第七章 磁路和變壓器

第七章磁路和變壓器第一頁，共五十一頁，2022年，8月28日DesignByCYQCompileByLZW

ElectronicalEngineering§7.1磁路的基本物理量和基本性質磁路的基本物理量磁感應強度（磁通密度）B磁通Φ磁導率μ磁場強度H磁路的基本性質磁通連續(xù)性原理第二頁，共五十一頁，2022年，8月28日DesignByCYQCompileByLZW

ElectronicalEngineering磁路的基本物理量磁感應強度B又稱為磁通密度，用來表示磁場中某一點磁場強弱和方向的物理量方向與產生磁場的勵磁電流的方向遵循右手螺旋定則B的大小等于通過垂直于磁場方向單位面積的磁力線數(shù)目，B的方向用右手螺旋定則確定。(或者用公式F=qv×B=Il×B表示)單位為特斯拉（T）第三頁，共五十一頁，2022年，8月28日DesignByCYQCompileByLZW

ElectronicalEngineering磁路的基本物理量磁通Φ表示在磁場內穿過某一界面S的磁感應強度B的通量數(shù)學表達式為

Φ＝∫SB·dS磁場方向與截面方向垂直時候Φ=BS單位為韋伯（Wb）磁導率μ表示物質導磁能力大小的物理量真空導磁率

μ0＝4π×10－7H/m相對磁導率μr＝μ/μ0單位為亨/米（H/m）第四頁，共五十一頁，2022年，8月28日DesignByCYQCompileByLZW

ElectronicalEngineering磁路的基本物理量和基本性質磁場強度H表示磁感應強度B在不同物質中的分布磁場強度H和磁感應強度B的關系式

H=B/μ計算式單位為安/米（A/m）磁通連續(xù)性原理磁場中任何一個閉合曲面的磁通量為零第五頁，共五十一頁，2022年，8月28日DesignByCYQCompileByLZW

ElectronicalEngineering§7.2鐵磁材料鐵磁材料的特點磁導率高：μr>>1，可達102~104數(shù)量級磁飽和現(xiàn)象：B隨H的增大而非線性增加并趨飽和磁滯現(xiàn)象：B的變化總是滯后于H第六頁，共五十一頁，2022年，8月28日DesignByCYQCompileByLZW

ElectronicalEngineering鐵磁材料的分類及特點軟磁材料磁導率高，磁滯特性不明顯，矯頑力和剩磁都小，磁滯回線較窄，磁滯損耗小硬磁材料剩磁和矯頑力均較大，磁滯特性明顯，磁滯回線較寬矩磁材料(生產記憶元件：磁盤、磁帶等)只要受較小的外磁場作用就能磁化到飽和，當外磁場去掉，磁性仍保持，磁滯回線幾乎成矩形第七頁，共五十一頁，2022年，8月28日DesignByCYQCompileByLZW

ElectronicalEngineering§7.3磁路的概念及磁路的基本定律磁路的概念指磁通在物質（導磁材料）中分布的閉合路徑常見設備的磁路第八頁，共五十一頁，2022年，8月28日DesignByCYQCompileByLZW

ElectronicalEngineering安培環(huán)路定律在磁場中，任取一閉合路徑，沿此路徑對磁場強度H矢量的線積分等于積分線所環(huán)鏈的傳導電流的代數(shù)和當電流參考方向與閉合路徑的方向符合右手螺旋法則時，電流值為正，反之為負IN為電流與線圈匝數(shù)的乘積，稱為磁通勢Fm第九頁，共五十一頁，2022年，8月28日DesignByCYQCompileByLZW

ElectronicalEngineering磁路歐姆定律均勻環(huán)形磁路中的磁通量Φ等于磁通勢Fm與磁阻Rm的比值式中：l為環(huán)形磁路的長度；S為環(huán)形磁路的截面面積；μ為鐵磁材料的磁導率因為μ值不是常數(shù)，因此不能Rm用直接計算磁路，但可用于對磁路作定性分析說明第十頁，共五十一頁，2022年，8月28日DesignByCYQCompileByLZW

ElectronicalEngineering磁路與電路對照磁通勢Fm

電動勢E磁通Φ 電流I磁感應強度B 電流密度J

磁阻Rm

=l/μS 電阻R=ρl/A第十一頁，共五十一頁，2022年，8月28日DesignByCYQCompileByLZW

ElectronicalEngineering磁路與電路的對照區(qū)別電路磁路阻性電阻R=ρl/S磁阻Rm=l/μS流量電流I磁通Φ勢能電動勢E磁通勢Fm守恒定律ΣI=0ΣΦ=0ΣU=0ΣFm=0第十二頁，共五十一頁，2022年，8月28日DesignByCYQCompileByLZW

ElectronicalEngineering磁路基本定律題例如圖所示均勻環(huán)形螺線管，已知平均長度l=0.12m,截面積S=2×10-4m2。求當螺線管分別為非磁性材料和鑄鋼時，在環(huán)中產生1.5×10-4Wb的磁通所需的磁通勢第十三頁，共五十一頁，2022年，8月28日DesignByCYQCompileByLZW

ElectronicalEngineering均勻環(huán)形螺線管螺線管為非磁性材料時螺線管為鑄鋼時第十四頁，共五十一頁，2022年，8月28日DesignByCYQCompileByLZW

ElectronicalEngineering非均勻磁路的安培環(huán)路定律如圖所示，鐵心磁路由硅鋼片和空氣隙構成。磁路各部分結構參數(shù)如圖分別為(S1,l1),(S2,l2)和(S3,l3)求安培環(huán)路定律的表達式第十五頁，共五十一頁，2022年，8月28日DesignByCYQCompileByLZW

ElectronicalEngineering非均勻磁路的安培環(huán)路定律第十六頁，共五十一頁，2022年，8月28日DesignByCYQCompileByLZW

ElectronicalEngineering有分支磁路的

安培環(huán)路定律和歐姆定律第十七頁，共五十一頁，2022年，8月28日DesignByCYQCompileByLZW

ElectronicalEngineering§7.4直流磁路計算如圖為一直流起重電磁鐵的示意圖。鐵心由硅鋼片疊成，占空系數(shù)k=0.95，銜鐵為鑄鋼制成。圖中尺寸單位為mm。已知鐵心中的磁通Φ=0.002Wb，求所需的磁通勢Fm。如勵磁線圈的匝數(shù)N=1000，則勵磁電流為多大？第十八頁，共五十一頁，2022年，8月28日DesignByCYQCompileByLZW

ElectronicalEngineering直流磁路計算題例第十九頁，共五十一頁，2022年，8月28日DesignByCYQCompileByLZW

ElectronicalEngineering直流磁路計算題例第二十頁，共五十一頁，2022年，8月28日DesignByCYQCompileByLZW

ElectronicalEngineering直流磁路計算題例第二十一頁，共五十一頁，2022年，8月28日DesignByCYQCompileByLZW

ElectronicalEngineering§7.5交流磁路與交流鐵心線圈交流磁路的特點磁通與電壓、電流的關系磁通與電壓、電流的關系表達式交流磁路與直流磁路的區(qū)別鐵心損耗磁滯損耗及其經驗公式渦流損耗及其經驗公式交流鐵心線圈的等效電路第二十二頁，共五十一頁，2022年，8月28日DesignByCYQCompileByLZW

ElectronicalEngineering交流磁路及其特點交流磁路的概念指由交流電勵磁的磁路交流磁路的特點交流磁路中的磁通是交變的時間函數(shù)交變磁通在勵磁線圈中將產生感生電動勢感生電動勢阻礙電流的變化并產生對磁路的影響以及產生鐵心損耗第二十三頁，共五十一頁，2022年，8月28日DesignByCYQCompileByLZW

ElectronicalEngineering磁通與電壓、電流的關系第二十四頁，共五十一頁，2022年，8月28日DesignByCYQCompileByLZW

ElectronicalEngineering交流磁路與直流磁路的比較交流磁路中，只要電壓u不變，則Φ基本不變，δ的變化會引起Rm的變化從而勵磁電流i隨之變化直流磁路中，U不變，則勵磁電流I不變，δ的變化會引起Rm的變化從而Φ隨之變化第二十五頁，共五十一頁，2022年，8月28日DesignByCYQCompileByLZW

ElectronicalEngineering鐵心損耗磁滯損耗Ph指由鐵磁材料的磁滯現(xiàn)象所產生的損耗經驗公式為渦流損耗Pe指由感生電流與回路電阻所產生的熱能經驗公式為第二十六頁，共五十一頁，2022年，8月28日DesignByCYQCompileByLZW

ElectronicalEngineering交流鐵心線圈的等效電路忽略線圈電阻和漏磁考慮線圈電阻和漏磁第二十七頁，共五十一頁，2022年，8月28日DesignByCYQCompileByLZW

ElectronicalEngineering§7.6電磁鐵直流電磁鐵交流電磁鐵I與銜鐵運動無關F與銜鐵運動有關 氣隙δ減小→磁阻Rm減小→磁通勢Fm不變→磁通Φ增大→磁感應強度B增大→電磁力F增大Fav與銜鐵運動無關i與銜鐵運動有關 氣隙δ減小→磁阻Rm減小→磁通Φ基本不變→勵磁電流i減小第二十八頁，共五十一頁，2022年，8月28日DesignByCYQCompileByLZW

ElectronicalEngineering§7.7變壓器變壓器的基本原理電壓變換電流變換阻抗變換變壓器的運行特性外特性和電壓調整率損耗和效率變壓器繞組的同名端三相變壓器變壓器的額定值額定電壓額定電流額定容量其他類型的變壓器自耦變壓器儀用互感器第二十九頁，共五十一頁，2022年，8月28日DesignByCYQCompileByLZW

ElectronicalEngineering變壓器的基本原理變壓器的基本原理交變電壓經一次繞組在閉合鐵心中產生交變磁場交變磁場與二次繞組交鏈產生感生電動勢感生電動勢為二次端負載提供電能第三十頁，共五十一頁，2022年，8月28日DesignByCYQCompileByLZW

ElectronicalEngineering空載運行和電壓變換第三十一頁，共五十一頁，2022年，8月28日DesignByCYQCompileByLZW

ElectronicalEngineering帶載運行和電流變換第三十二頁，共五十一頁，2022年，8月28日DesignByCYQCompileByLZW

ElectronicalEngineering阻抗變換第三十三頁，共五十一頁，2022年，8月28日DesignByCYQCompileByLZW

ElectronicalEngineering阻抗變換題例變壓器耦合電路如圖所示，已知正弦信號源的電壓US=5V，內阻為RS=1000Ω，負載電阻RL=40Ω。問變壓器的匝數(shù)比為多少時，負載可獲得最大功率？并求一次側和二次側電流大小第三十四頁，共五十一頁，2022年，8月28日DesignByCYQCompileByLZW

ElectronicalEngineering阻抗變換題例第三十五頁，共五十一頁，2022年，8月28日DesignByCYQCompileByLZW

ElectronicalEngineering外特性和電壓調整率外特性描述當一次側接額定電壓U1N并且保持不變時，二次側的端電壓與負載電流I2的關系電壓調整率指變壓器帶負載后，二次電壓U2隨負載電流I2變化的程度

U20：二次側的空載電壓

U2：二次側電流為額定 電流時的端電壓第三十六頁，共五十一頁，2022年，8月28日DesignByCYQCompileByLZW

ElectronicalEngineering變壓器的損耗銅損△PCu鐵損△PFe第三十七頁，共五十一頁，2022年，8月28日DesignByCYQCompileByLZW

ElectronicalEngineering變壓器的效率變壓器的效率η定義為輸出功率P2與輸入功率P1的比值第三十八頁，共五十一頁，2022年，8月28日DesignByCYQCompileByLZW

ElectronicalEngineering變壓器繞組的同極性端第三十九頁，共五十一頁，2022年，8月28日DesignByCYQCompileByLZW

ElectronicalEngineering變壓器繞組的同極性端同極性端的定義當電流以相同的方向通過繞組端子流入相同鐵心上的不同繞組時，若它們的磁通勢產生的磁通方向相同，則該端子稱為不同繞組的同極性端，亦稱同名端第四十頁，共五十一頁，2022年，8月28日DesignByCYQCompileByLZW

ElectronicalEngineering變壓器繞組的同極性端同極性端的表示方法同極性端通常采用“●”表示一次繞組和二次繞組的同極性端可用同一字母的大小寫來表示變壓器繞組的同極性端與繞組的繞向有關第四十一頁，共五十一頁，2022年，8月28日DesignByCYQCompileByLZW

ElectronicalEngineering變壓器繞組的連接繞組串聯(lián)時，應將繞組的異極性端連在一起繞組并聯(lián)時，應將繞組的同極性端連在一起第四十二頁，共五十一頁，2022年，8月28日DesignByCYQCompileByLZW

ElectronicalEngineering三相變壓器基本原理有三個鐵心柱，每一鐵心柱為一相，同一相的一、二次繞組裝在同一鐵心柱上三相繞組的一、二次繞組的匝數(shù)分別相同，結構也相同二次繞組產生的感應電動勢為三相對稱電動勢第四十三頁，共五十一頁，2022年，8月28日DesignByCYQCompileByLZW

ElectronicalEngineering三相變壓器繞組的連接三相變壓器繞組的連接組，目前我國常用的有Y/Y0、Y/D和Y0/D三種。分子表示高壓繞組的連接組，分母表示低壓繞組的連接組三相變壓器的線電壓變換比第四十四頁，共五十一頁，2022年，8月28日DesignByCYQCompileByLZW

ElectronicalEngineering變壓器的額定值額定電壓UN用分數(shù)形式標在銘牌上，分子為高壓的額定值，分母為低壓的額定值三相變壓器中，額定電壓指相應連接方法的線電壓二次側的額定電壓是一次側接額定電壓時二次側的空載電壓第四十五頁，共五十一頁，2022年，8月28日DesignByCYQCompileByLZW

ElectronicalEngineering變壓器的額定值額定電流IN指一次側接額定電壓時一、二次側允許長期通過的最大電流三相變壓器的額定電流是相應連接法的線電流額定容量SN額定容量是額定電壓與額定電流的乘積，即變壓器的視在功率單相變壓器額定容量SN=UNIN三相變壓器額定容量SN=√3UNIN第四十六頁，共五十一頁，2