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磁路計算中的基本物理量1磁感應強度（磁通密度）與磁場方向相垂直的單位面積上通過的磁通（磁力線）單位：韋伯1Tesla=104高斯B

的單位：特斯拉（Tesla）3

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

磁場強度是計算磁場所用的物理量，其大小為磁感應強度和導磁率之比。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。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

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

在無分支的均勻磁路（磁路的材料和截面積相同，各處的磁場強度相等）中，安培環(huán)路定律可寫成：磁路長度L線圈匝數(shù)NIHL：稱為磁壓降。NI：稱為磁動勢。一般用F

表示。F=NI8總磁動勢

在非均勻磁路（磁路的材料或截面積不同，或磁場強度不等）中，總磁動勢等于各段磁壓降之和。例：IN9對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磁壓降磁動勢電動勢電流電壓降U11基本定律磁阻磁感應強度安培環(huán)路定律磁路IN歐姆定律電阻電流強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勵磁電流：在磁路中用來產(chǎn)生磁通的電流勵磁電流直流

-------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: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

一定一定磁動勢F=IN一定磁通和磁通成反比（線圈中沒有反電動勢）（R

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

與線圈匝數(shù)N一定時，便確定下來。根據(jù)磁路歐姆定律，當(2)交流磁路的特點: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)交流磁路中磁阻對電流的影響電磁鐵吸合過程的分析：在吸合過程中若外加電壓不變,則基本不變。iu電磁鐵吸合前(氣隙大）

大起動電流大電磁鐵吸合后(氣隙?。┬‰娏餍∪绻麣庀吨杏挟愇锟ㄗ。姶盆F長時間吸不上，線圈中的電流一直很大，將會導致過熱，把線圈燒壞。注意：18(U不變，I不變）(I

隨Rm

變化）（U不變時，

基本不變）直流磁路交流磁路磁路小結（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1.05萬伏輸電線22萬伏升壓變電站1萬伏降壓變壓器應用舉例…降壓實驗室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變壓器的基本結構22變壓器符號：工作過程：231空載運行：

原邊接入電源，副邊開路。原邊接上交流電源

原邊電流i1等于勵磁電流i10

產(chǎn)生感應電動勢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結論：改變匝數(shù)比，就能改變輸出電壓。K為變比原、副邊電壓關系：根據(jù)交流磁路的分析可得：時

（變電壓）252.負載運行Z

副邊帶負載后對磁路的影響：在副邊感應電壓的作用下，副邊線圈中有了電流i2

。此電流在磁路中也會產(chǎn)生磁通，從而影響原邊電流i1。但當外加電壓、頻率不變時，鐵芯中主磁通的最大值在變壓器空載或有負載時基本不變。帶負載后磁動勢的平衡關系為：26結論：原、副邊電流與匝數(shù)成反比原、副邊電流關系：

（變電流）27

（變阻抗）原、副邊阻抗關系：從原邊等效：結論：變壓器原邊的等效負載，為副邊所帶負載乘以變比的平方。28阻抗變換舉例：揚聲器上如何得到最大輸出功率。RsRL信號源設：信號電壓的有效值:U1=50V;信號內(nèi)阻：Rs=100;負載為揚聲器，其等效電阻：RL=8。求：負載上得到的功率解：（1）將負載直接接到信號源上，得到的輸出功率為：29Rs（2）將負載通過變壓器接到信號源上。輸出功率為：設變比則：結論：由此例可見加入變壓器以后，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系。即：U2I2U20U20：原邊加額定電壓、副邊開路時，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磁材料疊合而成。變壓器的損耗包括兩部分：銅損(PCU)：繞組導線電阻所致。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：變壓器幾個功率的關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，改變滑動端的位置，便可得到不同的輸出電壓。實驗室中用的調(diào)壓器就是根據(jù)此原理制作的。注意：原、副邊千萬不能對調(diào)使用，以防變壓器損壞。因為N變小時，磁通增大，電流會迅速增加。3.3.6特殊變壓器342電壓互感器

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

N1（匝數(shù)多）保險絲

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

用低量程的電流表測大電流（被測電流）N1（匝數(shù)少）N2（匝數(shù)多）ARi1i2電流表被測電流=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