磁路与变压器
磁路与变压器
5
2. 磁通 磁通是磁感应强度矢量的通量，是指穿过某一截面S的磁力 线条数，用Φ表示，单位是Wb，称为韦伯。在均匀磁场中，各 点磁感应强度大小相等，方向相同。当所取截面S与磁力线方向 垂直时，有
Φ BS 或 B Φ
(7.2)
S
从式(7.2)可看出，B也可理解为单位截面上的磁通， 即穿 过单位截面的磁力线条数，故又称为磁通密度，简称磁密。
第二定律。
23
4. 磁路的计算 在进行磁路计算时，首先要注意几个问题。 1) 主磁通与漏磁通 主磁通又称为工作磁通，即工作所要求的闭合磁路的磁 通，如图7.7中的Φ即为主磁通。 漏磁通是不按所需的工作路径闭合的磁通，如图7.7中的 Φσ所示。漏磁通很小，一般只有工作磁通的千分之几，因而 常可忽略不计。
15
图7.4 不同材料的磁滞回线 (a) 永磁材料；(b) 软磁材料；(c) 矩磁材料
16
7.2 磁路计算的基本定律
1. 安培环路定律 任何磁场都是由电流产生的，磁路中的磁场也不例外。安 培环路定律说明了产生磁场的电流与所产生的磁场强度之间的 定量关系，它表述为：在磁场中沿任何闭合回路的磁场强度H的 线积分等于通过闭合回路内各电流的代数和。用数学式表示为
磁通为Φ2和Φ3，则根据物理学中磁通连续性原理可知：
Φ1=Φ2+Φ3
或
Φ1－Φ2－Φ3=0
推广到一般情况，对任意闭合面的总磁通有：
∑Φk=0 这一关系与电路中的基尔霍夫第一定律相对应，可称为磁路
的基尔霍夫第一定律。
另外，若在图7.6所示的磁路中，任取一闭合磁路 ABCDA，其中：CDA段平均长度为L1，AC段平均长度为L2， ABC段平均长度为L3。则根据全电流定律得到
36
《电工电子技术》——磁路与变压器
已制成的变压器、互感器等，通常都无法从外观上看出 绕组的绕向，如果使用时需要知道它的同名端，可通过实验 方法测定同名端。
直流电感法
交流感应法
3.4 特殊变压器
3.4.1 自耦变压器
若变压器的原、副绕组有一部分是共用的，这类的变 压器叫自耦变压器。自耦变压器的原、副绕组之间既有磁 的耦合，又有电的联系。
在实际工作中可以选用不同匝数比的变压器，将负载阻抗变换 为所需要的阻抗值。在电子线路中常利用变压器的这种阻抗变 换作用实现阻抗匹配。
4. 变压器的外特性、损耗和效率 （1）变压器的外特性
当原绕组上外加电压和副绕组的负载功率因数cosφ2不变 时，副边端电压U2随负载电流I2变化的规律，称为变压器 的外特性。 从图中可看出，负载性质和功率因数不同时，从空载(I2=0) 到满载(I2=I2N)，变压器副边电压U2变化的趋势和程度是 不同的。，我们用副边电压变化率(或称电压调整率)来表示。 副边电压变化率ΔU(％)规定为：当原边接在额定电压和额 定频率的交流电源上，副边开路电压U2N和在指定的功率 因数下副边输出额定电流时的副边电压U2的算术差与副边 额定电压U2N的百分比值，即
r 0
4. 磁场强度H 同一通电线圈内的磁场强弱（用磁感应强度B来表征）， 不仅与所同电流的大小有关，而且与线圈内磁场介质的导磁性 能有关。
在通电线圈中，H这个单位只与电流的大小有关，而与线圈 中被磁化的物质，即与物质的磁导率μ无关。但通电线圈中的磁 感应强度B的大小却与线圈中被磁化的物质的磁导率μ有关。H 的大小由B与μ的比值决定，即磁场强度为
2.额定电流
额定电流是根据变压器允许温升而规定的电流值，以 安或千安为单位，变压器的额定电流有原边额定电流I1N和 副边额定电流I2N。
磁路与变压器
磁路与变压器磁路与变压器⼀、选择题：1、⼀台Y，d11连接的三相变压器，额定容量S N＝630kVA，额定电压U N1／U N2 ＝10／0.4kV，⼆次侧的额定电流是：（正确答案是:C）A、 21AB、 36.4AC、 525AD 、909A2、变压器的额定容量是指：（正确答案是:C）A、⼀、⼆次侧容量之和B、⼆次绕组的额定电压和额定电流的乘积所决定的有功功率C、⼆次绕组的额定电压和额定电流的乘积所决定的视在功率D ⼀、⼆次侧容量之和的平均值3、变压器铁芯中的主磁通Φ按正弦规律变化，绕组中的感应电动势：（正确答案是:C）A、正弦变化、相位⼀致B、正弦变化、相位相反C、正弦变化、相位滞后900D 正弦变化、相位与规定的正⽅向⽆关4、⼀台变压器，当铁芯中的饱和程度增加时，励磁电抗Xm：（正确答案是:B）A、不变B、变⼩C、变⼤D 都有可能5、⼀台原设计为50Hz的电⼒变压器，运⾏在60Hz的电⽹上，若额定电压值不变，则空载电流：（正确答案是:A）A、减⼩B、增⼤C、不变D 减⼩或增⼤6、变压器在( )时，效率最⾼。
：（正确答案是:A）A、额定负载下运⾏B、空载运⾏C、轻载运⾏D 超过额定负载下运⾏7、额定电压为10／0.4kV的配电变压器，连接组别⼀般采⽤( )接线⽅式。
：（正确答案是:C）A、 Y，y0B、 D，y11C、 Y，yn0D Y，d118、多台变压器在并联运⾏时：（正确答案是:D）A、容量较⼤的变压器⾸先满载B、容量较⼩的变压器⾸先满载C、短路阻抗百分数⼤的变压器⾸先满载D 短路阻抗百分数⼩的变压器⾸先满载9、⼀台双绕组变压器改接成⾃耦变压器，变⽐之间的关系可表⽰为：（正确答案是:A）A、 Ka＝1＋KB、 Ka＝K－1C、 K＝Ka＋1D K＝Ka10、⾃耦变压器的变⽐Ka⼀般：（正确答案是:B）A、≥2B、≤2C、≥10D ≤1011、变⽐k=2的变压器，空载损耗250W(从低压侧测得)，短路损耗1000W(从⾼压侧测得)，则变压器效率最⼤时，负载系数βm=( )：（正确答案是:C ）A、 1B、 2C、 0.5D 0.2512、若将变压器⼀次侧接到电压⼤⼩与铭牌相同的直流电源上，变压器的电流⽐额定电流( )：A、⼩⼀些B、不变C、⼤⼀些D ⼤⼏⼗倍甚⾄上百倍13、欲使变压器的ΔU=0，那么负载性质应为( )：（正确答案是:D）A、电阻电感性负载B、纯电阻负载C、纯感性负载D 电阻电容性负载14、对于三相⼼式变压器，如右图所⽰，其空载电流( )：（正确答案是:C）A、 Iou < IovB、 Iou = IovC、 Iou > IovD Iou > Iov > Iow15、⼀台变⽐K=3的三相变压器，在低压侧加额定电压，测出空载功率P0=3000W，若在⾼压侧加额定电压，测得功率为( )。
磁路与变压器PPT课件
（2）硬磁材料：
磁滞回线较宽，比 如碳钢等。
一般用来制造永久 磁铁。
（3）矩磁材料：
磁滞回线接近矩形， 比如铁氧体材料。一 般用于计算机或控制 系统中的记忆元件。
B
B
B
H
H
H
磁路与变压器
§3 磁路及磁路的基本定律
1 磁路
i
u
： 主磁通 ：漏磁通
2 磁路的基本定律 2.1 安培环路定律（全电流定律）
I2 I1
I3
安培环路定律指出：在磁场 中，任取一闭合路径，并指定其
方向，沿此闭合路径的方向对磁
H 场强度H 的矢量进行线积分，则
线积分值等于通过该闭合路径的
所有电流的代数和。
H d l I I1 I2 I3
若电流方向和磁场强度H 的方向之间符合右手螺旋关
ninihl整理ppt17对于均匀磁路称为磁阻22磁路欧姆定律nihl整理ppt18磁路电路磁动势fni电动势e电流i磁压降hl电压降u磁通密度b磁阻电阻23磁路与电路的比较整理ppt19磁路电路磁路欧姆定律电路欧姆定律安培环路定律基尔霍夫电压定律磁通的连续性基尔霍夫电流定律hlni整理ppt20磁路欧姆定律安培环路定律磁通的连续性分别与电路欧姆定律基尔霍夫电压定律基尔霍夫电流定律具有相同的形式
的单位 韦伯（Wb） 1T=1Wb/m2
通常用磁力线来描述磁场，使磁力线的疏密反 映磁感应强度的大小。显然，通过某一面积的磁力 线疏密也反映了通过该面积的磁通的大小。
由于磁通的连续性，磁磁路与力变压线器 总是闭合的空间曲线。
3 磁导率
磁导率是一个用来表示磁场媒质磁性的物理量，也
电工电子技术(第二版)第五章
那么变压器结构如何?如何实现电压升高或降低?图5-1所示为电力变压 器外形。
返回
5. 1 磁路及基本物理量
工程中常见的电气设备如变压器、电动机等，不仅包含电路部分，而 且还有磁路部分。
下一页 返回
5. 3 变压器
5. 3. 1 变压器的基本结构
变压器的种类很多，结构形式多种多样，但基本结构及工作原理都相 似，均由铁芯和线圈(或称绕组)组成。铁芯的基本结构形式有心式和 壳式两种，如图5-5所示。铁芯一般是由导磁性能较好的硅钢片叠制而 成，硅钢片的表面涂有绝缘漆，以避免在交流电源作用下铁芯中产生 较大的涡流损耗。与电源相接的线圈，称为一次侧绕组;与负载相接的 线圈称为二次侧绕组。
示意图。
例5 -1有一台电压为220/36 V的降压变压器，二次侧接一盏36 V, 40 W 的灯泡，试求:(1)若变压器的一次侧绕组N1 = 1100匝，二次侧绕组匝数 应是多少?(2)灯泡点亮后，一次侧、二次侧的电流各为多少?
解:(1)由公式(5一3)，可以求出二次侧的匝数:
上一页 下一页 返回
下一页 返回
5. 2 交流铁芯线圈
设电压、电流和磁通及感应电动势的参考方向如图5 -4所示。 由基尔霍夫电压定律有
上一页 下一页 返回
5. 2 交流铁芯线圈
大多数情况下，线圈的电阻R很小，漏磁通 较小即 根据法拉第电磁感应定律，有 得
上一页 下一页 返回
5. 2 交流铁芯线圈
由于电源电压与产生的磁通同频变化，设 电压的有效值为
作用而消耗的那部分能量。磁滞损耗的能量转换为热能而使磁性材料 发热为了减少磁滞损耗，一般交流铁芯都采用软磁材料。
磁路的用途
磁路的用途磁路是指磁场通过一个闭合的路径，以供磁通流动的环境。
磁路由导磁材料组成，如铁芯、铜线等，主要用于引导和控制磁场的流动。
磁路在电磁设备和磁性材料中起着重要的作用，具有广泛的应用。
首先，磁路在电机中扮演着重要的角色。
电机是一种将电能转化为机械能的装置，而磁场是电机工作的基础。
在电机中，磁路通过铁芯将电磁场引导到定子和转子之间。
定子上的绕组产生磁场，而转子通过电磁感应产生力矩，从而实现机械能的转换。
通过合理设计磁路结构，可以提高电机的效率和性能，使其具有更好的输出特性。
其次，磁路在变压器中也具有重要的作用。
变压器是一种基于电磁感应原理工作的装置，主要用于改变交流电的电压和电流大小。
变压器的核心是磁路，通过合适的铁芯材料和绕组，可以实现磁场的传递和耦合。
在变压器中，输入绕组产生的磁场通过磁路传递到输出绕组，从而改变电压和电流的大小。
因此，磁路的设计和优化对于变压器的性能和效率具有重要的影响。
另外，磁路在磁性材料中也扮演着重要的角色。
磁性材料是一类具有磁性的材料，能够吸引和产生磁场。
通过合适的磁路设计，可以实现磁场的集中和强化，提高磁性材料的磁化效果。
磁性材料广泛应用于电磁线圈、电磁铁、磁盘等设备中，用于存储、传输和转换磁能。
磁路的优化可以提高磁性材料的使用效率，减少能量损耗。
此外，磁路还在计算机硬盘驱动器中发挥着重要的作用。
硬盘驱动器是一种用于存储和读取数据的存储装置，其中的磁头通过磁力作用读写磁盘上的磁性颗粒。
磁路通过磁头和磁盘之间的导磁介质，将磁场集中在特定的存储单元上，从而实现数据的存储和读取。
磁路的优化可以提高硬盘驱动器的读写性能和存储密度，增加存储容量。
此外，磁路还广泛应用于电焊机、电感器、磁铁等电磁设备中。
电焊机通过磁路将电能转化为高强度的电弧，用于焊接金属；电感器利用磁路实现对电流和电压的调节和限制；磁铁通过磁路实现对物体的吸附和控制。
这些应用中，磁路的设计和优化具有关键的意义，能够提高设备的性能和效率。
第3章 磁路和变压器习题与解答
第3章 磁路和变压器习题解答习题A 选择题3-1磁感应强度单位是（ ）。
AA.特[斯拉]（T）B.韦[伯]（Wb）C.伏秒（V·s）3-2磁性物质的磁导率不是常数，因此（ ）。
CA.Φ与I 成正比B.Φ与B 不成正比C. B 与H 不成正比3-3在直流空心线圈置入铁心后，如在同一电压作用下，则电流I（ ）。
BA.增大B.减小C.不变3-4在直流空心线圈置入铁心后，如在同一电压作用下，则磁通（ ）。
AA.增大B.减小 C .不变3-5在直流空心线圈置入铁心后，如在同一电压作用下，则电感L（ ）。
AA.增大B.减小C.不变3-6在直流空心线圈置入铁心后，如在同一电压作用下，则功率P（ ）。
BA.增大B.减小C.不变3-7 铁心线圈中的铁心到达磁饱和时，则线圈电感L（ ）。
BA. 增大B.减小C.不变3-8在交流铁心线圈中，如将铁心截面积减小，其它条件不变，则磁动势( ) 。
AA.增大B.减小C.不变3-9交流铁心线圈的匝数固定，当电源频率不变时，则铁心中主磁通的最大值基本上决定于（ ）。
CA.磁路结构B.线圈阻抗C.电源电压3-10为了减小涡流损耗，交流铁心线圈中的铁心由钢片（ ）叠成。
CA. 垂直磁场方向B.任意C. 顺磁场方向3-11 当变压器的负载增加后，则（ ）。
AA.一次侧电流1I 和二次侧电流2I 同时增大B.二次侧负载电流2I 增大, 一次侧电流1I 保持不变C.铁芯中磁通m Φ增大3-12 50Hz 的变压器用于30Hz 是，则（ ）。
CA.一次侧电压1U 降低B.m Φ近于不变C.可能烧坏绕组3-13 一台10/0.4Kv，Δ/Y 连结的三相变压器的变比是（ ）。
BA.25B.43.3C.14.433-14变压器额定容量的单位是（ ）。
BA.kVarB. kV·AC. kWB 基本题电工与电子技术2 3-15有一交流铁心线圈，接在f=50Hz 的正弦电源上，在铁心得到磁通的最大值3104−×=Φm Wb。
电机学复习题
《电机学》复习题一、磁路与变压器1、变压器就是利用___________ 原理来升高或降低电压的一种静止的电能转换器。
2、_____ 是所有变压器中用途最广、生产量最大的一种变压器。
（A）电力变压器；（B）整流变压器；（C）电炉变压器；（D ）高压试验变压器3、变压器铁芯多采用交叠式装配，使各层的接缝不在同一地点，可增大激磁电流。
（）4、为了绝缘方便，变压器低压绕组紧靠铁芯，高压绕组则套在低压绕组的外面。
（）5、在三相变压器中，额定电压都是指线电压。
（）6、在三相变压器中，额定电流都是指相电流。
（）7、三相变压器其铭牌数据S N =5000kVA，U IN /U2N =66/10.5 kV，一次侧为Y接法，二次侧为△接法，则二次侧的额定电流为_____________ 。
（A）375A ；（B）297.4A ；（C）43.74A ；（D）274.93A。
&三相变压器其铭牌数据S N =50kVA，U IN /U2N =10000/400 V，一次侧、二次侧都为Y接法，则一次侧的额定电流为___________ 。
（A） 4.89A ；（B） 2.89A ；（C）42.17A ；（D）72.17A。
9、变压器从一次侧到二次侧的能量传递过程是依靠___________ 的媒介而实现的。
10、变压器在铁芯饱和时，为了得到正弦变化的磁通，磁化电流中的高次谐波分量，尤其是_________ 是必需的。
11、变压器在铁芯饱和时，如果磁化电流为纯粹的正弦波，则磁通便为一正弦波。
（）12、变压器在感性负载时，二次侧端电压一定低于二次侧的感应电势。
（）13、变压器在容性负载时，二次侧端电压一定低于二次侧的感应电势。
（）14、变压器空载试验可以测定变压器的变压比、空载电流、空载损耗以及15、为了安全，变压器的空载试验一般都在低压侧进行。
（）16、为了测量方便，变压器负载试验时一般都是把低压侧接电源，而令高压侧短路。
磁路与变压器习题课潘红广
k 2 X 2
3.372 0.964 10.94
14
电机学习题课
Electric Machinery
（2） 用T型等效电路计算
· 2.19 I1 15.4
·U1
1250
·Im
12600
· 1.70 I’10.95
·E1·2
·U
=E’2
’2
I
' 2
I2 k
180 3.369
54.58141.9（ 2.19 j15.4） 20641.81.2
21274.3 177.3V
16
电机学习题课
Electric Machinery
用简化等效电路计算
· · U1 2.19 I1 15.4
· 1.70 I’10.95
2
·U
’2
.
.
I1
I
' 2
磁通的增大将会使激磁电流增大（铁心饱和之后激磁电
流增加的更快）。
φ
O
im
铁心的磁化曲线
7
电机学习题课
Electric Machinery
再由 pFe Bm2 f 1.3 讨论铁损耗的变化情况。
60Hz
时，
p Fe
B
2 m
f
1.3
50Hz
时，
p
' Fe
(1.2Bm
)
2
(1 1.2
f
)1.3
p
15
电机学习题课
Electric Machinery
.
.
Im
E1 Rm jX m
磁路与变压器作业习题及答案
磁路与变压器作业习题及答案作业6-1．电机和变压器的磁路常采用什么材料制成？这些材料各有哪些主要特性？6-2．为什么变压器的铁芯要用硅钢片叠压而成？假如用整块的铁芯能否正常工作？ 6-3．某变压器一次绕组电压1220V U =，二次绕组电压为V U 242=。
若一次绕组匝数1440N =匝，求二次绕组的匝数为多少？6-4．已知某单相变压器的一次绕组电压为3000V ，二次绕组电压为220V ，负载是一台220V ，25kw的电阻炉，试求一，二次绕组的电流各为多少？6-5．有一台单相照明用变压器，容量为10KV A ，额定电压为3300V/220V 。
今欲在二次绕组上接60W/220V 的白炽灯，如果变压器在额定状况下运行，这种电灯可以接多少个？并求一次、二次绕组的额定电流。
6-6． 额定容量S N =2KV A 的单相变压器，一次、二次绕组的额定电压分别为U 1N =220V ，U 2N =110V ，求一次、二次绕组的额定电流各为多少？6-7．某晶体管收音机输出变压器的一次绕组匝数为3001=N 匝，二次绕组匝数802=N 匝。
原配扬声器6Ω，现欲改接10Ω的扬声器，若一次绕组匝数不变，问二次绕组匝数应如何变动，才能使阻抗匹配？6-8．有一电压比为220/110 V 的降压变压器，如果次级接上55 Ω 的电阻，求变压器初级的输入阻抗。
作业答案6-1．答：电机和电力变压器的磁路常用硅钢片制作。
特点是强度高，导磁率高。
6-2．答：组成变压器铁芯的硅钢片不是一整块，而是极薄的一片一片叠压而成，是为了增大铁芯中的电阻，阻断涡流回路，以减少电能转化成铁芯的内能，提高效率，是防止涡流而采取的措施。
不能用整块的铁芯。
6-3．答：2121N N U U =，244024220N =，482=N 匝6-4．答：222I U P =A 6.11322025000222===U PI1221N N I I =8.3A 113.630002202122121=⨯===I U U I N N I6-5．答：1666010103=⨯个45.3A 16622060167222=⨯=⨯=U P I3.02A 45.300332202122121=⨯===I U U I N N I6-6．答：A 2.811102000222=⨯==U S IA 1.92202000111===U S I6-7．答：22211)(Z N N Z = 10)'300(6)80300(222⨯=⨯N 10380610'2≈⨯=N 6-8．答：Ω=⨯==22055)110220()(222211Z N N Z。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
6.1.4 磁路的欧姆定律
• 磁路的欧姆定律是磁路最基本的定律。 I • N • • • 假设铁心横截面积各处相等，线圈是密绕的，且绕的 很均匀，则电流沿铁心中心线产生的磁场各处大小相 等，设磁路的横截面积为S，磁路的平均长度为 l，根 据磁场强度B和励磁电流压器
• • • • • • 学习目标 理解磁路的概念，掌握磁路的主要物理量。 理解磁通势、磁阻的概念，掌握磁路欧姆定律。 理解交流铁心线圈电路及有关特点。 掌握变压器的基本结构及工作原理。 了解几种常用变压器的结构特点及工作原理。
6.1 磁路的基本知识
• 在电气工程中大量用到的电机、变压器、电磁铁 及某些电工测量仪表等电气设备，都是利用电磁 相互作用进行工作的，其内部都有铁心线圈，这 些铁心线圈中不仅有电路问题，而且有磁路问题。 本章将介绍有关磁路与变压器的知识。
• 2．自耦变压器 • 自耦变压器分可调式和固定抽头两种形式。图6-15 所示是可调式自耦变压器的外形图和原理电路图。
I1
a
I2 U2
ZL
U1
N1 N2
• 3．电流互感器 • 电流互感器的作用是将电路中的交流大电流转换成 小电流，用于测量或保护。它的结构与普通变压器 相似，如图6-16a所示。它的特点是：—次绕组的 导线较粗、匝数少(只有一匝或几匝)，使用时—次 绕组与被测电路串联，由于阻抗很小，对被测电路 的电流几乎不发生影响；二次绕组的导线较细、匝 数多，使用中规定与专用的5A或1A电流表相接。 • 电流互感器是根据变压器的变流原理制成的，即
1 10
2
2
3）变压器的阻抗变换
• 在电子设备中，为了获得较大的功率输出，往往对 负载的阻抗有一定要求。然而负载阻抗是给定的， 不能随便改变，为了使它们之间配合得更好，常采 用变压器来获得所需要的等效阻抗，变压器的这种 作用称为阻抗变换。其原理电路如图6-13所示，
I1 U 1 N1 I2 N2 U 2 U1 I1
2
• 以上计算说明，同一负载经变压器阻抗匹配后，信 号源输出功率大于与信号源直接相连时的输出功率。
6.3.4 几种常用的变压器
• 1．三相变压器 • 三相变压器有三个一次绕组和三个二次绕组，可分别 联结星形或三角形接法。三相变压器的铁心多采用三 铁心柱式结构。如图6-14a所示。它的三根铁心柱上 分别套装有完全一样的高、低压绕组，相当于三台单 相变压器。三相高压绕组的首端和末端分别用A、B、 C和X、Y、Z标记，三相低压绕组的首端和末端分别 用a、b、c和x、y、z标记。三相高、低压绕组都是对 称的，因此电压的变换也是对称的。
• 1．高导磁性 • 当在外磁场的作用下铁磁物质的磁畴就顺着外 磁场的方向转向，显示出磁性。随着外磁场的增 强，磁畴就逐渐转到外磁场相同的方向上，这样 便产生了很强的与外磁场同方向的磁化磁场，使 磁性物质内的磁感应强度大大增强，这种现象称 为磁化。磁性物质的磁化如图6-2所示。
外磁场
a)
b)
• 非铁磁材料没有磁畴结构，所以不具有磁化特性。 • 通电线圈中放入铁心后，磁场会大大增强，这时 的磁场是线圈产生的磁场和铁心被磁化后产生的 附加磁场的叠加。变压器、电机和各种电器的线 圈中都放有铁心，在这种具有铁心的线圈中通入 不大的励磁电流，便可产生足够大的磁感应强度 和磁通。
m
U 4 .44 fN m
6.2.2功率损耗
• 在交流铁心线圈中，除了在线圈电阻上有功率损 耗(这部分损耗叫铜损 ， PCu 表示)， • 由于铁心在交变磁化的情况下也引起功率损耗(这 部分损耗叫铁损，用 PFe 表示)，铁损是由铁磁物 质的涡流和磁滞现象所产生的。 • 因此，铁损包括磁滞损耗和涡流损耗两部分。
i1 + u1 _ N1 N2 i2 + u2 _ ZL
图6-9 变压器结构示意图
• 绕组通常用绝缘的铜线或铝线绕成，一个绕组与电 源相连，称为一次绕组；另一个绕组与负载相连称 为二次绕组。
6.3.2 变压器的工作原理
• 变压器的基本工作原理就是以电磁感应现象为基 础，通过一个共同的磁场，实现两个或两个以上 绕组的耦合，从而进行交流电能的传递与转换。
6.1.1磁路的概念
• 当线圈通以电流时，磁通大部分经过铁心而形成闭 合回路，这种磁通集中通过的路径就称为磁路。 • 电磁铁是由励磁绕组(线圈)、静铁心和动铁心(衔铁) 三个基本部分组成。当励磁绕组通以电流时，磁场 的磁通绝大部分通过铁心、衔铁及其间的空气隙而 形成闭合的磁路，这部分磁通称为主磁通。但也有 极小部分磁通在铁心以外通过大气形成闭合回路， 这部分磁通称为漏磁通。
B
NI l
H
• 由此式可得
NI Hl l l S
B
(6-4) • 可见，铁心中的磁通 与通过线圈的电流I、线圈 的匝数N以及磁路的截面积S成正比，与磁路的长 度l成反比，还与组成磁路的材料磁导率 成正比。 由于式（6-4）在形式上与电路的欧姆定律相似， 称为磁路的欧姆定律。
• 3．磁导率 • 磁导率是表示物质磁性能的物理量，它的单位是亨/米 （H/m）。真空的磁导率 。
0 4 10 7 H/m
• 任意一种物质的磁导率与真空的磁导率之比称为相对 r 磁导率，用 表示，即 (6-2) • 4．磁场强度H • 磁场强度是进行磁场分析时引用的一个辅助物理量， 为了从磁感应强度B中除去磁介质的因素，定义为 B H • 或 B H
6.3 变压器
• 变压器是利用电磁感应原理传输电能或信号的器 件，具有变压、变流和隔离作用。它是一种常见 的电气设备，在电力系统和电子线路中应用广泛。 尽管它种类繁多、大小悬殊、用途各异，但基本 结构和工作原理是相同的。
6.3.1 变压器的结构
• 图6-9所示，是一个简单的双绕组变压器，在一个 闭合铁心上套有两个绕组，绕组和绕组之间及绕组 与铁心之间都是绝缘的。
• 【例6-1】交流信号源的电动势E=120V，内阻 r 800 ， Ω 负载电阻 R 8Ω。试求： • (1)将负载直接与信号源相连时，求信号源输出功率； • (2)将交流信号源接在变压器一次侧，RL接在二次侧， 通过变压器实现阻抗匹配,则变压器的匝数比和信号源 的输出功率为多少? • 解：(1)负载直接与信号源相连
r 0
6.1.3 铁磁材料
• 根据导磁性能的好坏，自然界的物质可分为两大 类。一类物质称为铁磁材料，如铁、钢、镍、钴 等，这类材料的导磁性能好，磁导率值大；另一 类为非铁磁材料，如铜、铝。 • 铁磁材料是制造变压器、电机、电器等各种电工 设备的主要材料，铁磁材料的磁性能对电磁器件 的性能和工作状态有很大影响。铁磁材料的磁性 能主要表现为高导磁性、磁饱和性和磁滞性。
2．磁饱和性
• 在铁磁材料的磁化过 程中，随着励磁电流 的增大，外磁场和附 加磁场都将增大，但 当励磁电流增大到一 定值时几乎所有的磁 畴与外磁场的方向一 致，附加磁场就不在 随励磁电流的增大而 继续增强，这种现象 称为磁饱和现象。
图6-4 不同材料的磁化曲线
3．磁滞性
• 如果励磁电流是大小和方 向都随时间变化的交变电 流，则铁磁材料将受到交 变磁化。在电流交变的一 个周期中，磁感应强度B 随磁场强度H变化的关系 如图6-5所示。
I1 I2 N2 N1 1 K
• 如令
Ki
1 K
,则
I1 K i I 2
思考与练习
• 6-3-1变压器能否用来变换直流电压？如果将变压 器接到与它的额定电压相同的直流电源上，会产 生什么后果？ • 6-3-2 一台变压器的额定电压为220V/110V，若不 慎将低压边接到220V的交流电源上，能否得到 440V的电压？如果将高压边接到440V的交流电 源上，能否得到220V的电压？为什么？ • 6-3-3如果把自耦调压器具有滑动触头的二次侧错 接到电源上，会有什么后果？为什么？
ZL
ZL
•
变压器阻抗变换在电子技术中经常用到。例如， 在扩音机设备中，如果把喇叭直接接到扩音机上， 由于喇叭的阻抗很小扩音机电源发出的功率大部 分消耗在本身的内阻抗上，喇叭获得的功率很小， 声音微弱。理论推导和实验测试可以证明：负载 阻抗等于扩音机电源内阻抗时，可在负载上得到 最大的输出功率，称为阻抗匹配。因此，在大多 数的扩音机设备与喇叭之间都接有一个变阻抗的 变压器，通常称之为线间变压器。
2．涡流损耗
• 交变磁通穿过铁心时，铁心中在垂直于磁通方向的平 面内要产生感应电动势和感应电流，这种感应电流称 为涡流。由于铁心本身具有电阻，涡流在铁心中也要 产生能量损耗，称为涡流损耗。 • 涡流在变压器、电机、电器等电磁元件中消耗能量、 引起发热，因而是有害的。但有些场合，例如感应加 热装置、涡流探伤仪等仪器设备，却是以涡流效应为 基础的。 • 综上所述，交流铁心线圈电路的功率损耗为 (6-7) P PCu PFe PCu Pe Ph
1．磁滞损耗
• 铁心在交变磁通的作用下被反复磁化，在这一 过程中，磁感应强度B的变化落后于H，这种现 象称为磁滞，由于磁滞现象造成的能量损耗称 为磁滞损耗。用 Ph 表示。 • 它是由铁磁材料内部磁畴反复转向，磁畴间相 互摩擦引起铁心发热而造成的损耗。铁心单位 面积内的每周期产生的磁滞损耗与磁滞回线所 包围的面积成正比。 • 为了减少磁滞损耗，交流铁心均由软磁材料制 成。
S
NI F F IN l Rm S
Rm
l
思考与练习
• 6-1-1什么是磁路、磁感应强度？ • 6-1-2.什么是磁阻、磁通势？分别写出磁阻、磁通势 的公式？ • 6-1-3 写出磁路欧姆定律的表达式，说明磁通与磁导 体的面积、长度及磁导率的关系。 • 6-1-4 铁磁材料反复磁化形成的闭合曲线有何特征？
2）电流变换作用
• 由于空载电流很小，在额定情况下 N I 相对于 N 1 I1 N I 可以忽略不计，由式 或 • 可得 N1 I1 N 2 I 2 • (6-10) • 用有效值表示，则有 I1 N2 1 • I2 N1 K • (6-11) • 上式说明，变压器一次、二次绕组的电流在数值上近 似地与它们的匝数成反比。必须注意，变压器一次绕 组电流的大小是由二次绕组电流的大小来决定的。