磁路与变压器课件

磁路與變壓器第一節磁路

一磁路的基本概念二磁性材料的磁性能三磁路的基本定律返回返回一磁路的基本概念1.磁路

磁感應強度（B）：磁感應強度表示磁場中某點磁場強弱方向的物理量。如果磁場內各點的磁感應強度大小相等，方向相同，這樣的磁場稱為均勻磁場。2.磁路的基本物理量磁路就是磁力線或磁通集中通過的路徑。磁路是個閉合路徑。2磁通（Φ）：磁感應強度B與垂直於磁場方向的面積S的乘積，成為通過該面積的磁通。磁通的單位是韋伯（wb）.

Φ=BS返回

磁場強度（H）：表示磁場中與磁鐵材料無關的磁場大小和方向的物理量。磁場強度的單位是安/米（A/m）

H=B/µ磁感應強度的單位是特斯拉（T）

磁導率µ

：是用來衡量物質導磁能力的物理量。單位是亨/米(H/m)

真空磁導率

µ0=4π×10

－7(H/m)

相對導磁係數

µr=µ/µ0

若

µr=1

說明是非磁性材料。

若

µr>>1

說明是磁鐵材料返回二磁性材料的磁性能1高導磁性

磁性材料之所以具有高導磁性是因為內部具有磁疇結構。磁疇：由於磁性材料的分子之間有一種特殊的作用而使每一區域內的分子磁鐵都排列整齊，顯示磁性，這些區域稱為磁疇。返回磁疇：返回在無外磁場時磁疇任意排列，處於無序狀態，對外不顯磁性。返回在有外磁場作用時，磁場就順外磁場方向轉向，形成一個很強的與外磁場方向一致的磁化磁場，磁鐵材料被磁化。2磁飽和性磁化磁場不會隨著外磁場的增加而無限地增加當外磁場增加到一定值時，全部磁疇的方向都已與外磁場的方向一致，這時磁化磁場不在增強，B

達到最大值，這一特性稱為磁飽和性。HBOabc返回當磁鐵材料在交變磁場作用下，將受到交變磁化,曲線如圖。HB磁滯曲線返回3磁滯性可見，當H為零時，滯後一些時間才能到零值，這段為磁鐵材料的磁滯性。

當H到零時，鐵磁材料在磁化時所獲得的磁性不能完全消失，還要保留一定的磁性，這種磁性稱為剩磁Br。使B=0的H值，即HC稱為矯頑磁力。BrHC軟磁材料：具有較小的Br和HC磁滯回線較窄，它的導率很高，一般用來製作電極，變壓器等的磁心。硬磁材料：具有較大的Br和HC磁滯回線較寬，它們被磁化後，剩磁不易消失，一般用來製造永久磁鐵。返回磁鐵材料按磁滯回線形狀不同分為兩類：

在磁路中，磁場強度H沿任何一閉合路徑的線積分，等於包圍在閉合回路內各電流的代數和。返回

其中，凡是電流的方向與總積分路程的方向符合右手定則的取正，反之取負。1.全電流定律三、磁路的基本定律

若材料單一，結構均勻IXHSΦ

HL=IN

若材料、結構分段均勻IHL1L2L3L4返回2.磁路歐姆定律IΦNEIR電動勢E磁動勢F=I·N電流I磁通Φ電壓U=E磁壓HL=F電阻R=l/Sr磁阻Rm=L/Sμ電路歐姆定律

I=U/R磁路歐姆定律

Φ=F/

Rm返回Rm=L/µS稱為磁阻單位：1/H磁通Φ與磁動勢F成正比，與磁阻成反比，這就是磁路歐姆定律。注意：由於磁鐵材料的磁導率µ不是常數，所以Rm不是常數。所以磁路歐姆定律一般用於定性分析磁路，而不是直接通用於計算磁路。磁路的定量計算要湧泉電流定律輔以物質的磁化曲線來進行。返回例：在鐵心線圈中通直流電，N=1000匝，磁路平均長度L=30cm，截面積S=10cm2，工作點上相對磁導率μr=1137。與在鐵心中建立磁通Φ=0.001WB，電流I=？IΦNSL解：由HL=IN返回第二節交流鐵心線圈返回一各物理量之間的關係二鐵心線圈電路的能量損失三交直流磁路的比較返回

當鐵心線圈的勵磁電流為直流時成為直流鐵心線圈，當勵磁電流為交流時，就是交流鐵心線圈。交流鐵心線圈的電磁關係是分析交流電機、變壓器等電器的基礎。 一、各物理量之間的關係電磁關係如下：ui(in)Φe=-NdΦ/dtΦσeσ=-NdΦσ/dtiRΦ

：主磁通

Φó漏磁通iueeó返回列鐵心線圈的KVL方程：

u=-e-eσ

+iR一般線圈的電壓降eσ和漏感電動勢都很小，所以上式近似寫為：

u≈-e=Nd

Φ/dt設主磁通Φ=Φmsin（ωt）則：e=Nd

Φ/dt=-NωΦ

mcos(ωt)=2πfNΦmsin(ωt

-90°)=Emsin(ωt-90°)返回

這是一個常用公式，它表明當線圈匝數N及電源頻率f一定時，主磁通Φm的大小只取決於外加電壓的有效值U.Em=2πfNΦmE=Em/

=4.44fNΦmU=E=4.44fNΦm返回返回例:已知日光燈鎮流器的鐵心由矽鋼片疊成，平均磁路長度L=20cm，截面積S=7cm2，N=1000匝，接在工頻f=50Hz交流電路中，測得線圈的電壓有效值為192V。試求:1）主磁通Φm2）磁感應強度Bm3）勵磁電流I。解：把鎮流器相當一個鐵心線圈，則：U≈4.44fNΦmΦm=U／4.44fN=192／4.44×50×1000=8.65×10-4WbBm=Φm／S=8.65×10-4／7×10-4=1.24T查矽鋼磁化曲線得：Hm=0.6×103A/m二、鐵心線圈電路的能量損失1鐵心線圈電路的銅損無鐵心的線圈加交流電時線圈電阻上的功率損耗稱為銅損。

Pcu=I2R返回鐵心線圈的功率損耗主要有兩部分2鐵心線圈電路的鐵損

有鐵心的線圈加上交流電時，它產生的交變磁場在鐵心中產生能量損耗而使之發熱，這種能量損耗稱為鐵損。返回

磁滯損耗鐵損渦流損耗PFe=Ph+Pe磁滯損耗Ph：鐵心在交變磁場內反復磁化的過程要消耗磁場能量，使磁鐵發熱。可以證明，鐵心反復磁化所消耗的能量與磁滯回線的面積成正比。所以一般為了減小磁滯損耗，常選用磁滯回線狹小的軟磁材料製造鐵心，通常採用矽鋼。返回渦流損耗Pe

:磁鐵材料既導磁又導電，在交變磁通通過鐵心時，線上圈和鐵心中都有感應電動勢產生，在磁鐵中會出現旋渦式的電流稱為渦流。渦流在鐵心中產生的能量損耗稱為渦流損耗。Φic返回

為了減小渦流損耗，一方面採用電阻率較高的鐵磁材料（如矽鋼）也可以減小渦流。另一方面可以把整塊鐵心改成順著磁場方向彼此絕緣的矽鋼片疊成。這樣就可以限制渦流在較小的截面內流過；iΦic

交流鐵心線圈的鐵心都選用法。0.5或0.35mm厚的彼此絕緣的矽鋼片疊成返回

三.交直流磁路的比較

１.

在直流磁路中，磁動勢，磁通，磁感應強度及磁場強度都是恒定不變的，而在交流磁路中，這些量應隨時間不斷地變化。返回２.直流勵磁電流的大小取決於線端電壓和線圈電阻的大小，而與磁路的性質（材料種類，幾何尺寸，有無氣隙及氣隙大小等）無關，而交流勵磁電流的大小則主要由磁路的性質決定。

３.交流磁路的磁通基本上由線圈電壓決定，與磁路的性質無關，而在直流磁路中，線上圈端電壓一定時，磁通的大小與磁路的磁阻有關。返回４.交流磁路中，在交變磁通的作用下，鐵心中有磁滯損耗和渦流損耗（鐵損），而在直流磁路中，由於磁通是恒定不變的，所以無鐵損。第三節變壓器

返回一變壓器的基本結構二變壓器的工作原理三變壓器的外特性與額定值

四變壓器的極性五自耦變壓器返回

變壓器是用來改變電壓大小的一種重要的電器設備,它在電力和供電系統中佔有很重要的地位.在電子技術也得到廣泛的應用.變壓器用途1.升壓送電2.降壓送電3.在電子線路中,用作電源變換,傳遞信號,阻抗變換等。一、變壓器的基本結構

變壓器主要有矽鋼片疊成的閉合鐵心和高壓，低壓線組組成。按鐵心和繞組的放置方式不同分為心式和殼式兩種。繞組包圍鐵心成為心式。鐵心包圍繞組成為殼式。返回繞組鐵心鐵心繞組返回殼式心式二、變壓器的工作原理u2u1i2i1Φ電磁關係如下：u1

i1(i1N1)Φe1=-N1dΦ/dte2=-N2dΦ/dti2(i2N2)Φσ2eσ2-Lσ2di2/dtΦσ1eσ1=-Lσ1di1/dt返回N1N2Φσ1Φσ2e1eó1e2eó21.空載運行和變換電壓

副邊無負載，i2=0,此時原邊繞組中的電流成為空載電流i0

。原邊當忽略漏感和線圈電阻時有

U1=-E1=-4.44fN1Φm

U2=E2=4.44fN2Φmu2u1i2i1ΦN1N2Φσ1e1e2返回U1/U2=N1/N2=Ku返回所以有：U1/U2=E1/E2=N1/N22.有載運行和電流變換u2u1i2i1ΦN1N2Φσ1Φσ2e1e2變壓器有載時與無載時一樣

U1/U2=N1/N2=Ku

當有負載時，i2≠0,這時原邊電流用i1

表示。

由U1=4.44fN1Φm知,當U1和f不變時,Φm基本不變當變壓器接上負載後，原邊磁動勢i1N1

和副邊磁動勢i

2N2

共同產生磁通與變壓器空載時產生的磁通基本相等，所以這兩種情況下磁動勢相等。即：返回i1N1+i2N2=i0N1由於

i0

很小，忽略不計：İ1N1=-

İ2N2I1N1=I2N2所以有：I1/I2=N2/N1=1/Ku返回3.阻抗變換Zu1i1i2i1u1Z′z=U2/U1

z′=U1/I1=KU2/(I2/K0)=K2U2/I2z′=K2z

改變K，即可改變z實現阻抗變換。返回u2返回U1/U2=N1/N2=KuI1/I2=N2/N1=1/Kuz′=K2z升壓→K>1→z′<z降壓→K<1→z′>z三、變壓器的外特性與額定值1外特性外特性指當電源電壓

U1

和負載的功率因數

cos(φ2)不變時，U2與I2之間的關係曲線，U2=f(I2)外特性曲線：

U20I20U2U20為空載電壓△U=(U20-U2)/U20×100％一般為5％左右cos(φ2)=1cos(φ2)<1返回2.額定值原邊額定電壓和電流：U1N,I1N副邊額定電壓和電流：U2N,I2N變壓器的額定容量

SN=U2N·I2N返回四、變壓器的極性返回

同極性端又稱同名端，是指鐵心中的磁磁通變化時，在該端產生的感應電動勢的極性相同，或電流從兩個線圈的同極性端流入時，產生的磁通方向相同，用‘·’或‘＊’表示，在使用變壓器時，必須知道同名端以便正確聯接。例如，在圖示電路中，每個原邊線圈的額定電壓為110Ｖ，副邊線圈的額定電壓分別為3V、9Ｖ。··1234返回5678··1.當接到220Ｖ的電源時，應將２－３相聯，１，４與電源兩個線圈串聯。