁化所產(chǎn)生的磁化磁場(chǎng)不會(huì)隨著外磁場(chǎng)的增強(qiáng)而無限的增強(qiáng)。當(dāng)外磁場(chǎng)增大到一定程度時(shí)，磁性物質(zhì)的全部磁疇的磁場(chǎng)方向都轉(zhuǎn)向與外部磁場(chǎng)方向一致，磁化磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度將趨向某一定值。3.磁滯性磁性材料中磁感應(yīng)強(qiáng)度B的變化總是滯后于外磁場(chǎng)變化的性質(zhì)。名詞解釋：（1）剩磁感應(yīng)強(qiáng)度Br(剩磁)：

當(dāng)線圈中電流減小到零(H=0)時(shí)，鐵心中的磁感應(yīng)強(qiáng)度。（2）矯頑磁力Hc：使B=0所需的H值，它表示鐵磁材料反抗退磁的能力。按磁性物質(zhì)的磁性能，磁性材料分為三種類型：(2)硬磁材料

具有較大的矯頑磁力。一般用來制造永久磁鐵。常用的有碳鋼及鐵鎳鋁鈷合金等。(1)軟磁材料

具有較小的矯頑磁力。一般用來制造電機(jī)、電器及變壓器等的鐵心。常用的有鑄鐵、硅鋼、坡莫合金即鐵氧體等。(3)矩磁材料

具有較小的矯頑磁力和較大的剩磁，穩(wěn)定性良好。在計(jì)算機(jī)和控制系統(tǒng)中用作記憶元件、開關(guān)元件和邏輯元件。常用的有鎂錳鐵氧體等。直流電機(jī)的磁路交流接觸器的磁路四、磁路磁通經(jīng)過的閉合路徑稱為磁路。

在實(shí)際應(yīng)用中，為了使較小的勵(lì)磁電流產(chǎn)生足夠大的磁通（或磁感應(yīng)強(qiáng)度），在電機(jī)、變壓器及各種鐵磁中常用磁性材料做成一定形狀的鐵心。鐵心的磁導(dǎo)率比周圍空氣或其他物質(zhì)的磁導(dǎo)率高得多，因此磁通的絕大部分經(jīng)過鐵心而形成一個(gè)閉合通路。

磁通又分為主磁通和漏磁通。上圖中線圈通電后，大部分磁通沿鐵芯、銜鐵和工作氣隙構(gòu)成回路，這部分成為主磁通。還有一部分沒有經(jīng)過氣隙和銜鐵，而是經(jīng)空氣自成回路，這部分成為漏磁通。

變壓器是一種常見的電氣設(shè)備，在電力系統(tǒng)和電子線路中應(yīng)用廣泛。變電壓：電力系統(tǒng)變阻抗：電子線路中的阻抗匹配變電流：電流互感器

變壓器的主要功能有：

在能量傳輸過程中，當(dāng)輸送功率P=UIcos

及負(fù)載功率因數(shù)cos

一定時(shí)：電能損耗小節(jié)省金屬材料（經(jīng)濟(jì)）U

I

P

=I2RlI

A5.3

理想變壓器

電力工業(yè)中常采用高壓輸電，以減小遠(yuǎn)距離傳輸中的線路損耗。在到達(dá)目的地后，再由配電變壓器降低電壓等級(jí)，以降低電氣設(shè)備的絕緣等級(jí)和保證用電安全。具體如下所示：發(fā)電廠10.5kV輸電線220kV升壓儀器36V降壓…實(shí)驗(yàn)室380/220V降壓變電站10kV降壓降壓變壓器的分類：電力變壓器(輸配電用)電壓互感器電流互感器按用途分儀用變壓器整流變壓器按相數(shù)分單相變壓器三相變壓器按制造方式殼式心式三相變壓器單相變壓器一、變壓器的結(jié)構(gòu)構(gòu)成變壓器的磁路繞組

一次繞組二次繞組由高導(dǎo)磁硅鋼片疊成（厚0.35mm或0.5mm）鐵心構(gòu)成變壓器的電路一次繞組N1二次繞組N2鐵心單相變壓器二、變壓器的工作原理一次、二次繞組互不相連，能量的傳遞靠磁耦合。變化的電場(chǎng)產(chǎn)生變化的磁場(chǎng)，變化的磁場(chǎng)又產(chǎn)生變化的電場(chǎng)。一次繞組N1二次繞組N2鐵心單相變壓器主磁通漏磁通漏磁通

理想變壓器是實(shí)際變壓器的理想化模型，滿足以下條件可認(rèn)為是理想變壓器。（1）變壓器的全部磁通都閉合在鐵心中，即無漏磁通。（2）變壓器工作時(shí)，其本身不消耗功率，既無鐵損，也無銅損。（3）鐵心材料的磁導(dǎo)率趨于無窮大，產(chǎn)生磁通的磁化電流趨近于零，可以忽略不計(jì)。1.電壓變換三、變壓器的作用K=N1/N2稱為變比，是變壓器一次、二次繞組的匝數(shù)比。

改變?cè)褦?shù)比，就能改變輸出電壓。K>1，降壓變壓器；K<1，升壓變壓器；K=

1，隔離變壓器。干式變壓器高燃點(diǎn)全密封變壓器330kV變壓器樹脂澆注干式變壓器應(yīng)用：JDZ-15電壓互感器JDZ2-1澆注式電壓互感器JDJ2-35油浸式電壓互感器JZW-12型電壓互感器2.電流變換

變壓器的一次、二次電流與匝數(shù)比成反比。利用變壓器這一作用，可將大電流降為小電流，便于觀測(cè)。電流互感器鉗式電流表支持式電流互感器穿墻式電流互感器應(yīng)用：3.阻抗變換由圖可知

變壓器一次側(cè)的等效阻抗模，為二次側(cè)所帶負(fù)載的阻抗模的K2倍。應(yīng)用：在電子技術(shù)中應(yīng)用的阻抗變壓器，可實(shí)現(xiàn)阻抗匹配，使負(fù)載獲得最大功率。七管半導(dǎo)體收音機(jī)阻抗變壓器阻抗變壓器(1)

變壓器的匝數(shù)比應(yīng)為解:

例