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1、.,1,第3章 磁路与变压器,3.1 磁路及其分析方法,3.2 交流铁心线圈电路,3.3 变压器,.,2,一、磁路,3.1 磁路及其分析方法,磁路：主磁通所经过的闭合路径。,线圈通入电流后，产生磁通，分主磁通和漏磁通。,.,3,磁场的特性可用磁感应强度、磁通、磁场强度、 磁导率等几个物理量表示。,1、磁感应强度,与磁场方向相垂直的单位面积上通过的磁通（磁 力线），可表示磁场内某点的磁场强弱和方向。,B的单位：特斯拉（T） 1T104Gs 的单位：韦伯,矢量,二、磁场的基本物理量,.,4,2、磁通 磁感应强度B与垂直于磁场方向的面积S的乘积， 称为通过该面积的磁通。,如 磁场内各点的磁感应强度的
2、大小相等，方向相同， 这样的磁场则称为均匀磁场。,BS,的单位：伏秒，通称为韦伯 Wb 或麦克斯韦Mx 1Wb108Mx,.,5,3、磁场强度,磁场强度是计算磁场所用的物理量，其大小为磁 感应强度和导磁率之比。,H的单位：安米 的单位：亨米,矢量,4、磁导率 磁导率 是一个用来表示磁场媒质磁性和衡量物质导磁能力的物理量。,.,6,真空中的磁导率为常数,一般材料的磁导率 和真空磁导率 0 的比值，称为 该物质的相对磁导率 r,或,.,7,磁性材料的磁性能,一、高导磁性 指磁性材料的磁导率很高， r1，使其具有 被强烈磁化的特性。,三、磁性材料的磁性能,高导磁性、磁饱和性、磁滞性、非线性,磁性物质
3、的磁化,.,8,二、磁饱和性 当外磁场（或励磁电流）增大到一定值时，磁性 材料的全部磁畴的磁场方向都转向与磁场的方向一致， 磁化磁场的磁感应强度BJ达到饱和值。 磁化 曲线：,B和与H的关系,.,9,三、磁滞性 当铁心线圈中通有交变电流（大小和方向都变化） 时，铁心就受到交变磁化，电流变化时，B随H而变化， 当H已减到零值时，但B未回到零，这种磁感应强度滞 后于磁场强度变化的性质称磁性物质的磁滞性。,磁滞回线,剩磁：当线圈中电流减到零 （H0），铁心在磁化时所 获的磁性还未完全消失，这 时铁心中所保留的磁感应强 度称为剩磁感应强度Br,.,10,铁磁材料分类：,软磁材料（磁滞回线窄长。常用做磁
4、头、磁心等）,永磁材料（磁滞回线宽。常用做永久磁铁）,矩磁材料（磁滞回线接近矩形。可用做记忆元件）。,.,11,电流方向和磁场强度的方向 符合右手定则，电流取正； 否则取负。,1、安培环路定律（全电流定律）： 磁场中任何闭合回路磁场强度的线积分,等于通过这个闭合路径内电流的代数和.即,四、磁路的分析方法,.,12,其中,l x2 x是半径为x的圆周长 Hx是半径 x 处的磁场强度 FNI即线圈匝数与电流的乘积，称磁通势 单位为安培（A）,在无分支的均匀磁路（磁路的材料和截面积相同，各处的磁场强度相等）中，如环形线圈，安培环路定律可写成：,.,13,讨论,磁场内某一点的磁场强度H与有关吗？,由上
5、式可知，磁场内某一点的H只与电流大小、线圈匝数及该点的几何位置有关，而与 无关,H与B不成比例,.,14,2、磁路的欧姆定律,对于环形线圈,磁路的 欧姆定律,说明,F=NI为磁通势 Rm为磁阻 l为磁路的平均长度 S为磁路的截面积,.,15,磁路和电路的比较（一）,磁 路,电 路,磁通,I,N,R,+,_,E,I,磁压降,磁通势,U,.,16,基本定律,磁阻,磁感应 强度,安培环路 定律,磁 路,I,N,欧姆定律,电阻,电流 强度,基氏 电压定律,基氏 电流定律,磁路与电路的比较 (二),电 路,R,+,_,E,I,.,17,3、磁路的计算,在计算电机、电器等的磁路时，要预先给定铁心中的磁通（
6、或磁感应强度），而后按照所给的 磁通及磁路各段的尺寸和材料去求产生预定磁通所需的磁通势FNI。 计算均匀磁路要用磁场强度H，即NIHl， 如磁路由不同的材料、长度和截面积的几段组 成，则磁路由磁阻不同的几段串联而成。 NIH1 l1H2 l2（H l）,.,18,如：由三段串联而成的继电器磁路,NIH1 l1H2 l2 H0（H l）,.,19,励磁电流：在磁路中用来产生磁通的电流,3.2 交流铁心线圈电路,铁心线圈分为：直流铁心线圈和交流铁心线圈,.,20,I,U,直流磁路的特点:,（R 为线圈的电阻）,一. 直流磁路的分析,.,21,二.交流磁路的分析 (交流铁心线圈电路),1. 电磁关系
7、,.,22,电路方程：,一般情况下,：主磁通,：漏磁通,2.电压电流关系,.,23,假设,则,最大值,有效值,.,24,交流磁路的特点:,.,25,交流磁路中磁阻 对电流的影响,电磁铁吸合过程的分析：,在吸合过程中若外加电压不变, 则 基本不变。,i,u,.,26,(U不变，I不变）,( I 随 Rm 变化）,（ U不变时， 基本不变）,直流磁路,交流磁路,磁路小结,（,随Rm变化）,.,27,铁损PFe:,磁滞损耗: Ph:磁滞现象引起铁芯发热造成的损失。,涡流损耗Pe:交变磁通在铁芯中产生 的感应电流（涡流）， 造成的损失。,克服方法:,1.磁滞损耗: 选用软磁材料.,2.涡流损耗:采用硅
8、钢片,叠加而成,3. 功率损耗,铜损Pcu: 线圈电阻R上的损耗（ ）.,铁心线圈交流电路的有功功率为：,.,28,变压器是变换各种交流电压的电器。它是利用电磁感应定律并通过磁路的耦合作用, 把某一个数量级的交流电压，变换成同频率的另一个数量级的交流电压的能量变换装置。,3.3 变压器,变压器应用举例,.,29,变压器铁心: 硅钢片叠压而成。 变压器绕组: 高强度漆包线绕制而成。 其它部件: 油箱、冷却装置、保护装置等。,铁心,线圈,2. 构造,壳式变压器,心式变压器,铁心,线圈,按用途分: 电力变压器，特种用途变压器。 按相数分: 单相、三相和多相变压器。 按绕组数分: 双绕组、多绕组及自耦
9、变压器。,1. 分类,概述,.,30,各式各样的变压器,.,31,单相变压器,结构：,3.3.1 变压器的工作原理,.,32,电磁关系：,N1,N2,.,33,空载运行 ：一次绕组接入电源，二次绕组开路。,接上交流电源,1. 电压变换,-,+,-,+,.,34,结论：改变匝数比，就能改变输出电压。,K为变比,根据交流磁路的分析 可得：,时,.,35,负载运行：,二次绕组带负载后对磁路的 影响：在二次绕组感应电压的 作用下，二次绕组线圈中有了 电流 i2 。此电流在磁路中 也会产生磁通，从而影响一次绕组电流 i1。但当外加电压、频率不变时，铁芯中主磁通的最大值在变压器空载或有负载时基本不变 。
10、所以，带负载后磁动势的平衡式为：,2. 电流变换,.,36,结论：一次、二次绕组电流与匝数成反比,由于变压器铁芯材料的导磁率高、空载励磁电流 很小，可忽略 。即：,.,37,从一次绕组等效：,结论：变压器一次绕组侧的等效负载，为二次绕组所带负载乘以变比的平方。,3. 阻抗变换,.,38,例：扬声器上如何得到最大输出功率,求：负载上得到的功率,解：（1）将负载直接接到信号源上，得到的输出功 率为：,.,39,（2）将负载通过变压器接到信号源上。,输出功率为：,结论：由此例可见加入变压器以后，输出功率提高了 很多。,.,40,二次输出电压和输出电流的关系。即：,U20：一次边加额定电压、 二次边开
11、路时，二次边的输 出电压。,一般供电系统希望要硬特性（随I2的变化，U2 变化不多）,3.3.2 变压器的外特性,.,41,为防止涡流损失，铁芯一般由一片片导磁材料叠成(如硅钢片)。,3.3.3 变压器的损耗与效率(),.,42,一. 自耦变压器,使用时，改变滑动端的位置，便可得到不同的输出电压。实验室中用的调压器就是根据此原理制作的。注意：原、副边千万不能对调使用，以防变压器损坏。因为N变小时，磁通增大，电流会迅速增加。,3.3.4 特殊变压器简介,（调压器）,.,43,二.电流互感器：用低量程的电流表测大电流,被测电流=电流表读数 N2/N1,1. 二次不能开路，以 防产生高电压； 2.
12、铁心、低压绕组的 一端 接地，以防在 绝缘损坏时，在二次出现过压。,使用注意事项：,.,44,当电流流入两个线圈(或流出）时，若产生的磁通方向相同，则两个流入端称为同极性端（同名端）。或者说，当铁芯中磁通变化（增大或减小）时，在两线圈中产生的感应电动势极性相同的两端为同极性端。,同极性端(同名端),3.3.5变压器绕组的极性,.,45,电器使用时两种电压（220V/110V）的切换：,220V： 联结 2 3,110V： 联结 1 3，2 4,线圈的接法,.,46, 额定电压 变压器二次侧开路（空载）时，两边绕组允许的电压值。, 额定电流 变压器满载运行时，两边绕组允许的电流值。,3.3.6 变压器的铭牌数据（以单相变压器为例）,.,47,注意：变压器几个功率的关系,