第七章磁路與變壓器1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2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（導磁性能好的磁性材料）線圈37.1.2磁路計算中的基本物理量一、磁感應(yīng)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）4二、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5

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?。6三、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(yīng)強度和導磁率之比。單位：B

：特斯拉：亨/米：安/米7一、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。8

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=NI9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：IN10對于均勻磁路磁路中的歐姆定律二、磁路的歐姆律：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11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U12基本定律

磁阻磁感應(yīng)強度安培環(huán)路定律磁路IN歐姆定律電阻電流強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+_EI13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14IU一、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）15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16假設(shè)則最大值有效值ui17ui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

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18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，將會導致過熱，把線圈燒壞。注意：19(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）20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21

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…降壓實驗室380/220伏降壓儀器36伏降壓22單相變壓器鐵芯原邊繞組副邊繞組一、變壓器的基本結(jié)構(gòu)23變壓器符號：工作過程：241.空載運行原邊接入電源，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、變壓器的工作原理

i10

產(chǎn)生磁通（交變）（

方向符合右手定則）25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）262.負載運行Z

副邊帶負載后對磁路的影響：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(guān)系為：27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）28

（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載，為副邊所帶負載乘以變比的平方。29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(shè)：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：30Rs（2）將負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）。31

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32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：337.3.2變壓器的效率()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(yīng)電流（渦流），造成的損失。鐵損()：PFE347.3.3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）35

當電流流入兩個線圈(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）?；蛘哒f，當鐵芯中磁通變化（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**36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**37220V：聯(lián)結(jié)2－3勵磁兩種接法下線圈工作情況的分析**132438110V：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)計相同勵磁'39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：40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：**1324’41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：42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

K

閉合時，mA表正偏，則A－a

為同極性端;如果當K

閉合時，mA表反偏，則A－x

為同極性端結(jié)論：43

變壓器設(shè)計中的一些概念(1)一定額定容量定鐵芯窗口定導線直徑定定則（銅多、鐵少）則（