《電工與電子技術(shù)》課件第6章

6.1磁路的基本概念

6.2鐵磁材料

6.3變壓器

本章小結(jié)

習題6第6章磁路與變壓器6.1.1磁路的基本物理量

1.磁感應強度B

磁感應強度B是表示磁場內(nèi)某點磁場強弱和方向的物理量。它是一個矢量，其方向與該點磁力線切線方向一致，與產(chǎn)生該磁場的電流之間的方向關(guān)系可用右手螺旋法則來確定，其大小可表示為

(6-1)6.1磁路的基本概念

2.磁場強度H

磁場強度是便于磁場的分析計算而引入的一個輔助物理量，也是一個矢量，定義磁場強度為

3.磁通量Φ

磁通量Φ(或稱為磁通)是表示穿過某一截面S的磁感應強度矢量B的通量，也可理解為穿過該截面的磁力線總數(shù)。在均勻磁場中，如果S與B垂直，則有

Φ=B·S(6-3)

4.磁導率μ

磁導率μ是表示物質(zhì)導磁性能的物理量。(6-2)6.1.2磁路的歐姆定律

磁通經(jīng)過的路徑稱為磁路。與電路相比較，磁路中的磁通Φ相當于電路中的電流I，電路中激發(fā)電流的因素是理想電源Us，磁路中激發(fā)磁通的因素是磁動勢F。因此，磁路歐姆定律可表述為

(6-4)

式中，Rm稱為磁阻，反映了磁路中阻礙磁通的作用。磁阻的計算公式為

(6-5)表6-1電路和磁路歐姆定律的對照表6.2.1鐵磁材料的電磁性能

1．高磁導性

2．磁飽和性

磁化曲線如圖6-1所示。6.2鐵磁材料圖6-1磁化曲線

3．磁滯性

磁感應強度B隨磁場強度H變化的關(guān)系如圖6-2所示。

圖6-2鐵磁性物質(zhì)的磁滯回線6.2.2鐵磁材料的分類及其應用

1.軟磁性材料

2.硬磁性材料6.3.1變壓器的用途、分類和基本結(jié)構(gòu)

1．變壓器的用途和分類

2．變壓器的基本結(jié)構(gòu)

結(jié)構(gòu)示意圖和圖形符號如圖6-3所示。6.3變壓器圖6-3變壓器結(jié)構(gòu)原理圖及圖形符號6.3.2變壓器的工作原理

圖6-4是單相變壓器的工作原理圖。圖6-4單相變壓器的工作原理圖

1.變壓器的變壓原理(變壓器的空載運行)

當變壓器原繞組接交流電源，副繞組開路時，這種運行狀態(tài)稱為變壓器的空載運行，如圖6-5所示。圖6-5變壓器的空載運行從交流鐵芯線圈電路的分析結(jié)果可知，它們的有效值分別是：

UL1≈4.44fN1Φm

UM2=4.44fN2Φm

通常，電源電壓U1≈UL1，副邊開路電壓U20=UM2

，由此可得

(6-6)

例6-1

單相變壓器接到U1=220V的正弦交流電源上，已知副邊空載電壓為20Ｖ，副繞組匝數(shù)N2=50匝。求變壓器的變壓比k及原邊匝數(shù)N1。

解變壓比

原邊匝數(shù)

N1=kN2=11×50=550匝

2.變壓器的變流原理(變壓器的負載運行)

變壓器在傳遞能量的過程中，能量損耗是很小的，因此，它輸入的電功率p1和輸出電功率p2基本相等，即

U1I1cosφ1≈U2I2cosφ2

其中cosφ1是變壓器原邊電路的功率因數(shù)，cosφ2是變壓器副邊電路的功率因數(shù)。由上式可推導得出：

(6-7)

3.變壓器的變阻抗原理

設變壓器副邊接一阻抗為|ZL|的負載，有

這時從原邊看進去的阻抗，即為反映到原邊的等效阻抗|ZL|，即

把變壓比公式帶入上式可得：

(6-8)

例6-2

一個RL=10Ω的負載電阻，接在電壓有效值U=

12V，內(nèi)阻R0=250Ω的交流信號源上。試求：①RL上獲得的功率PL；②若在負載RL與信號源之間接入一個變壓器進行阻抗變換，為了使該負載獲得最大功率，需選擇多大變壓比的變壓器？③RL上獲得的最大功率PLmax是多少。顯然，利用變壓器使其負載阻抗與電源內(nèi)阻抗相匹配，可以獲得較高的功率輸出。

解①RL直接接到信號源上時，RL上獲得的功率PL為

②阻抗匹配時變壓器的變壓比為

③RL上獲得的最大功率PLmax為

6.3.3常用變壓器

1.自耦變壓器

這種自耦變壓器原邊、副邊繞組間不僅有磁的耦合，還有電的聯(lián)系，這就是和其他變壓器相比的特殊之處，如圖

6-6所示。圖6-6自耦變壓器(a)外形；(b)示意圖;(c)圖形符號

2.儀用互感器

1)電流互感器

電流互感器是利用變壓器的電流變換原理，將被測電路中的大電流，變換成測量儀表量程內(nèi)的小電流的一種升壓變壓器，如圖6-7所示。圖6-7電流互感器原理圖

2)電壓互感器

電壓互感器是根據(jù)電壓變換原理制成的降壓變壓器，如圖6-8所示。圖6-8電壓互感器

3.電焊變壓器

交流電焊機在工程中應用很廣泛，它實質(zhì)上是一種特殊的降壓變壓器，故稱為電焊變壓器，其電路圖如圖6-9所示。圖6-9交流電焊機6.3.4變壓器的額定值和外特性

1．變壓器的額定值

單相變壓器：

SN=U2NI2N=U1NI1N

三相變壓器：

2.變壓器的外特性

外特性曲線可通過實驗求得，如圖6-10所示。圖6-10變壓器的外特性曲線當負載是電阻或電感時，變壓器的外特性是一條微微向下降低的曲線。負載的功率因數(shù)cosφ2越低，下降越大。一般地，人們總是希望副邊電壓的變動越小越好，副邊電壓的變化程度可用電壓調(diào)整率ΔU％來表示，即

(6-9)

(1)磁路是用來將磁場聚集在空間一定范圍內(nèi)的總體，磁路是電機、電器與電工儀表的重要組成部分，各類電機在進行電能與機械能之間的相互轉(zhuǎn)換，變壓器在進行不同等級電壓與電流的電能轉(zhuǎn)換，以及繼電器、接觸器在進行電路的切換時，磁路都起著非常重要的作用。

(2)磁感應強度B是描述空間某點磁場強弱與方向的物理量。B的單位為特斯拉(T)。B的方向即該點的磁場方向，與產(chǎn)生該磁場的電流之間的方向關(guān)系符合右手螺旋法則。磁感應強度B的大小與介質(zhì)的磁導率μ有關(guān)。本章小結(jié)

(3)磁場中某點的磁場強度H的大小等于該點的磁感應強度B與介質(zhì)磁導率μ的比值，即，磁場強度H的大小只與其激發(fā)電流有關(guān)，而與介質(zhì)材料的導磁性能無關(guān)。

(4)磁通量Φ(或稱為磁通)是表示穿過某一截面S的磁感應強度矢量B的通量，也可理解為穿過該截面的磁力線總數(shù)。Φ的單位為韋伯(Wb)，其方向與B的方向一致。

(5)磁導率μ是表示物質(zhì)導磁性能的物理量。其單位是亨／米(H／m)。真空中的磁導率μ0=4π×10－7(H/m)。μ=μ0的物質(zhì)稱為非磁性材料，μ>>μ0的物質(zhì)稱為鐵磁性材料。

(6)磁路的歐姆定律。磁通經(jīng)過的路徑稱為磁路。與電路相比較，磁路中的磁通Φ相當于電路中的電流I，電路中激發(fā)電流的因素是理想電源Us,磁路中激發(fā)磁通的因素是磁動勢F。因此，磁路歐姆定律可表述為：Φ=F/Rm=IN/Rm。

(7)鐵磁性材料的電磁性能表現(xiàn)在以下幾方面：高導磁性,磁飽和性,磁滯性。

(8)鐵磁材料按照磁滯回線形狀的不同，可以分為軟磁性材料和硬磁性材料兩類。

(9)變壓器是將某一數(shù)值的交流電壓轉(zhuǎn)換成同頻率的另一種或幾種不同數(shù)值交流電壓的常用電器設備，具有電壓變換、電流變換和阻抗變換的功能。

(10)變壓器的變壓原理。變壓器的變壓原理

變壓器的交流原理

變壓器的變阻抗原理

|Z|=k2|ZL|

(11)自耦變壓器是一種原邊、副邊共用一個繞組的變壓器，即副邊繞組是原邊繞組的一部分。因而原邊、副邊繞組之間不僅有磁的耦合，而且還有電的直接聯(lián)系。由于這種變壓器可以輸出平滑的可調(diào)電壓，故常應用于實驗室中。

(12)儀用互感器按其用途的不同，分為電流互感器和電壓互感器兩種。其中用于測量高電壓的互感器成為電壓互感器，電壓互感器在運行時副邊繞組絕對不允許短路，而且鐵芯和副邊繞組的一端都必須可靠接地；用于測量大電流的互感器成為電流互感器，電流互感器在運行時副邊繞組絕對不允許開路，而且鐵芯和副邊繞組的一端都必須可靠接地。

(13)電焊變壓器是一種特殊的降壓變壓器，電弧焊是靠電弧放電的熱量來熔化焊條和金屬來達到焊接金屬的目的。對電焊變壓器的要求是：空載時應具有60～75V的引弧電壓；負載時，要求電壓隨負載的增大而急劇下降，通常在額定負載時的電壓為30～35V；在焊條碰到工件(副邊繞組短路)時，短路電流不應過大，也即是電焊變壓器必須具有陡降的外特性；為了適應不同焊件和不同規(guī)格的焊條，焊接電流的大小要能調(diào)節(jié)。一、填空題

1.磁感應強度是

，用

表示，單位為

；磁導率是

，用

表示，單位為

；磁場強度是

，用

表示，單位為

，即

。

2.各種變壓器的構(gòu)造基本相同，主要由

和

兩部分組成。

3.變壓器工作時與電源連接的繞組叫

繞組，與負載連接的繞組叫

繞組。習題6

4.變壓器具有

作用、

作用和

變換的作用。

5.變壓器負載改變，輸出電壓變化很小，說明其

特性好。

6.變壓器工作時有功率損失，功率損失有

和

兩部分。

7.鐵芯中有

損耗和

損耗。

8.變壓器空載電流的

很小，而

較大，所以變壓器空載時，其功率因數(shù)很低。二、判斷題[WTBZ]

1.220V/110V的變壓器，原邊繞組加440V交流電壓，副邊繞組可得到220V交流電壓。()

2.變壓器的原邊繞組電流大小由電源決定，副邊繞組電流大小由負載決定。()

3.變壓器原邊繞組的功率因數(shù)是由副邊繞組上的負載決定的。()

4.在電子電路里，變阻就是利用變壓器變阻抗，使負載獲得盡可能大的功率。()

5.220V/110V的變壓器可將直流220V變成110V。()三、選擇題

1.變壓器有載運行時主磁通與空載運行時主磁通的關(guān)系()。

A.前者大B.基本一樣C.不定D.后者大

2.變壓器中起傳遞電能作用的是()。

A.主磁通B.漏磁通C.電流D.電壓

3.變壓器傳遞電功率的能力是用()表示。

A.有功功率B