1、6.1 磁路及其分析方法6.2 交流鐵心線圈電路6.3 變壓器6.4 電磁鐵返回第6章 磁路與鐵心線圈電路6.1 磁路及其分析方法返回第6章 磁路與鐵心線圈電路磁場(chǎng)的特性可用磁感應(yīng)強(qiáng)度、磁通、磁場(chǎng)強(qiáng)度、磁導(dǎo)率等幾個(gè)物理量表示。一、磁感應(yīng)強(qiáng)度 與磁場(chǎng)方向相垂直的單位面積上通過(guò)的磁通（磁力線），可表示磁場(chǎng)內(nèi)某點(diǎn)的磁場(chǎng)強(qiáng)弱和方向。B的單位：特斯拉（T） 1T104Gs的單位：韋伯矢量6.1.1 磁場(chǎng)的基本物理量磁場(chǎng)的特性可用磁感應(yīng)強(qiáng)度、磁通、磁場(chǎng)強(qiáng)度、一、磁感應(yīng)強(qiáng)度 二、磁通 磁感應(yīng)強(qiáng)度B與垂直于磁場(chǎng)方向的面積S的乘積，稱(chēng)為通過(guò)該面積的磁通。如 磁場(chǎng)內(nèi)各點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小相等，方向相同，這樣的磁場(chǎng)

2、則稱(chēng)為均勻磁場(chǎng)。BS的單位：伏秒，通稱(chēng)為韋伯 Wb 或麥克斯韋Mx 1Wb108Mx 二、磁通如 磁場(chǎng)內(nèi)各點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小相等，方向相同，三、磁場(chǎng)強(qiáng)度 磁場(chǎng)強(qiáng)度是計(jì)算磁場(chǎng)所用的物理量，其大小為磁感應(yīng)強(qiáng)度和導(dǎo)磁率之比。H的單位：安米 的單位：享米矢量三、磁場(chǎng)強(qiáng)度 磁場(chǎng)強(qiáng)度是計(jì)算磁場(chǎng)所用的物理量I1I2I3電流方向和磁場(chǎng)強(qiáng)度的方向符合右手定則，電流取正；否則取負(fù)。安培環(huán)路定律（全電流定律）： 磁場(chǎng)中任何閉合回路磁場(chǎng)強(qiáng)度的線積分,等于通過(guò)這個(gè)閉合路徑內(nèi)電流的代數(shù)和.即I1I2I3電流方向和磁場(chǎng)強(qiáng)度的方向安培環(huán)路定律（全電流定律 在無(wú)分支的均勻磁路（磁路的材料和截面積相同，各處的磁場(chǎng)強(qiáng)度相等）中，

3、如環(huán)形線圈，安培環(huán)路定律可寫(xiě)成：其中l(wèi) x2 x是半徑為x的圓周長(zhǎng)Hx是半徑 x 處的磁場(chǎng)強(qiáng)度FNI即線圈匝數(shù)與電流的乘積，稱(chēng)磁通勢(shì) 單位為安培（A） 在無(wú)分支的均勻磁路（磁路的材料和截面積相同，各處的磁場(chǎng)四、磁導(dǎo)率 磁導(dǎo)率 是一個(gè)用來(lái)表示磁場(chǎng)媒質(zhì)磁性和衡量物質(zhì)導(dǎo)磁能力的物理量。真空中的磁導(dǎo)率為常數(shù)四、磁導(dǎo)率真空中的磁導(dǎo)率為常數(shù)一般材料的磁導(dǎo)率 和真空磁導(dǎo)率 0 的比值，稱(chēng)為該物質(zhì)的相對(duì)磁導(dǎo)率 r 或返回一般材料的磁導(dǎo)率 和真空磁導(dǎo)率 0 的比值，稱(chēng)為 或討論磁場(chǎng)內(nèi)某一點(diǎn)的磁場(chǎng)強(qiáng)度H與有關(guān)嗎？ 由上兩式可知，磁場(chǎng)內(nèi)某一點(diǎn)的H只與電流大小、線圈匝數(shù)及該點(diǎn)的幾何位置有關(guān)，而與 無(wú)關(guān)討論磁場(chǎng)內(nèi)某一點(diǎn)

4、的磁場(chǎng)強(qiáng)度H與有關(guān)嗎？ 由上磁性材料的磁性能： 高導(dǎo)磁性、磁飽和性、磁滯性、非線性一、高導(dǎo)磁性 指磁性材料的磁導(dǎo)率很高， r1，使其具有被強(qiáng)烈磁化的特性。6.1.2 磁性材料的磁性能磁性材料的磁性能：一、高導(dǎo)磁性6.1.2 磁性材料的磁性能二、磁飽和性 當(dāng)外磁場(chǎng)（或勵(lì)磁電流）增大到一定值時(shí)，磁性材料的全部磁疇的磁場(chǎng)方向都轉(zhuǎn)向與磁場(chǎng)的方向一致，磁化磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度BJ達(dá)到飽和值。 磁化曲線HB和與H的關(guān)系注當(dāng)有磁性物質(zhì)存在時(shí)B與H不成比例，與I也不成比例。二、磁飽和性磁化曲線HB和與H的關(guān)系注當(dāng)有磁性物質(zhì)存在時(shí)三、磁滯性 當(dāng)鐵心線圈中通有交變電流（大小和方向都變化）時(shí)，鐵心就受到交變磁化，電流變

5、化時(shí)，B隨H而變化，當(dāng)H已減到零值時(shí)，但B未回到零，這種磁感應(yīng)強(qiáng)度滯后于磁場(chǎng)強(qiáng)度變化的性質(zhì)稱(chēng)磁性物質(zhì)的磁滯性。磁滯回線剩磁：當(dāng)線圈中電流減到零（H0），鐵心在磁化時(shí)所獲的磁性還未完全消失，這時(shí)鐵心中所保留的磁感應(yīng)強(qiáng)度稱(chēng)為剩磁感應(yīng)強(qiáng)度Br。矯頑磁力：Hc三、磁滯性磁滯回線剩磁：當(dāng)線圈中電流減到零根據(jù)磁性能，磁性材料又可分為三種：軟磁材料：磁滯回線窄長(zhǎng)。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祷馗鶕?jù)磁性能，磁性材料又可分為三種：返回i一、磁路：主磁通所經(jīng)過(guò)的閉合路徑。 線圈通入電流后，產(chǎn)生磁通，分主磁通和漏磁通S。線圈鐵心6.1.3 磁路的分

6、析方法i一、磁路：主磁通所經(jīng)過(guò)的閉合路徑。 線圈通入電流后，產(chǎn)生二、磁路的歐姆定律對(duì)于環(huán)形線圈磁路的歐姆定律說(shuō)明F=NI為磁通勢(shì) Rm為磁阻l為磁路的平均長(zhǎng)度 S為磁路的截面積二、磁路的歐姆定律對(duì)于環(huán)形線圈磁路的說(shuō)明F=NI為磁通勢(shì) 磁路與電路對(duì)照磁路電路磁通勢(shì)F電動(dòng)勢(shì)E磁通電流I磁感應(yīng)強(qiáng)度B電流密度J磁阻Rm電阻R磁路與電路對(duì)照磁路電路磁通勢(shì)F電動(dòng)勢(shì)E磁通電流I磁感應(yīng)強(qiáng)度磁路的計(jì)算 在計(jì)算電機(jī)、電器等的磁路時(shí)，要預(yù)先給定鐵心中的磁通（或磁感應(yīng)強(qiáng)度），而后按照所給的磁通及磁路各段的尺寸和材料去求產(chǎn)生預(yù)定磁通所需的磁通勢(shì)FNI。 計(jì)算均勻磁路要用磁場(chǎng)強(qiáng)度H，即NIHL， 如磁路由不同的材料、長(zhǎng)度

7、和截面積的幾段組成，則磁路由磁阻不同的幾段串聯(lián)而成 NIH1 L1H2 L2（H L）磁路的計(jì)算 在計(jì)算電機(jī)、電器等的磁路時(shí)，要預(yù)先給定鐵如：由三段串聯(lián)而成的 繼電器磁路如：由三段串聯(lián)而成的一個(gè)具有閉合的均勻鐵心的線圈，其匝數(shù)為300，鐵心中的磁感應(yīng)強(qiáng)度為0.9T，磁路的平均長(zhǎng)度為45cm，試求：（1）鐵心材料為鑄鐵時(shí)線圈中的電流；（2）鐵心材料為硅鋼片時(shí)線圈中的電流。例題6.1.1解（1） H19000A/m,I1 H1 L/N=9000*0.45/300=13.5A（2） H2260A/mI2 H2 L/N=260*0.45/300=0.39AI 相同 H相同 B1=0.05T, B2=0

8、.9T若要相同, 則S1是S2的17倍.一個(gè)具有閉合的均勻鐵心的線圈，其匝數(shù)為300，鐵心中的磁感應(yīng)若線圈中通有同樣大小的勵(lì)磁電流，要得到相等的磁通，采用磁導(dǎo)率高的鐵心材料，可使鐵心的用鐵量大為降低結(jié)論若線圈中通有同樣大小的勵(lì)磁電流，要得到相等的磁通，采用磁導(dǎo)率解磁路的平均長(zhǎng)度為 L（1015）2） 39.2cm查鑄鋼的磁化曲線，當(dāng)B0.9T 時(shí)， H1500Am于是 H1L1195A空氣隙中的磁場(chǎng)強(qiáng)度為 H0B0 00.9（4 *107）7.2*105A/m有一環(huán)形鐵心線圈，其內(nèi)徑為10cm，外徑為15cm，鐵心材料為鑄鋼。磁路中含有一空氣氣隙，其長(zhǎng)度等于0.2cm。設(shè)線圈中通有1A電流，如

9、要得到0.9T的磁感應(yīng)強(qiáng)度，試求線圈匝數(shù)。例題6.1.2解磁路的平均長(zhǎng)度為 L（1015）2） 有一環(huán)H07.2 *105 *0.2 *10-21440A總磁通勢(shì)為 NI（H L）H1 L1H0 19514401635A線圈匝數(shù)為 NNII1635若要得到相等的磁感應(yīng)強(qiáng)度，采用磁導(dǎo)率高的鐵心材料，可使線圈的用銅量大為降低當(dāng)磁路中含有空氣隙時(shí)，由于其磁阻較大，要得到相等的磁感應(yīng)強(qiáng)度，必須增大勵(lì)磁電流（線圈匝數(shù)一定）結(jié)論返回H07.2 *105 *0.2 *10-21440A若一、電磁關(guān)系鐵心線圈分為：直流鐵心線圈和交流鐵心線圈鐵心線圈的交流電路6.2 交流鐵心線圈電路一、電磁關(guān)系鐵心線圈分為：直

10、流鐵心線圈和交流鐵心線圈鐵心線圈 和 L 與 i 的關(guān)系注勵(lì)磁電流 i 與 之間線性關(guān)系i 與 之間不存在線性關(guān)系 和 L 與 i 的關(guān)系注勵(lì)磁電流 i 與 之二、電壓電流關(guān)系二、電壓電流關(guān)系磁鐵和磁路課件鐵心中磁感應(yīng)強(qiáng)度的最大值鐵心截面積鐵心中磁感應(yīng)鐵心截面積三、功率損耗銅損PCu：線圈電阻R上的功率損耗。鐵損PFe：鐵心在交變磁通的作用下，由磁滯和渦流 產(chǎn)生的功率損耗。包括磁滯損耗Ph 和渦流損耗Pe。 Ph：與磁滯回線所包圍的面積成正比。 渦流在垂直于磁場(chǎng)方向的平面內(nèi)環(huán)流著。鐵損Pfe：與鐵心內(nèi)磁感應(yīng)強(qiáng)度的最大值的平方 成正比。返回三、功率損耗銅損PCu：線圈電阻R上的功率損耗。返回 發(fā)

11、電廠1.05萬(wàn)伏輸電線22萬(wàn)伏升壓變電站1萬(wàn)伏降壓降壓實(shí)驗(yàn)室380 / 220伏降壓儀器36伏降壓變壓器的種類(lèi)6.3 變壓器 發(fā)電廠輸電線升壓變電站降壓降壓實(shí)驗(yàn)室降壓儀器降壓變壓器的一、變壓器的工作原理 原繞組 副繞組 變壓器是按照電磁感應(yīng)的原理，實(shí)現(xiàn)電能傳遞的電器設(shè)備。它是由繞在一個(gè)閉合鐵心上的兩個(gè)（或兩個(gè)以上）的線圈構(gòu)成，利用兩個(gè)線圈匝數(shù)的比例關(guān)系來(lái)改變電壓的大小。一、變壓器的工作原理 原繞組 副繞組 變壓器電磁關(guān)系 副繞組 原繞組變壓器的功能：變電壓、變電流、變阻抗電磁關(guān)系 副繞組 原繞組變壓器的功能：變電壓、變電流、變?cè)@組原繞組副繞組副繞組電壓變換根據(jù)交流磁路的分析可得： E14.4

12、4fN1m E24.44fN2m空載時(shí)副繞組的端電壓變比結(jié)論：改變?cè)褦?shù)比，可得到不同的輸出電壓電壓變換根據(jù)交流磁路的分析可得：空載時(shí)副繞變比結(jié)論：改變?cè)褦?shù) 鐵心中主磁通的最大值在變壓器空載或有負(fù)載時(shí)是差不多恒定的。 由于變壓器鐵心的磁導(dǎo)率高，空載電流（i0）很小，可忽略。寫(xiě)成相量為電流變換 鐵心中主磁通的最大值在變壓器空載或有 由于電流變換結(jié)論：變壓器原、副繞組的電流與匝數(shù)成反比電流變換結(jié)論：變壓器原、副繞組的電流與匝數(shù)成反比阻抗變換結(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。 阻抗變換結(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 額定電壓 變壓器副邊開(kāi)路（空載）時(shí)，原、

13、副邊繞組允 許的電壓值。 額定電流 變壓器滿載運(yùn)行時(shí)，原、副邊繞組允許的最大電流值。 額定容量 傳送功率的最大能力。（理想）變壓器的銘牌數(shù)據(jù)（以單相變壓器為例） 額定電壓 額定電流 額定容量 （理想）變壓（1）匝數(shù)比為信號(hào)源輸出功率為如下圖：交流信號(hào)源的電動(dòng)勢(shì)E120V,內(nèi)阻R0800 ，負(fù)載電阻RL8 （1）當(dāng)RL折算到原邊的等效電阻為R0時(shí)，求匝數(shù)比和信號(hào)源輸出功率；（2）當(dāng)將負(fù)載直接與信號(hào)源聯(lián)接時(shí)，信號(hào)源輸出多大功率？例題6.3.1（1）匝數(shù)比為信號(hào)源輸出功率為如下圖：交流信號(hào)源的電動(dòng)勢(shì)E如下圖：交流信號(hào)源的電動(dòng)勢(shì)E120V,內(nèi)阻R0800 ，負(fù)載電阻RL8 （1）當(dāng)RL折算到原邊的等效

14、電阻為R0時(shí)，求匝數(shù)比和信號(hào)源輸出功率；（2）當(dāng)將負(fù)載直接與信號(hào)源聯(lián)接時(shí)，信號(hào)源輸出多大功率？例題6.3.1（2）當(dāng)將負(fù)載直接接在信號(hào)源上時(shí)如下圖：交流信號(hào)源的電動(dòng)勢(shì)E120V,內(nèi)阻R0800 U20：原邊加額定電壓時(shí) 副邊的開(kāi)路電壓。電壓變化率變壓器的外特性曲線二、變壓器的外特性 U1和 為常數(shù)時(shí)，副邊輸出電壓和輸出電流的關(guān)系U2f（I2），稱(chēng)外特性曲線。U20：原邊加額定電壓時(shí)變壓器的外特性曲線二、變壓器的外特性三、變壓器的損耗與效率 變壓器的功率損耗包括鐵心中的鐵損PFe和繞組上的銅損PCu。變壓器的效率：三、變壓器的損耗與效率變壓器的效率：四、特殊變壓器自耦變壓器ABP結(jié)構(gòu)特點(diǎn):二次繞

15、組是一次繞組的一部分四、特殊變壓器自耦變壓器ABP結(jié)構(gòu)特點(diǎn):二次繞組是一次繞組的電流互感器（被測(cè)電流）N1（匝數(shù)少）N2（匝數(shù)多）ARi1i2被測(cè)電流 電流表讀數(shù)*K注意！1. 副邊不能斷開(kāi)，以防產(chǎn)生高電壓；2. 鐵心、低壓繞組的一端接地，以防在絕緣損壞時(shí)，在副邊出現(xiàn)過(guò)壓。電流互感器（被測(cè)電流）N1N2ARi1i2被測(cè)電流注意！1電壓互感器VR N1（匝數(shù)多）保險(xiǎn)絲 N2（匝數(shù)少）u（被測(cè)電壓）被測(cè)電壓 電壓表讀數(shù)*K1. 副邊不能短路，以防產(chǎn)生過(guò)流；2. 鐵心、低壓繞組的一端接地，以防在 絕緣損時(shí)，在副邊 出現(xiàn)高壓。注意！電壓互感器VR N1保險(xiǎn)絲 N2u（被測(cè)電壓）被測(cè)五、變壓器繞阻的極性

16、 當(dāng)電流流入(或流出）兩個(gè)線圈時(shí)，若產(chǎn)生的磁通方向相同，則兩個(gè)流入端稱(chēng)為同極性端（同名端）。或者說(shuō)，當(dāng)鐵芯中磁通變化（增大或減?。r(shí)，在兩線圈中產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)極性相同的兩端為同極性端。4五、變壓器繞阻的極性 當(dāng)電流流入(或流出）兩4兩繞阻串聯(lián)兩繞阻并聯(lián)若將兩繞阻的其中一個(gè)線圈反繞，則 1 和 4 為同極性端注返回44兩繞阻串聯(lián)兩繞阻并聯(lián)若將兩繞阻的其中一個(gè)線圈反繞，注返回4判斷同名端的方法:(1)交流法(2)直流法若 ，則1、3為同名端；若 ，則1、4為同名端。若毫安表正偏 ，1、3為同名端；若毫安表反偏， 1、4為同名端。判斷同名端的方法:(1)交流法(2)直流法若 F線圈鐵心銜鐵電磁鐵是利用通電的鐵心線圈吸引銜鐵或保持某種機(jī)械零件、工件于固定位置的一種電器。電磁鐵吸合過(guò)程的分析：在過(guò)程中若外加電壓不變，則基本不變電磁鐵吸合前(氣隙大） 大 起動(dòng)電流大 電磁鐵吸合后(氣隙小） 小 電流小6.4 電磁鐵F線圈鐵心銜鐵電磁鐵是利用通電的鐵心電磁鐵吸合過(guò)程的分析：在容量 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(gè)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：容量 SN