第14章铁心线圈与变压器

会计学1第14章铁心线圈与变压器磁路：主磁通所经过的闭合路径。F14.1.1铁磁性材料的磁性能

线圈通入电流后，产生磁通，分主磁通和漏磁通。F：主磁通F：漏磁通铁心（导磁性能好的铁磁性材料）14.1磁路的基本概念i第1页/共43页磁路的基本物理量及相互间的关系SBF=复习磁感应强度（磁通密度）：B：单位：特斯拉（T）磁通：F

：单位：韦伯（Wb）磁动势：F：单位：安（A）磁场强度：H：单位：安/米（A/m）磁导率：：单位：亨/米（H/m）F=NIlHNI=表征各种材料导磁能力的物理量mBH=第2页/共43页

真空中的磁导率()为常数0m称为这种材料的相对磁导率

一般材料的磁导率m和真空中的磁导率mr之比，，则称为磁性材料，则称为非磁性材料-70104=pm·非磁性材料：磁导率低，如真空、空气；磁性材料：磁导率高，如铁磁物质。第3页/共43页磁性材料的磁性能非线形；高导磁性；磁饱和性；磁滞性。基本磁化曲线：B=f（H）或

F=f（I）H（I）B（

F）0baB（

F）H（I）ti励磁电流ti001122334455661第4页/共43页

根据磁性能，磁性材料又可分为三种：软磁材料（磁滞回线窄长。常用做磁头、磁心等）、永磁材料（磁滞回线宽。常用做永久磁铁）、矩磁材料（滞回线接近矩形。可用做记忆元件）。B（

F）H（I）B（

F）H（I）B（

F）H（I）第5页/共43页对于均匀磁路14.1.2磁路的欧姆定律则：

INSL由于磁性材料的不常数，磁路欧姆定律只用作定性分析，不做定量计算。slRmm=令：Rm

称为磁阻φmRLSNIF==m注意！第6页/共43页例1一环型铁心线圈，尺寸如图示，铁心材料为铸钢，磁路中含有长度为两厘米的空气隙。设线圈中通有1A的电流，如要得到0.9T的磁感应强度，试求线圈匝数。0.2cmI解:磁路的平均长度为L=(10+15)*3.14=39.2cm铸钢磁路的长度为L1=39.2-0.2=39cm查磁化曲线,当B=0.9T时，H=500AH1L1=500·39·10-2=195A气隙磁路长度为H0L0=B0/

0

=1440ANI=H1L1+H0L0=1635A?L0=0.2cm

0=410-7Hm第7页/共43页励磁电流：在磁路中用来产生磁通的电流。（线圈中的电流）14.2铁心线圈14.2.1直流铁心线圈励磁电流为直流：RUI=（R

为线圈的电阻）IUU一定I一定，与磁路特性无关；磁动势恒定：F=NI磁通：)(mRFΦ=Rm一定Φ

一定，恒定磁通，无感应电动势产生；功率损耗：P=I2R只由线圈中的电流和线圈电阻决定。第8页/共43页直流电磁铁磁路如图示。分在衔铁吸合前后的电流、磁通的变化情况。IU1）因电流只与电源电压和线圈电阻有关，所以，吸合前后电流不变：I=U/R2）因磁动势一定，F=NI吸合前，磁路中气隙大，磁阻大，Φ小；吸合后，磁路中气隙小，磁阻小，Φ大。)(mRFΦ=例2第9页/共43页：主磁通：漏磁通uΦsΦesei14.2.2交流铁心线圈交流励磁：线圈中上加正弦交流电压，励磁电流为交流电流产生交变磁通在线圈中产生感应电动势uΦsΦi（iN）e=-NdΦdtes=-NdΦ

sdt电流与磁通方向符合右螺旋法则第10页/共43页电路方程：eeuuR-+-+=)()(sΦ

：漏磁通，很小；R：线圈电阻，很小，1.基本电磁关系uΦsΦesei假设则tfNΦmwpcos2=最大值有效值mmfNΦUU44.42=tNΦumwwcosmmfNΦUp2第11页/共43页2、功率损耗P=Pcu+Pfe

铜损：Pcu=I2R铁损：Pcu=Ph+Pe

Ph：磁滞损耗：

铁心材料的磁滞回线面积采用软磁性材料做铁心可以减少磁滞损耗。Pe：涡流损耗：与铁心的截面积、电源频率、磁感应强度有关。采用顺磁场方向的硅钢片叠成的铁心可以减少涡流损耗。第12页/共43页mNfUF44.4

当外加电压U、频率f

与线圈匝数N一定时，

便一定。mΦ3.交流磁路的特点mR

一定，磁动势IN随磁阻

的变化而变化；mΦmRΦIN=uiX0R0RX线圈交流铁心线圈的串联等效电路：第13页/共43页在吸合过程中若外加电压U不变,则Φ

不变。iumRΦIN=电磁铁吸合后(气隙小）

小电流小。mR如果气隙中有异物卡住，电磁铁长时间吸不上，线圈中的电流一直很大，将会导致过热，把线圈烧坏。交流电磁铁磁路如图示。分在衔铁吸合前后的电流、磁通的变化情况。电磁铁吸合前(气隙大）

大电流大；mR例3注意！第14页/共43页变压器功能：变电压：电力系统变阻抗：电子电路中的阻抗匹配（如喇叭的输出变压器）变电流：电流互感器14.3变压器第15页/共43页

发电厂1.05万伏输电线22万伏升压变电站

1万伏降压

变压器应用举例…降压实验室380/220伏降压仪器36伏降压第16页/共43页单相变压器铁芯原边绕组副边绕组14.2.1变压器的结构铁心：变压器的磁路。高、低压绕组.原边（一次绕组）：接电源的绕组副边（二次绕组）：接负载的绕组变压器符号：第17页/共43页14.3.2工作原理工作过程u2Φi1N1u1i2N2参考方向的确定：

原边是电源的负载；

副边是负载的电源；N1N2e1e2

原、副边的e与符合右螺旋法则；第18页/共43页空载运行：原边接入电源，副边开路。接上交流电源原边电流

i1等于励磁电流i10

产生感应电动势1i

i10

产生磁通

（交变）e,方向符合右螺旋法则1.电压变换注意第19页/共43页结论：改变匝数比，就能改变输出电压。K为变比1u根据交流铁心线圈的电磁关系分析可得：mΦNfE1144.4=U1mΦNfE2244.4=U2第20页/共43页有载运行：副边接入负载。E1

U1E2

U2忽略线圈电阻和漏磁通的影响所以，电压比为第21页/共43页2.电流变换ZNiNiNi102211+因为：空载时：励磁电流是：

i10磁动势是：i10N1有载时：励磁电流是：i1与

i2磁动势是：i1N1+i2N2所以：当电源电压的大小和频率一定时，铁心中的磁通大小一定。产生同样磁通的磁动势相等磁势平衡方程式：44.411mΦNfU第22页/共43页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。10i0Z0+11NI22NI11NI22NINiNiNi102211+即：第23页/共43页1）原、副边电流的大小与匝数成反比；结论2）副边电流对原边电流起去磁作用；3）副边电流取决于负载，原边电流取决于副边电流。ZRL

i2

i1

负载电阻增大时，原边电流如何变化？第24页/共43页LZ3.阻抗变换22IUZL=u1i122222211KZKIUKIKUIUZLL====第25页/共43页信号源电动势E=80V

，内阻R0=400，负载电阻RL=4。1）负载直接接在信号源上时，信号源的输出功率。1）将负载直接接到信号源上，得到的输出功率为：例2求：2）阻抗匹配时变压器的变比及输出功率功率。解：2）阻抗匹配时应使RL=R0将负载通过变压器接到信号源上变换阻抗。第26页/共43页ELR1N2NR0输出功率为：21=10NNK则变比：LLRKR2==400´´´第27页/共43页变压器满载运行时，原、副边绕组允许的电流值。NNNNNIUIUS2211==（理想）（以单相变压器为例）14.3.3变压器的主要技术指标变压器副边开路（空载）时，原、副边绕组允许的电压值。1）额定电压U1N/U2N2）额定电流I1N/I2N3）额定容量SN变压器输出的额定视在功率。第28页/共43页变压器输出功率与输入功率的比值。4）额定效率hN5）额定频率fN电源的工作频率。50Hz6）电压调整率U=U20-

U2U20100%（一般为5%左右）U2I2U20I2NU2NUI2U2第29页/共43页14.3.4变压器的同极性端1.同极性端(同名端)当电流流入(或流出）两个线圈时，若产生的磁通方向相同，则两个流入(或流出）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。AXax**AXax**Z**第30页/共43页

联结2－3，顺串1324**串联顺串：两异名端相连，相当于两匝数相加；反串：两同名端相连，相当于两匝数相减；

联结1－3，反串并联同名端两两相连。1-3连，2-4连2.线圈的正确连接第31页/共43页220V：联结2－3，1-4接电源。励磁两种接法下线圈工作情况的分析：**1324两线圈的额定电压为110V，若接于220V的电源，应如何连接？220v若1-3连接，2-4接电源，可能出现什么现象？第32页/共43页在极性不明确时，一定要先测定极性再通电！两个线圈中的磁通抵消烧毁感应电势电流

很大**1324’注意第33页/共43页110V：联结1－3，2－41,32,41324**励磁'若1-4、2-3分别连接后接电源，两线圈产生的磁通相互抵消，无感应电动势产生，110V电压将全部降在线圈电阻上，线圈将被烧毁。若异名端两两相连，会出现什么现象？第34页/共43页1.自耦变压器P14.3.5特殊变压器使用时，改变滑动端的位置，便可得到不同的输出电压。

N2连续可调，U2连续可调。注意

原、副边千万不能对调使用。

公共绕组部分不能断开。

公共端不能接火线。为什么？第35页/共43页2.电流互感器（被测电流）N1（匝数少）N2（匝数多）ARi1i2电流表被测电流=电流表读数

N2/N11）.副边不能开路，以防产生高电压；使用注意事项：用低量程的电流表测大电流2）.铁心、低压绕组的一端接地，以防在绝缘损坏时，在副边出现过压。第36页/共43页14.4电磁铁结构：铁心、绕组、衔铁IU工作原理：线圈通电产生电磁力吸合衔