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1、单击此处编辑母版标题样式*1电工技术（电工学I）第6章 磁路与变压器 江苏大学电气信息工程学院 School of electric and information，UJS 江苏大学电工电子教研室第6章 磁路与变压器6.1 磁路的基本概念和基本定律 6.2 铁磁材料 6.3铁芯线圈6.4 变压器 6.5 电磁铁 目 录 江苏大学电工电子教研室第6章 磁路与变压器6.1 磁路的基本概念和基本定律磁通磁感应强度B磁场强度H磁 路基本物理量一、磁路的基本概念导磁系数 江苏大学电工电子教研室第6章 磁路与变压器磁 通 垂直穿过某一面积S 的磁感线的总根数单位：韦伯Wb磁感应强度B 磁感应强度是表征磁场
2、中某一点磁场强弱和方向的一个物理量，用矢量B表示。 通常用垂直于该处单位面积上的磁力线的疏密来反映磁感应强度的大小。 特斯拉(T) 江苏大学电工电子教研室第6章 磁路与变压器磁场强度H 磁场强度用矢量H表示，方向与磁感应强度B相同。H代表电流本身在真空中所产生的磁场的强弱，其大小只与产生该磁场的电流大小成正比，与介质的性质无关。安/米(Am) 江苏大学电工电子教研室第6章 磁路与变压器导磁系数磁导率是衡量物质导磁能力的物理量 物质 导磁性能 真空磁导率： 非磁性物质磁性物质 单位：亨利/米(H/m) 江苏大学电工电子教研室第6章 磁路与变压器二、磁路的基本定律 磁路定义：绕在铁芯上的线圈通以较
3、小的电流（励磁电流），便能得到较强的磁场，磁通的绝大部分通过铁芯构成回路，这种磁通的路径称为磁路。S Sr rHHI IN N匝匝 江苏大学电工电子教研室第6章 磁路与变压器1.磁路的安培环路定律(全电流定律) 基本内容：磁场中，磁场强度H沿任意闭合路径的线积分等于该闭合路径所包围电流的代数和，即 规定：当电流的方向与闭合路径绕向之间符合右螺旋定则时，电流取正号，反之取负号。 （定量）I IN N匝匝S Sr rHH若：某环形线圈如图，故：Hl=NI其中媒质是均匀的, 则根据安培环路定律 江苏大学电工电子教研室第6章 磁路与变压器 若：沿积分路径可将磁路分成n段，且每段中磁场强度H的大小不变，
4、则定律表示为 磁动势磁压降 此式可理解为：沿磁路一周，各段磁路磁压降的代数和等于与中心环路交链的磁动势的代数和。 江苏大学电工电子教研室第6章 磁路与变压器2.磁路的欧姆定律磁 阻磁动势 磁路的欧姆定律：（定性） 由励磁电流在磁路中产生的磁通量，与磁动势F成正比，与磁路的磁阻成反比。不是常数F=NI 江苏大学电工电子教研室第6章 磁路与变压器 磁路和电路的比较磁路电路典型结构对应 的物理量 磁动势 电动势 磁压降 电 压 磁 通 电 流 磁 阻 电 阻 磁导率 电导 率INR+_EIU 江苏大学电工电子教研室第6章 磁路与变压器磁路电路对应的关系式磁阻电阻磁路的欧姆定律电路的欧姆定律磁路的基尔
5、霍夫定律电路的基尔霍夫定律 磁路和电路的比较 江苏大学电工电子教研室第6章 磁路与变压器6.2 铁 磁 材 料1.高导磁性 2.磁饱和性磁性材料主要指铁、镍、钴及其合金等。 通常，磁性材料的磁导率 ，其比值可高达数百、数千甚至数万，这是由它们的内部结构决定的。 磁性物质的磁化曲线(即：B-H曲线)由实验方法测得，如图所示。一、铁磁材料的特性 江苏大学电工电子教研室第6章 磁路与变压器 磁化曲线反映了铁磁物质的磁导率不是常数。磁饱和现象的存在使得磁路分析问题成为非线性问题，因此，磁路分析要比电路分析复杂得多。HBOabcd图 初始磁化曲线 (B-H曲线) B-H 磁化曲线的特征： Oa段:B随H
6、的增加比较缓慢； ab段:B与H几乎成正比地增加； bc段:B的增加缓慢下来； cd段:B随H增加很少，达到磁饱和。 江苏大学电工电子教研室第6章 磁路与变压器 磁化曲线：就是磁感应强度B与磁场强度H的关系曲线，通常由实验方法获得。 几种常见磁性物质的磁化曲线几种常见磁性物质的磁化曲线a 铸铁 b 铸钢 c 硅钢片OO0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9H/(A/m)B/T1.81.81.61.61.41.41.21.21.01.00.80.80.60.60.40.40.20.2b ba ac c 下面给出三种常用铁磁材料的B-H曲线 江苏大学电工电子教研室第
7、6章 磁路与变压器3. 磁滞性剩磁矫顽力 磁滞现象：当铁芯线圈中通入交流电时，随着与电流成正比的磁场强度H的交变，磁感应强度B将沿着图示闭合曲线变化。 磁性物质不同，其磁滞回线和磁化曲线也不同。注注：图中箭头表示反复磁化的过程磁滞回线 江苏大学电工电子教研室第6章 磁路与变压器二、铁磁材料的分类铁磁材料软磁材料硬磁材料矩磁材料特点易磁化易退磁较小矫顽力 磁滞回线窄电机、变压器、继电器、电表的铁芯磁滞回线较宽较大矫顽力 剩磁很大永久磁铁较小矫顽力 较大剩磁 磁滞回线矩形稳定性好记忆元件、开关元件、 逻辑元件铸铁、硅钢、铁氧体、坡莫合金等碳钢、钴钢、稀土钴等镁锰铁氧体等 江苏大学电工电子教研室第6
8、章 磁路与变压器6.3 铁 芯 线 圈一、直流铁芯线圈直流铁芯线圈的特点:（R 为线圈的电阻） 衔铁吸合前、后的两个稳定运行状态(不考虑衔铁吸合过程)，励磁电流不会发生变化，即磁路的改变对直流铁芯线圈的励磁电流没有影响。注意衔铁 江苏大学电工电子教研室第6章 磁路与变压器二、交流铁芯线圈1、电磁关系 （主磁通）线圈铁芯i（漏磁通）R 江苏大学电工电子教研室第6章 磁路与变压器2、伏安关系 根据基尔霍夫电压定律，得铁芯线圈电路的电压方程为： 线圈内阻R很小很小则由电磁关系有：设： 江苏大学电工电子教研室第6章 磁路与变压器 这是一个重要常用公式，它表明当线圈匝数N及电源频率f一定时，主磁通的大小
9、正比于外加电压的有效值U。根据有：注意 江苏大学电工电子教研室第6章 磁路与变压器3、功率损耗总损耗铜损（铁损）磁滞损耗涡流损耗（1）铜损励磁线圈的铜线电阻 上的功率损耗 江苏大学电工电子教研室第6章 磁路与变压器（2）铁损 交变的磁通在铁芯中产生的功率损耗称为铁耗，包括磁滞损耗和涡流损耗。 磁滞损耗磁滞损耗是由磁滞现象引起。 （S为磁滞回线包围的面积） 为减小磁滞损耗对铁芯发热的影响，常选用磁滞回线狭小的软磁性材料硅钢制造变压器和交流电机中的铁芯。 江苏大学电工电子教研室第6章 磁路与变压器 涡流损耗 涡流损耗会引起铁芯发热，为减小涡流损耗，常用的方法有两种：b.铁芯采用彼此绝缘的硅钢片叠成
10、，如图所示。a.采用电阻率高的铁芯，例如在钢中掺入半导体硅，即硅钢 江苏大学电工电子教研室第6章 磁路与变压器6.4 变 压 器 变压器是利用电磁感应作用传递交流电能和交流信号，广泛应用于电力系统和电子电路中，具有三大功能： 变换电压功能变换电流功能变换阻抗功能 江苏大学电工电子教研室第6章 磁路与变压器一、变压器的构造及分类变压器的符号变压器的构造一次绕组二次绕组铁芯N1N2电源侧负载侧1.变压器的构造原绕组副绕组 江苏大学电工电子教研室第6章 磁路与变压器变压器分类按用途按用途按相数按相数单相变压器单相变压器三相变压器三相变压器按制造方式按制造方式壳式变压器壳式变压器心式变压器心式变压器电
11、力变压器电力变压器 ( (输配电用输配电用) )仪用变压器仪用变压器整流变压器整流变压器2.变压器的分类 江苏大学电工电子教研室第6章 磁路与变压器三相变压器 单相变压器 江苏大学电工电子教研室第6章 磁路与变压器三相自耦变压器环形变压器 江苏大学电工电子教研室第6章 磁路与变压器三相干式变压器 油浸式变压器 江苏大学电工电子教研室第6章 磁路与变压器自耦变压器三相自耦变压器外形图 （自耦）调压器外形图（一种可调式自耦变压器） 江苏大学电工电子教研室第6章 磁路与变压器二、变压器的工作原理（1）变压器的空载运行 根据KVL有：原边：副边：很小很小 江苏大学电工电子教研室第6章 磁路与变压器设铁
12、芯内的主磁通为：，则根据上面的KVL方程， 一次侧电压侧电压 与二次侧电压侧电压 之比为为 变比K 1 降压K 1 升压 江苏大学电工电子教研室第6章 磁路与变压器（2）变压器的有载运行 根据KVL有：原边：副边：很小很小其中：漏感电动势漏感抗 江苏大学电工电子教研室第6章 磁路与变压器同样，设铁芯内的主磁通为：，则根据上面的KVL方程， 一次侧电压侧电压 与二次侧电压侧电压 之比为为 思考 变压器在空载运行和负载运行两种情况下，铁芯中的磁通分别由什么产生？ 江苏大学电工电子教研室第6章 磁路与变压器三、变压器的功能1.电压变换2.电流变换磁动势平衡方程根据变压器的工作原理，有（负载运行时）（
13、空载运行时）根据变压器的工作原理，有变(压)比 江苏大学电工电子教研室第6章 磁路与变压器3.阻抗变换 可见，变压器具有阻抗变换作用。 江苏大学电工电子教研室第6章 磁路与变压器例题 设交流信号源电压内阻负载(1) 将负载直接接至信号源，负载获得多大功率？(2) 经变压器进行阻抗匹配，求负载获得的最大功率是多少？ 变压器变比是多少？+- 选择变压器合适的匝数比，可把负载阻抗变换为合适的数值，以使其得到最大的功率。这种做法称为阻抗匹配。 江苏大学电工电子教研室第6章 磁路与变压器变压器变比为：21=NNK(1) 负载直接接信号源时，负载获得功率为解：2=LRIP=0.123(W)8=LR2800
14、+81002+LRoRUs 3.125(W)8008008001002=+=LR2LRImaxP2o+LRRUs(2)根据最大功率传输定律，要负载获得最大功率，必须使外接等效负载电阻等于信号源的内阻，即 负载上获得的最大功率为 江苏大学电工电子教研室第6章 磁路与变压器额定电压额定电流额定容量原边额定电压U1N正常时原边绕组所加电压的有效值。副边额定电压U2N原边电压为U1N时，变压器空载时对应副边侧的空载电压有效值，即U20= U2N原边额定电流I1N原边绕组加额定电压，正常工作时原边绕组允许长期通过的最大电流有效值。副边额定电流I2N原边绕组加额定电压，正常工作时副边绕组允许长期通过的最大
15、电流有效值。指副边的输出额定视在功率， 即：四、（1）变压器的额定值 变压器的额定容量只反映了该变压器的额定输出能力。实际运行时，变压器输出功率的大小与负载电流及负载的功率因数有关。 江苏大学电工电子教研室第6章 磁路与变压器（2）变压器的外特性 外特性：实际变压器由于漏磁通和绕组电阻的存在，U2要随I2的变化而变化，它们的变化关系称为外特性。 电压变化率 电压变化率反映电压U2的变化程度。 通常希望U2的变动愈小愈好，一般变压器的电压变化率约在5%左右。（感性负载） 江苏大学电工电子教研室第6章 磁路与变压器（1）变压器的损耗（2）变压器的效率一次绕组磁滞损耗涡流损耗（电路中）（总损耗）（磁
16、路中）二次绕组（可变损耗）（不变损耗）变压器的效率为输出功率P2与输入功率P1之比，即：五、变压器的损耗及效率 江苏大学电工电子教研室第6章 磁路与变压器六、变压器绕组的极性与正确连接三绕组变压器 现有一个负载的的额定电压分别为15V，副边绕组应如何连接才能满足要求？ 为了正确联接两个绕组，必须事先判明两个绕组的同极性端（同名端）。 某三绕组变压器如图所示。 江苏大学电工电子教研室第6章 磁路与变压器 绕组中产生的感应电动势是交变的，当一个绕组的某一端瞬时电位为正时，另一绕组中瞬时电位为正的对应端称为同名端。 判断同极性端，可分为两种情况（1）已知绕向的绕组的极性判断 同极性端（同名端）：（a）相同绕向 （b）相反绕向 若某负载额定电压为3V，问上面两种情况下副边绕组分别应如何连接？思考 江苏大学电工电子教研室第6章 磁路与变压器 将开关S闭合，如果S闭合瞬间电流表的指针正向偏转，则1和3是同极性端；如果电流表指针反向偏转，则1和3是异极性端。 （2）未知绕向绕组的极性判断 若变压器外引出线上没有注明极性，就要用实验的方法测定绕组的极性。下面介绍常用的直流测定法。 测定方法： 江苏大学
