第6章磁路與鐵心線圈電路本章要求：1、了解磁路的概念、物理量；2、了解磁性材料的磁性能；3、掌握變壓器的工作原理及簡單計算。電工技術(shù)1電工技術(shù)實際電路中有大量電感元件的線圈中有鐵心。線圈通電后鐵心就構(gòu)成磁路，磁路又影響電路。因此電工技術(shù)不僅有電路問題，同時也有磁路問題。關(guān)于磁路：26.1磁場的基本物理量電工技術(shù)6.1.1．磁感應(yīng)強度B

磁感應(yīng)強度B是表示磁場內(nèi)某點磁場強弱及方向的物理量。B的大小等于通過垂直于磁場方向單位面積的磁力線數(shù)目，B的方向用右手螺旋定則確定。單位是特斯拉(T)。6.1.2．磁通Φ

均勻磁場中磁通Φ等于磁感應(yīng)強度B與垂直于磁場方向的面積S的乘積，單位是韋伯(Wb)。3電工技術(shù)6.1.3．磁場強度H

磁場強度只與產(chǎn)生磁場的電流以及這些電流分布有關(guān)，而與磁介質(zhì)的磁導(dǎo)率無關(guān)，單位是安／米（A／m）。是為了簡化計算而引入的輔助物理量。4電工技術(shù)6.1.4磁導(dǎo)率μ

磁導(dǎo)率μ表示物質(zhì)的導(dǎo)磁性能，單位是亨/米(H/m)。真空的磁導(dǎo)率

非鐵磁物質(zhì)的磁導(dǎo)率與真空極為接近，鐵磁物質(zhì)的磁導(dǎo)率遠(yuǎn)大于真空的磁導(dǎo)率。

相對磁導(dǎo)率μr：物質(zhì)磁導(dǎo)率與真空磁導(dǎo)率的比值。非鐵磁物質(zhì)μr近似為1，鐵磁物質(zhì)的μr遠(yuǎn)大于1。56.2磁性材料的磁性能電工技術(shù)6.2.1高導(dǎo)磁性磁導(dǎo)率可達(dá)102~104，由鐵磁材料組成的磁路磁阻很小，在線圈中通入較小的電流即可獲得較大的磁通。鐵心磁疇磁疇：鐵心自身存在的自然磁性小區(qū)域注意：在沒有外磁場作用時，磁疇的方向雜亂無章，宏觀不顯磁性。鐵心：由鐵磁材料制成6磁化：在一定強度外磁場的作用下,磁疇將沿外磁場方向趨向規(guī)則排列，產(chǎn)生附加磁場，使通電線圈的磁場顯著增強。IIΦ鐵心通電線圈磁化過程ΦIO..AB直線1曲線2直線1表示空心線圈的情況；曲線2表示線圈放入鐵心的情況。電工技術(shù)7磁化過程說明直線1曲線2(磁化曲線)I與Φ成正比且增加率較小OA段AB段B點以后大部分磁疇的磁場沿外磁場方向排列,Φ與I成正比且增加率較大所有磁疇的磁場最終都沿外磁場方向排列,鐵心磁場從未飽和狀態(tài)過渡到飽和狀態(tài)稱飽和狀態(tài)，鐵心的增磁作用已達(dá)到極限6.2.2磁飽和性電工技術(shù)8B不會隨H的增強而無限增強，H增大到一定值時，B不能繼續(xù)增強。6.2.3磁滯性鐵心線圈中通過交變電流時，H的大小和方向都會改變，鐵心在交變磁場中反復(fù)磁化，在反復(fù)磁化的過程中，由于磁疇本身存在“慣性”

B的變化總是滯后于H的變化。磁化曲線磁滯回線電工技術(shù)9電工技術(shù)鐵磁材料的類型：軟磁材料：磁導(dǎo)率高，磁滯特性不明顯，矯頑力和剩磁都小，磁滯回線較窄，磁滯損耗小。永磁材料：剩磁和矯頑力均較大，磁滯性明顯，磁滯回線較寬。矩磁材料：只要受較小的外磁場作用就能磁化到飽和，當(dāng)外磁場去掉，磁性仍保持，磁滯回線幾乎成矩形。

外磁場不斷克服磁疇的“慣性”消耗的能量，為磁滯損耗。磁滯損耗是鐵心發(fā)熱的原因之一。10

硬磁材料B

矩磁材料鐵磁材料的磁性能：1、高導(dǎo)磁性2、磁飽和性3、磁滯性B軟磁材料HHHB電工技術(shù)116.3磁路及其基本定律電工技術(shù)1．安培環(huán)路定律

計算電流代數(shù)和時，與繞行方向符合右手螺旋定則的電流取正號，反之取負(fù)號。若閉合回路上各點的磁場強度相等且其方向與閉合回路的切線方向一致，則：122．磁路歐姆定律電工技術(shù)稱為磁阻，表示磁路對磁通的阻礙作用。

因鐵磁物質(zhì)的磁阻Rm不是常數(shù)，它會隨勵磁電流I的改變而改變，因而通常不能用磁路的歐姆定律直接計算，但可以用于定性分析很多磁路問題。13磁路和電路的比較磁路電路磁通INR+_EI磁壓降磁動勢電動勢電流電壓降U電工技術(shù)146.4交流鐵心線圈電路電工技術(shù)7.4.1電磁關(guān)系Φ----主磁通或工作磁通Φσ----漏磁通e

----主磁電動勢eσ----漏磁電動勢e=-N?dΦ/dteσ=-N?dΦσ/dt=-Lσ?di/dtLσ----漏磁電感156.4.2電壓電流關(guān)系電工技術(shù)

設(shè)線圈的電阻為R，主磁電動勢為e和漏感電動勢為eσ，由KVL，有：寫成相量形式：16電工技術(shù)e

的有效值為：如果忽略線圈的電阻R和感抗Xσ（或漏磁通Φσ，于是：

U

=E17

有一個鐵心線圈接在交流220V、50Hz的交流電源上，鐵心中磁通的最大值為0.001Wb，問鐵心上的線圈至少應(yīng)繞多少匝？解U≈4.44fNΦm有若鐵心中的線圈只繞了100匝，線圈通電后會產(chǎn)生什么后果？結(jié)果是線圈通電后會燒壞——由于磁通最大值遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了規(guī)定的最大值，對應(yīng)線圈中的電流遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過正常值。例：電工技術(shù)186.4.3功率損耗電工技術(shù)鐵心線圈交流電路的有功功率為：19渦流：ii交變的磁通穿過鐵心導(dǎo)體時，在其內(nèi)部產(chǎn)生的旋渦狀的電流。渦流會使鐵心發(fā)熱并消耗能量，為了減小渦流損耗，鐵心常采用涂有絕緣材料的硅鋼片疊成。由硅鋼片疊成的鐵心鐵磁材料的鐵心線圈電工技術(shù)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

6.5變壓器電工技術(shù)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伏降壓電工技術(shù)22單相變壓器鐵芯原邊繞組副邊繞組變壓器的基本結(jié)構(gòu)電工技術(shù)23鐵心線圈(又稱繞組)變壓器的組成鐵心變壓器鐵心用具有絕緣層的0.35~0.5mm厚的硅鋼片疊成。線圈小容量變壓器多用高強度漆包線繞制。

大容量變壓器可用絕緣銅或鋁線繞制。電工技術(shù)24變壓器的主要結(jié)構(gòu)心式結(jié)構(gòu)殼式結(jié)構(gòu)心式結(jié)構(gòu)：變壓器的鐵心被繞組包圍。多用于電力變壓器殼式結(jié)構(gòu)：變壓器的鐵心包圍繞組。常用于小容量變壓器變壓器的冷卻方式自然冷卻—小容量變壓器油冷式—大容量變壓器電工技術(shù)25變壓器符號：工作過程：電工技術(shù)266.5.1變壓器的工作原理

電工技術(shù)

原繞組匝數(shù)為N1，電壓u1，電流i1，主磁電動勢e1，漏磁電動勢eσ1；副繞組匝數(shù)為N2，電壓u2，電流i2，主磁電動勢e2，漏磁電動勢eσ2。271.電壓變換電工技術(shù)原繞組的電壓方程：忽略電阻R1和漏抗Xσ1的電壓，則：副繞組的電壓方程：K稱為變壓器的變比。28電工技術(shù)結(jié)論：改變匝數(shù)比，就能改變輸出電壓。29三相變壓器的兩種接法及電壓的變換關(guān)系電工技術(shù)302、電流變換電工技術(shù)

由U1≈E1=4.44N1fΦm可知，U1和f不變時，E1和Φm也都基本不變。因此，有負(fù)載時產(chǎn)生主磁通的原、副繞組的合成磁動勢（i1N1+i2N2）和空載時產(chǎn)生主磁通的原繞組的磁動勢i0N1基本相等，即：空載電流i0很小，可忽略不計。結(jié)論：原、副邊電流與匝數(shù)成反比313、阻抗變換電工技術(shù)

設(shè)接在變壓器副繞組的負(fù)載阻抗Z的模為|Z|，則：Z反映到原繞組的阻抗模|Z'|為：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。32

有一臺降壓變壓器，原繞組電壓為220V，副繞組電壓為110V，原繞組為2200匝，若副繞組接入阻抗值為10Ω的阻抗，問變壓器的變比、副繞組匝數(shù)、原繞組中電流各為多少？解變壓器變比副繞組匝數(shù)副繞組電流原繞組電流例：電工技術(shù)33

揚聲器上如何得到最大輸出功率設(shè)：信號源電壓的有效值:Us=120V;信號源內(nèi)阻：R0=800Ω;負(fù)載為揚聲器，其等效電阻：RL=8。1、將負(fù)載與信號源直接相連，得到的輸出功率為：信號源RL例:電工技術(shù)342、將負(fù)載通過變壓器接到信號源上。變壓器把負(fù)載RL

變換為等效電阻2N

若要信號源輸出給負(fù)載的功率達(dá)到最大，用變壓器進(jìn)行阻抗變換，通過變壓器把負(fù)載RL變換為等效電阻變壓器變比

電工技術(shù)35輸出功率為：結(jié)論：由此例可見經(jīng)變壓器“匹配”后，輸出功率增大了許多。原因是滿足了電路中獲得最大功率輸出的條件（信號源內(nèi)、外阻抗相等）。信號源36電工技術(shù)37變壓器的額定值電工技術(shù)

(1)額定電壓UN：指變壓器副繞組空載時各繞組的電壓。三相變壓器是指線電壓。

(2)額定電流IN：指允許繞組長時間連續(xù)工作的線電流。

(3)額定容量SN：在額定工作條件下變壓器的視在功率。單相變壓器：三相變壓器：38容量SN

輸出功率P2

效率變壓器的容量：變壓器輸出功率：負(fù)載的功率因數(shù)

變壓器的輸出功率不僅與變壓器的容量有關(guān)，還與所帶負(fù)載的功率因數(shù)有關(guān)。原邊輸入功率原邊輸入功率=輸出功率+變壓器損耗注意:電工技術(shù)396.5.2變壓器的外特性電工技術(shù)

電壓變化率反映電壓U2的變化程度。通常希望U2的變動愈小愈好，一般變壓器的電壓變化率約在5%左右。U20：原邊加額定電壓、副邊開路時，副邊的輸出電壓。

變壓器的外特性：在電源電壓和負(fù)載功率因數(shù)不變的條件下，副邊輸出電壓和輸出電流的關(guān)系。電壓變化率是一個重要技術(shù)指標(biāo)，直接影響到供電質(zhì)量。電壓變化率越小，變壓器性能越好。40變壓器的損耗銅損(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)：銅損-----可變損耗鐵損-----固定損耗6.5.3變壓器的損耗與效率電工技術(shù)41電工技術(shù)損耗：銅損：鐵損ΔPFe包括磁滯損耗和渦流損耗。效率：P2為輸出功率，P1為輸入功率一般變壓器的效率在95%大型變壓器的效率可達(dá)99%以上426.5.4特殊變壓器電工技術(shù)1．自耦變壓器特點：副繞組是原繞組的一部分，原、副壓繞組不但有磁的聯(lián)系，也有電的聯(lián)系。

使用時，改變滑動端的位置，便可得到不同的輸出電壓。實驗室中用的調(diào)壓器就是根據(jù)此原理制作的。注意：原、副邊千萬不能對調(diào)使用，以防變壓器損壞。因為N變小時，磁通增大，電流會迅速增加。432、電流互感器電工技術(shù)原繞組線徑較粗，匝數(shù)很少，與被測電路負(fù)載串聯(lián)；副繞組線徑較細(xì)，匝數(shù)很多，與電流表及功率表、電度表、繼電器的電流線圈串聯(lián)。用于將大電流變換為小電流。使用時副繞組電路不允許開路。443、電壓互感器電工技術(shù)電壓互感器的原繞組匝數(shù)很多，并聯(lián)于待測電路兩端；副繞組匝數(shù)較少，與電壓表及電度表、功率表、繼電器的電壓線圈并聯(lián)。用于將高電壓變換成低電壓。使用時副繞組不允許短路。45當(dāng)電流分別流入兩個線圈（或流出）時，若兩線圈產(chǎn)生的磁通方向相同，則這兩個線圈流入端稱為同極性端（同名端）。也是各繞組電位瞬時極性相同的端點。同極性端（同名端）(a)圖A、a為同名端；(b)圖A、x為同名端AXax**(a)圖AXax**(b)圖6.5.5變壓器繞組的極性電工技術(shù)46

小功率電源變壓器在使用中有時需要把繞組串連起來以提高電壓；或把繞組并聯(lián)起來以增大電流。在連接時必須認(rèn)清繞組的極性，否則不僅達(dá)不到預(yù)期的目的，反而可能燒壞變壓器。正確的串聯(lián)接法：應(yīng)把兩個繞組的一對異名端聯(lián)在一起。正確的并聯(lián)接法：應(yīng)把兩個繞組的兩對同名端分別聯(lián)結(jié)在一起（還需注意并聯(lián)繞組的電壓必須相等）。

電工技術(shù)47電器使用時兩種電壓（220V/1