第7章磁路和變壓器

第7章

磁路和變壓器磁路的基本物理量和基本性質(zhì)§7.1直流磁路計算§7.4鐵磁材料§7.2變壓器§7.7磁路的概念及磁路的基本定律§7.3電磁鐵§7.6交流磁路與交流鐵心線圈§7.5耦合電感

*1含有耦合電感的電路計算

*2iφ線圈通入電流后產(chǎn)生磁通，為了形象地描述磁場的分布，可引入磁感應線（磁力線）來表示。iφiφ

§7.1～§7.6…即與磁場方向相垂直的單位面積上通過的磁通。….

磁感應強度B（磁通密度）..

一、磁路的基本物理量和歐姆定律..

§7.1～§7.6…對于均勻磁場….表征各種材料導磁能力的物理量。亨/米（H/m）

◆真空中的磁導率

◆一般材料的磁導率與真空中的磁導率之比，稱為這種材料的相對磁導率

磁導率

§7.1～§7.6…

磁場強度H

…磁場強度H是計算磁場所用的物理量，其大小為磁感應強度和導磁率之比。

§7.1～§7.6…根據(jù)磁性能，鐵磁材料可分為三種：軟磁材料（常用做交流電機、變壓器、繼電器等的鐵心）硬磁材料（常用做永久磁鐵）矩磁材料（可用做記憶元件，例如磁盤、磁帶等）

b.磁飽和性BH

a.非線性B（φ）H（I）

c.磁滯性BH鐵磁材料的磁性能

..

§7.1～§7.6…磁路的歐姆定律

..

iφNN2i1N1i2N2i1N1i2

§7.1～§7.6…Ni+_u

§7.1～§7.6…二、交流磁路與交流鐵心線圈..漏磁通主磁通主磁感應電動勢線圈電阻電壓漏磁感應電動勢

磁通與電壓、電流的關(guān)系..

交流激勵…

交變磁通…線圈中產(chǎn)生感應電勢…鐵心線圈損耗..

◆鐵損

(PFE)磁滯損耗：磁滯現(xiàn)象引起鐵芯發(fā)熱的功耗

Ph

渦流損耗：交變磁通在鐵心中產(chǎn)生感應電流（渦流），

引起鐵芯發(fā)熱的功耗Pe◆銅損（PCu

）線圈電阻的功耗PCu

=RI2i

§7.1～§7.6…iφi為防止渦流損失，鐵心一般由高磁導率的硅鋼片（片間相互絕緣）疊合而成。

§7.1～§7.6…◆鐵損

(PFE)磁滯損耗：磁滯現(xiàn)象引起鐵芯發(fā)熱的功耗

Ph

渦流損耗：交變磁通在鐵心中產(chǎn)生感應電流（渦流），

引起鐵芯發(fā)熱的功耗Pe◆銅損（PCu

）線圈電阻的功耗PCu

=RI2鐵心線圈損耗..

為防止渦流損失，鐵心一般由高磁導率的硅鋼片（片間相互絕緣）疊合而成。

§7.1～§7.6…◆鐵損

(PFE)磁滯損耗：磁滯現(xiàn)象引起鐵芯發(fā)熱的功耗

Ph

渦流損耗：交變磁通在鐵心中產(chǎn)生感應電流（渦流），

引起鐵芯發(fā)熱的功耗Pe◆銅損（PCu

）線圈電阻的功耗PCu

=RI2鐵心線圈損耗..

φ11φ21φ22φ12N1i1+_u1u2+_N2i2一、伏安關(guān)系的導出..1*1

耦合電感（互感）

…自感電壓….互感電壓….可以證明：在線性磁介質(zhì)情況下M12=M21=M

：*1

耦合電感（互感）

…自感電壓

.互感電壓

.φ11φ21φ22φ12N1i1+_u1u2+_N2i22*1

耦合電感（互感）

…abcd當電流分別流入(或流出）兩個線圈時，若產(chǎn)生的磁通方向相同，則兩個流入(或流出）端稱為同極性端（同名端）?；蛘哒f，當鐵芯中磁通變化（增大或減小）時，在兩線圈中產(chǎn)生的感應電動勢極性相同的兩端為同極性端。二、同極性端的概念..*1

耦合電感（互感）

…abcd..abcd....SERi1i2+－+－開關(guān)S閉合瞬間…同名端與電流、電壓的參考方向無關(guān)。選取參考方向是為了便于判斷和說明同名端?！ぁ2u1++ac圖ai1i2··u1u2++ac圖bi1i2*1

耦合電感（互感）

…

在開關(guān)S閉合瞬間：若電流表指針反偏，若電流表指針正偏，則a與c為同名端；則a與d為同名端。直流電流表+uS+acbdmAS

同極性端的簡單實驗判別方法

*1

耦合電感（互感）

…Mi1u2u1++i2..L1L2Mi1u2u1++i2..L1L2三、伏安關(guān)系的正確列寫方法..*1

耦合電感（互感）

…若uk與ik（k=1，2）為關(guān)聯(lián)參考方向則取正號；.（與同名端無關(guān)）若uk與ik為非關(guān)聯(lián)參考方向則取負號。若i2從L2的非點端流入，則在L1的非點端產(chǎn)生“+”極，.且若上述“+”極與u1的參考“+”極相同，則u1中互感電壓取正號，否則取負號。u2中互感電壓正負號的確定方法與上述類似。若i2從L2的點()端流入，則在L1的點端產(chǎn)生“+”極;自感電壓正負號的確定互感電壓正負號的確定*1

耦合電感（互感）

…u2u1++i1i2..ML1L2u2u1++i1i2..ML2L1*1

耦合電感（互感）

…++..++..四、正弦穩(wěn)態(tài)電路中耦合電感的伏安關(guān)系..*1

耦合電感（互感）

…++..++..Mjw*1

耦合電感（互感）

…1.串聯(lián)

a．順接串聯(lián)…...

+..Mjw一、耦合電感線圈間的串聯(lián)和并聯(lián)..*2

含有耦合電感的電路計算

…轉(zhuǎn)§7.7變壓器…

b．反接串聯(lián)…..

+..Mjw通過測量順接串聯(lián)和反接串聯(lián)時的電流I

，可判別同名端。

.

*2

含有耦合電感的電路計算

…

2.并聯(lián)

a．同名端相接并聯(lián)

…..

+..Mjw*2

含有耦合電感的電路計算

…*2

含有耦合電感的電路計算

…*2

含有耦合電感的電路計算

…

b．異名端相接并聯(lián)

類似于同名端相接并聯(lián)情況分析，可得：

….

…

通過測量同名端相接并聯(lián)和異名端相接并聯(lián)時的電流I

，可判別同名端。.

+..Mjw*2

含有耦合電感的電路計算

…

3.耦合系數(shù)*2

含有耦合電感的電路計算

…

例7-1

同軸電纜的外導體與內(nèi)導體之間總存在一些互感，圖示電纜用來傳送1MHz信號至負載RL，試計算耦合系數(shù)k為0.75和1時傳送給負載的功率。已知+－R1=0.02ΩML1=1.6μHL2=1.6μHR2=0.02ΩRLL=L1+L2－2M+－R=0.04ΩRL*2

含有耦合電感的電路計算

…+－R=0.04ΩRL*2

含有耦合電感的電路計算

…+－R=0.04ΩRL*2

含有耦合電感的電路計算

…i1i2LaLc

i1+i2LbL1L2Mi1i2①*2

含有耦合電感的電路計算

…二、耦合電感線圈的T形去耦等效電路..比較①、②兩式可得①②*2

含有耦合電感的電路計算

…L1－M

M

L2－M

L1+M

－M

L2+M

··L2ML1··L2ML1同理可得*2

含有耦合電感的電路計算

…····等效相量模型*2

含有耦合電感的電路計算

…例7-2

圖示電路耦合系數(shù)··+－+－+－+－*2

含有耦合電感的電路計算

…+－+－*2

含有耦合電感的電路計算

…§7.7變壓器…..電力變壓器

儀用變壓器…調(diào)壓變壓器…

小功率電源變壓器…§7.7變壓器…..變壓器由兩個具有耦合電感的鐵心線圈構(gòu)成，一個線圈接電源，另一線圈接負載，變壓器是利用互感來實現(xiàn)傳輸能量或傳輸信號的器件。§7.7變壓器…..當耦合電感中的電流變化時，將出現(xiàn)變化的磁場，從而產(chǎn)生電場（互感電壓），耦合電感通過變化的電磁場進行電磁能的轉(zhuǎn)換和傳輸，電磁能從耦合電感的一邊傳輸?shù)搅硪贿叀L+i1i2N1N2一、變壓器的基本原理

..§7.7變壓器…..初級回路次級回路原邊回路副邊回路一次回路二次回路+..R1R2RL下面將討論理想變壓器的一次側(cè)與二次側(cè)之間的電壓變換關(guān)系、電流變換關(guān)系和阻抗關(guān)系。1.電壓變換關(guān)系..+i1i2N1N2+§7.7變壓器…..Ni+_u

§7.1～§7.6…二、交流磁路與交流鐵心線圈..漏磁通主磁通主磁感應電動勢線圈電阻電壓漏磁感應電動勢

磁通與電壓、電流的關(guān)系..

交流激勵…

交變磁通…線圈中產(chǎn)生感應電勢…回閱

Ku＜1升壓，Ku＞1降壓

….1.電壓變換關(guān)系..+i1i2N1N2+u2u1++i1i2..N1N2在理想情況下，即當忽略線圈電阻電壓及漏磁感應電動勢時：§7.7變壓器…..根據(jù)磁路的歐姆定律得+i1i2N1N2+u2u1++i1i2..N1N22.電流變換關(guān)系..§7.7變壓器…..

§7.1～§7.6…磁路的歐姆定律

..

iφNN2i1N1i2N2i1N1i2回閱在理想情況下2.電流變換關(guān)系..§7.7變壓器…..根據(jù)磁路的歐姆定律得+i1i2N1N2+u2u1++i1i2..N1N2++..N1N2§7.7變壓器…..++..N1N2綜上所述，理想變壓器的電壓、電流變換關(guān)系為：在正弦穩(wěn)態(tài)電路中（即同名端均為“+”或均為“－”）（即均從同名端流出或流入）電壓、電流變換關(guān)系的正確列寫方法：

…§7.7變壓器…..++..N1N2++..N1N2§7.7變壓器…..Zi

初級輸入阻抗+..N1N2ZL++3.阻抗變換關(guān)系..§7.7變壓器…..設(shè)US、RS均給定，RL可變，當RL=？時，其功率pL=pLmax

。阻抗變換的應用..RLRSUS－+I*最大功率傳輸定理

…§7.7變壓器…..+ZLZS在正弦穩(wěn)態(tài)電路中：

…

◆共軛匹配…

◆模匹配

…§7.7變壓器…..[阻抗變換舉例]

揚聲器如何從信號源獲得最的大輸出功率？…§7.7變壓器…..設(shè)信號源電壓的有效值為

US=50V、信號源內(nèi)阻RS=100、負載揚聲器的等效電阻RL=8。求負載的功率。+RSRL信號源（1）將負載直接接到信號源上……§7.7變壓器…..（2）通過變壓器將負載接到信號源上

…..+RSRLN1N2根據(jù)最大功率傳輸定理可知

自習P199

[例7.7.1]二、三相變壓器

..§7.7變壓器…..油枕高壓套管低壓套管散熱油管銘牌AXBYCZxabycz電力變壓器標準代號產(chǎn)品型號S7-560/10產(chǎn)品代號額定容量560kVA出廠號額定電壓10000±5%/400V額定頻率50Hz3相聯(lián)結(jié)組標號Yyn0冷卻方式ONAN使用條件戶外式

…開關(guān)位置高壓低壓VAVAⅠ1050032.3400808.3Ⅱ10000Ⅲ9500變壓器的銘牌§7.7變壓器…..

Yyn0

（Y/Y0

）聯(lián)結(jié)組§7.7變壓器…..N12693AXBYCZxabyczN1N2§7.7變壓器…..12693AXBYCZxabycz

Yd11

（Y/D11）聯(lián)結(jié)組+N1N2+..三、其他類型的變壓器..1.自耦變壓器

..§7.7變壓器…..調(diào)壓變壓器…

§7.7變壓器…..使用時，改變滑動端的位置，便可得到不同的輸出電壓。實驗室中用的三相調(diào)壓器就是根據(jù)此原理制作的。+N1N2+..自耦調(diào)壓器2.儀用互感器..§7.7變壓器…..（1）電流互感器用低量程的電流表測量大電流?！褂米⒁馐马棧孩俑边叢荒荛_路，以防產(chǎn)生高電壓；②鐵心、低壓繞組的一端接地，以防絕緣損壞時，在副邊出現(xiàn)過壓。A表盤按Ki

I2刻度。（被測電流）AN1ZN2被測電流導線…電流表…副繞組…量程調(diào)節(jié)旋鈕使鐵心張開的把手鉗形電流表