单元5-磁路与铁芯线圈电路-思考与练习题及习题参考答案

单元5思考与练习题P205-5.15.1.1磁感应强度B与磁场强度H有什么区别?答：磁感应强度B表示磁场内某点磁场强弱和方向的物理量,它是一个矢量，单位为T(特)。磁场强度H是计算磁场时所引用的一个物理量,其定义为磁场中某点的磁感应强度B与介质的磁导率μ之比,单位为安培/米(A/m)。B=μH5.1.2什么是磁路?与电路的对比关系如何?答：磁通(磁力线)集中通过的闭合路径称为磁路。磁路中的磁通势类似电路中的电动势、磁通类似电流、磁感应强度类似电流密度、磁阻类似电阻。磁路中的欧姆定律Φ=F/Rm类似电路欧姆定律I=E/R。5.1.3分别举例说明剩磁和涡流的有利一面和有害一面。答：剩磁有利一面：如永磁式扬声器、电动机和发电机中的永磁体、磁电式仪表利用剩磁提供持续磁场，无需外部能源即可维持磁性，提高设备效率。剩磁有害一面：如变压器断电后铁芯残留剩磁，重新通电时可能导致磁通突变，产生瞬间大电流（涌流），损坏设备。剩磁可能影响磁强计、MRI设备等精密仪器的测量精度，需额外消磁处理。涡流有利一面：如电磁炉加热，是利用交变磁场在锅底金属中产生涡流，电阻发热实现高效烹饪，无明火更安全。涡流制动系统，火车或过山车通过电磁铁在金属轨道上感应涡流，产生反向磁场形成制动力，实现非接触减速。涡流有害一面：如变压器或电机铁芯中的涡流会导致发热（涡流损耗），降低效率，通常需用叠片铁芯减少损耗。精密仪表（如电流计）中，涡流产生的阻尼可能使指针摆动迟缓，影响测量响应速度。5.1.4铁芯线圈中通过直流,是否有铁损耗?答：铁损耗包括磁滞损耗和涡流损耗两种，它们均由磁通的交变而引起。当铁心线圈通过直流电流时，磁通不发生交变，所以没有铁损耗。5.1.5有一匀强磁场,磁感应强度B=0.13T,磁感应线垂直穿过S=10cm2的平面,介质的相对磁导率μr=3000,求磁场强度H和穿过平面的磁通Φ。答：磁场强度(A/m)磁通(Wb)5.1.6已知铸铁的B1=0.3T,铸钢的B2=0.9T,硅钢片z的B3=0.9T,查取图5-5磁化曲线H1、H2、H3各为多少?答：(A/m)；(A/m)；(A/m)；5.1.7有一交流电磁铁,其匝数为N,交流电源电压的有效值为U,频率为,分析以下几种情况下吸力如何变化。设铁芯磁通不饱和。(1)电压U减小,频率和匝数N不变。(2)频率增加,电压U和匝数N不变。(3)匝数N减少,电压U和频率不变。答:交流电磁铁的吸力公式为,吸力与磁通密度成正比，磁通密度与磁通的关系，几种情况下吸力,分析如下。电压U减小,与N不变:在关系式中,因为和N不变,所以若U减小,则减小，减小,故吸力也减小。频率增加,U和N不变:在关系式中,因为U和N不变,所以若增加，则减小,减小,故吸力减小。匝数N减少,U和不变:在关系式中,因为U和不变,所以若N减少，则增大,增大,故吸力增大。P218-5.25.2.1什么是变压器的变化率?有何意义?答：电压的变化率，反映了变压器在负载变化时维持输出电压稳定的能力。变化率越小，说明变压器在负载波动时输出电压越稳定，供电质量越高。5.2.2变压器中有哪些损耗?它们是什么原因产生的?什么是变压器的效率?答：变压器的功率损耗包括铁芯中铁损耗ΔPFe和绕组上的铜损耗ΔPCu两部分。铁芯损耗的大小与铁芯内磁感应强度的最大值Bm有关,与负载大小无关,所以又称不变损耗。铜损耗则与负载大小(正比于电流的平方)有关,称为可变损耗。变压器的效率常用下式表示η=P2P1效率随负载率（实际负载与额定负载的比值）变化。通常在

50%~75%额定负载时达到最大值。当铜损等于铁损时ΔPCu5.2.3某单相变压器一次侧电压为220V,二次侧电压为36V,二次绕组的匝数为225匝,求变压器的变比和一次绕组的匝数。答:U1U2所以变比5.2.4如果变压器一次绕组的匝数增加一倍,而所加电压不变,励磁电流将如何变化?答：若变压器一次绕组匝数增加一倍且电压不变，励磁电流将减小为原来的四分之一。因为，变压器一次绕组的匝数增加一倍,而所加电压不变，减小一倍。而，匝数为2倍，为二分之一，所以励磁电流将减小为原来的四分之一。5.2.5变压器铭牌上标出的额定容量是指什么?单位是“千伏安”,而不是“千瓦”,为什么?答：变压器铭牌上标出的额定容量是指其在额定电压和频率下能够持续输出的最大视在功率，单位为千伏安（kVA）。视在功率（S，单位kVA）,电压V与电流I的乘积，代表变压器的总承载能力，包括有功功率P和无功功率Q。有功功率（P，单位kW）：实际被负载转化为有用功的功率。kVA是变压器的“总容量标尺”，而kW是实际“可用能量”的度量。5.2.6有一空载变压器,一次侧加额定电压220V,并测得一次绕组电阻R1=10Ω,试问一次绕组电流是否等于22A?答：一次绕组电流不等于22A，要小于22A。因为变压器工作在交流状态下，绕组的阻抗包含电阻和感抗,所以总阻抗,电流大小为空载时，电流主要为励磁电流，用于建立铁芯中的主磁通。由于铁芯的高磁导率，感抗远大于电阻,所以电流远远小于22A。5.2.7有一扬声器的阻抗Rz=8Ω,为了在输出变压器的一次侧得到256Ω的等效阻抗,求输出变压器的变比。答：变压器的阻抗,所以变比为习题5-P2235.1填空题。(1)线圈产生感应电动势的大小正比于通过线圈的磁通量的变化率。

(2)磁路的磁通等于磁动势与磁阻之比,这就是磁路的欧姆定律。

(3)变压器是由铁芯和绕组组成的。

(4)变压器有变换电压、变换电流和变换阻抗的作用。

(5)变压器铁芯导磁性能越好,其励磁电抗越大,励磁电流越小。

(6)变压器在运行中,绕组中电流的热效应所引起的损耗称为铜损耗;交变磁场在铁芯中所引起的磁滞损耗和涡流损耗合称为铁损耗。铁损耗又称为不变损耗;铜损耗称为可变损耗。

5.2选择题。(1)磁感应强度的单位是(c)。a.韦伯(Wb)b.安培/米(A/m)c.特斯拉(T)(2)磁性物质的磁导率不是常数,因此(a)。a.B与H不成正比 b.Φ与B不成正比 c.Φ与I成正比(3)在交流铁芯线圈中,如果铁芯截面积减小,其他条件不变,则磁通势(a)。a.增大 b.减小 c.不变(4)当变压器的负载增加后,则(c)。a.铁芯主磁通Φm增大b.二次电流I2增大,一次电流I1不变c.一次电流I1和二次电流I2同时增大(5)50Hz的变压器用于25Hz时,则(c)。a.Φm近似于不变 b.一次电压U1降低 c.绕组可能烧坏(6)为了减小涡流损耗,交流铁芯线圈中的铁芯由硅钢片(b)叠成。a.垂直磁场方向 b.顺着磁场方向 c.任意(7)交流铁芯线圈的匝数固定,当电源频率不变时,则铁芯中主磁通的最大值基本上决定于(a)。a.电源电压 b.磁路的结构 c.线圈阻抗(8)交流电磁铁在吸合过程中气隙减小,则磁路磁阻(b),铁芯中的磁通Φm(c),线圈电感(a),线圈感抗(a),线圈电流(b),吸力平均值(c)。a.增大 b.减小 c.近似不变d.不变(9)直流电磁铁在吸合过程中气隙减小,则磁路磁阻(b),铁芯中的磁通Φ(c),线圈电感(a),线圈电流(a),吸力(a)。a.增大 b.减小 c.近似不变d.不变(10)变压器一次绕组加220V电压,测得二次绕组开路电压为22V,二次绕组边接负载RL=11Ω,二次绕组电流I2与一次绕组电流I1比值为(b)。a.1 b.10 c.1005.3有一线圈,其匝数N=1000,绕在由铸钢制成的闭合铁芯上,铁芯的截面积AFe=20cm2,铁芯的平均长度lFe=50cm。如果在铁芯中产生磁通Φ=0.002Wb,求出线圈中应通入多大的直流电流。答：(1)这是一个均匀磁路,磁感应强度为(2)查铸钢的磁化曲线,磁场强度为、国(3)励磁电流5.4为了求出铁芯线圈的铁损耗,先将它接在直流电源上,测得线圈电阻为1.75Ω,然后再接在交流电源上,测通电压U=120V,功率P=70W,电流I=2A,求铁损耗和线圈的功率因数。答：(1)接直流电源:测得线圈电阻R=1.75Ω。(2)接交流电源:测得功率P=70W,是铜损耗和铁损耗的总和,其中铜损耗铁损耗线圈功率因数5.5有一台100kV·A,100kV/0.4kV的单相变压器,在额定负载下运行,已知铜损耗为2270W,铁损耗为546W,负载功率因数为0.8,求满载时变压器的功效率。答：满载时变压器的效率为：5.6有一单相照明变压器,容量为10kV·A,电压3300/220V。在二次绕组接上60W/220V的白炽灯,要求变压器在额定情况下运行,试求可接多少个这种白炽灯,并求一次绕组、二次绕组的额定电流。答：(1)白炽灯,变压器额定运行时,电灯消耗的总功率应等于变压器的额定容量。设可接灯数为n,则(2)一次、二次绕组的额定电流为5.7如图5-43所示,将RL=8Ω的扬声器接于输出变压器的二次绕组,已知N1=300,N2=100,信号源电动势E=6V,内阻R0=100Ω,试求信号源输出的功率。图5-43答：解:(1)负载RL,反映到一次侧的等效电阻为(2)信号源输出功率为5.8有一电源变压器,原绕组有550匝,接于220V电压。二次绕组有两个:一个电压36V,负载36W;另一个电压12V,负载24W。两个都是纯电阻负载时,求一次绕组电流I1和两个二次绕组的匝数。答：（1）求两个二次绕组的匝数，根据变压器电压比公式​​对于电压为36V的二次绕组：,计算出二次绕组匝数为：同理对于电压为12V的二次绕组：（2）求一次绕组电流I1变压器为理想变压器，输入功率等于输出功率，即（其中为一次侧功率，分别为两个二次侧功率）。所以5.9如图5-44所示,输出变压器的二次绕组有抽头,以便接8Ω或3.5Ω的扬声器,两者都能达到阻抗匹配,求二次绕组两部分的匝数之比N2/N3。图5-44答：(1)8Ω扬声器匹配时(2)3.5Ω扬声器匹配时(3)两者都能达到匹配时，建立等式5.10如图5-45所示,电压变压器有3个二次绕组,问能得出多少种输出电压?图5-45答：将三个绕组单独使用或按不同极性串联,可获得多种输压(因为三个二次绕组电压大小不同,所以不能并联输出)。(1)三个二次绕组单独使用,可输出三种电压:1V、3V和9V。(2)两个二次绕组顺向串联,可输出三种电压:(1+3)V=4V、(1+9)V=10V、(3+9)V=12V(3)两个二次绕组反向串联,可输出三种电压:(3-1)V=2V、(9-1)V=8V、(9-3)V=6V(4)两个二次绕组顺向串联后,再和余下的一个二次绕组反向串,可输出三种电压:(9+3-1)V=11V、(9+1-3)V=7V、(9-(1+3)