交流鐵心和線圈電路

關(guān)于交流鐵心和線圈電路第七章磁路與變壓器§7.1磁路§7.2變壓器的工作原理§7.3變壓器的使用§7.4特殊變壓器簡介第2頁,共50頁，2024年2月25日，星期天磁路：主磁通所經(jīng)過的閉合路徑。i§7.1磁路7.1.1.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）線圈第3頁,共50頁，2024年2月25日，星期天7.1.2磁路計(jì)算中的基本物理量一、磁感應(yīng)強(qiáng)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）第4頁,共50頁，2024年2月25日，星期天二、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磁導(dǎo)率，則稱為磁性材料，則稱為非磁性材料第5頁,共50頁，2024年2月25日，星期天

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５?頁,共50頁，2024年2月25日，星期天三、磁場強(qiáng)度H

磁場強(qiáng)度是計(jì)算磁場所用的物理量，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/米第7頁,共50頁，2024年2月25日，星期天一.安培環(huán)路定律（全電流律）：7.1.3磁路的基本定律

磁場中任何閉合回路磁場強(qiáng)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(qiáng)度的方向符合右手定則，電流取正；否則取負(fù)。第8頁,共50頁，2024年2月25日，星期天

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(qiáng)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=NI第9頁,共50頁，2024年2月25日，星期天總磁動勢

在非均勻磁路（磁路的材料或截面積不同，或磁場強(qiáng)度不等）中，總磁動勢等于各段磁壓降之和。例：IN第10頁,共50頁，2024年2月25日，星期天對于均勻磁路磁路中的歐姆定律二.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

稱為磁阻第11頁,共50頁，2024年2月25日，星期天磁路和電路的比較（一）磁路電路磁通INR+_EI磁壓降磁動勢電動勢電流電壓降U第12頁,共50頁，2024年2月25日，星期天基本定律

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)度克氏電壓定律克氏電流定律磁路與電路的比較(二)電路R+_EI第13頁,共50頁，2024年2月25日，星期天勵磁電流：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7.1.4磁路的分析第14頁,共50頁，2024年2月25日，星期天IU一.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）第15頁,共50頁，2024年2月25日，星期天電路方程：一般情況下很小交流激勵線圈中產(chǎn)生感應(yīng)電勢二.交流磁路的分析：主磁通：漏磁通ui的感應(yīng)電勢

和產(chǎn)生第16頁,共50頁，2024年2月25日，星期天假設(shè)則最大值有效值ui第17頁,共50頁，2024年2月25日，星期天ui一定時磁動勢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，便確定下來。根據(jù)磁路歐姆定律，當(dāng)

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

變化第18頁,共50頁，2024年2月25日，星期天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?。?/p>

小電流小

如果氣隙中有異物卡住，電磁鐵長時間吸不上，線圈中的電流一直很大，將會導(dǎo)致過熱，把線圈燒壞。注意：第19頁,共50頁，2024年2月25日，星期天(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(jié)（隨Rm變化）第20頁,共50頁，2024年2月25日，星期天變壓器的原理和應(yīng)用教學(xué)目的：讓學(xué)生掌握變壓器的變壓、變流、變阻抗的原理和應(yīng)用；了解自耦變壓器的作用和注意事項(xiàng)。教學(xué)安排：(1)舊課復(fù)習(xí)（5分鐘）(2)新課講解（80分鐘）(3)新課小結(jié)（5分鐘）作業(yè)：課本習(xí)題第21頁,共50頁，2024年2月25日，星期天變壓器功能：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

§7.2變壓器的工作原理第22頁,共50頁，2024年2月25日，星期天

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(yīng)用舉例…降壓實(shí)驗(yàn)室380/220伏降壓儀器36伏降壓第23頁,共50頁，2024年2月25日，星期天單相變壓器7.2.1變壓器的基本結(jié)構(gòu)和工作原理鐵芯原邊繞組副邊繞組一.結(jié)構(gòu)：第24頁,共50頁，2024年2月25日，星期天變壓器符號：工作過程：第25頁,共50頁，2024年2月25日，星期天空載運(yùn)行：原邊接入電源，副邊開路。接上交流電源

原邊電流i1等于勵磁電流i10

產(chǎn)生感應(yīng)電動勢二.工作原理

i10

產(chǎn)生磁通

（交變）（方向符合右手定則）第26頁,共50頁，2024年2月25日，星期天結(jié)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(guān)系根據(jù)交流磁路的分析可得：時

（變電壓）第27頁,共50頁，2024年2月25日，星期天負(fù)載運(yùn)行Z

副邊帶負(fù)載后對磁路的影響：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，鐵芯中主磁通的最大值在變壓器空載或有負(fù)載時基本不變

。帶負(fù)載后磁動勢的平衡關(guān)系為：第28頁,共50頁，2024年2月25日，星期天結(jié)論：原、副邊電流與匝數(shù)成反比

由于變壓器鐵芯材料的導(dǎo)磁率高、空載勵磁電流很小，可忽略。即：原、副邊電流關(guān)系

（變電流）第29頁,共50頁，2024年2月25日，星期天

（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。第30頁,共50頁，2024年2月25日，星期天阻抗變換舉例：揚(yáng)聲器上如何得到最大輸出功率RsRL信號源設(shè)：信號電壓的有效值:U1=50V;信號內(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)載直接接到信號源上，得到的輸出功率為：第31頁,共50頁，2024年2月25日，星期天Rs（2）將負(fù)載通過變壓器接到信號源上。輸出功率為：設(shè)變比則：結(jié)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）。第32頁,共50頁，2024年2月25日，星期天

額定電壓變壓器副邊開路（空載）時，原、副邊繞組允許的電壓值。

額定電流

變壓器滿載運(yùn)行時，原、副邊繞組允許的電流值。

額定容量

傳送功率的最大能力。（理想）7.3.1變壓器的銘牌數(shù)據(jù)（以單相變壓器為例）§7.3變壓器的使用第33頁,共50頁，2024年2月25日，星期天容量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(guān)系效率變壓器功率因數(shù)容量：原邊輸入功率：輸出功率：第34頁,共50頁，2024年2月25日，星期天7.3.2變壓器的效率(

)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()：PFE第35頁,共50頁，2024年2月25日，星期天7.3.3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，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）第36頁,共50頁，2024年2月25日，星期天

當(dāng)電流流入兩個線圈(或流出）時，若產(chǎn)生的磁通方向相同，則兩個流入端稱為同極性端（同名端）。或者說，當(dāng)鐵芯中磁通變化（增大或減?。r，在兩線圈中產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢極性相同的兩端為同極性端。同極性端(同名端)AXax**7.3.4變壓器繞組極性及連接方法AXax**第37頁,共50頁，2024年2月25日，星期天電器使用時兩種電壓（220V/110V）的切換：220V：聯(lián)結(jié)2－3110V：聯(lián)結(jié)1－3，2－4線圈的接法1324**第38頁,共50頁，2024年2月25日，星期天220V：聯(lián)結(jié)2－3勵磁兩種接法下線圈工作情況的分析**1324第39頁,共50頁，2024年2月25日，星期天110V：聯(lián)結(jié)1－3，2－41,32,4220V：聯(lián)結(jié)2－31324**說明：兩種接法下不變，所以鐵芯磁路的設(shè)計(jì)相同勵磁'第40頁,共50頁，2024年2月25日，星期天問題1：在110V

情況下，如果只用一個繞組（N），行不行？答：不行（兩繞組必須并繞）

原邊有兩個相同繞組的電源變壓器（220/110），使用中應(yīng)注意的問題：**13241,32,4N若兩種接法鐵芯中的磁通相等，則：第41頁,共50頁，2024年2月25日，星期天問題2：如果兩繞組的極性端接錯，結(jié)果如何？結(jié)論：在極性不明確時，一定要先測定極性再通電。答：有可能燒毀變壓器兩個線圈中的磁通抵消燒毀感應(yīng)電勢電流

很大原因：**1324

’第42頁,共50頁，2024年2月25日，星期天方法一：交流法AXax同極性端的測定方法若說明A

與a

或X

與x

為同極性端。把兩個線圈的任意兩端(X-x)連接,然后在AX

上加一小電壓u

。測量：

若說明A

與x或X與a是同極性端；結(jié)論：第43頁,共50頁，2024年2月25日，星期天方法二：直流法mA表+_AXaxK+-**AXax+_K設(shè)K閉合時

增加。感應(yīng)電動勢的方向，阻止

的增加。如果當(dāng)

K

閉合時，mA表正偏，則A－a

為同極性端;如果當(dāng)K

閉合時，mA表反偏，則A－x

為同極性端結(jié)論：第44頁,共50頁，2024年2月25日，星期天變壓器設(shè)計(jì)中的一些概念(1)一定額定容量定鐵芯窗口定導(dǎo)線直徑定定

則（銅多、鐵少）則（銅少、鐵多）(,一定時,)第45頁,共50頁，2024年2月25日，星