06磁路与铁心线圈电路

下一页总目录章目录返回上一页第6章磁路与铁心线圈电路6.2磁性材料的磁性能6.5变压器6.1磁场的基本物理量6.3磁路及其基本定律6.4交流铁心线圈电路下一页总目录章目录返回上一页2.了解自耦变压器和电流互感器；3.掌握变压器电压、电流和阻抗变换作用；本章要求：4.了解绕组极性的判定方法。1.了解磁场的基本物理量、基本定律，磁性材料的基本性质，交流铁心线圈的等效电路和功率损耗；下一页总目录章目录返回上一页6.1磁场的基本物理量6.1.1磁感应强度磁感应强度B:表示磁场内某点磁场强弱和方向的物理量。磁感应强度B的方向:与电流的方向之间符合右手螺旋定则。磁感应强度B的单位:特斯拉(T)，1T=1Wb/m2均匀磁场:各点磁感应强度大小相等，方向相同的磁场。下一页总目录章目录返回上一页6.1.2磁通磁通：穿过垂直于B方向的面积S中的磁力线总数。说明:如果不是均匀磁场，则取B的平均值。在均匀磁场中=BS或B=/S磁感应强度B在数值上可以看成为与磁场方向垂直的单位面积所通过的磁通,故又称磁通密度。单位:韦[伯](Wb)1Wb=1V·s下一页总目录章目录返回上一页磁场强度H：介质中某点的磁感应强度B与介质磁导率之比。磁场强度H的单位：安培/米（A/m)BH6.1.3磁场强度下一页总目录章目录返回上一页式中：是磁场强度矢量沿任意闭合线(常取磁通作为闭合回线)的线积分；lHdI是穿过闭合回线所围面积的电流的代数和。IlHd安培环路定律（全电流定律）I1HI2安培环路定律将电流与磁场强度联系起来。下一页总目录章目录返回上一页例:环形线圈如图，其中媒质是均匀的，试计算线圈内部各点的磁场强度。解:取磁通作为闭合回线，以其方向作为回线的围绕方向，则有：xHlHlHxxx2dNIINIx2HxπIlHdSxHxIN匝下一页总目录章目录返回上一页式中：N线圈匝数；lx=2x是半径为x的圆周长；Hx半径x处的磁场强度；NI为线圈匝数与电流的乘积。xxlNIx2NIHπ故得：SxHxIN匝下一页总目录章目录返回上一页真空的磁导率为常数，用0表示，有：6.1.4磁导率磁导率：表示磁场媒质磁性的物理量，衡量物质的导磁能力。单位：亨/米（H/m）704π10H/m相对磁导率r：任一种物质的磁导率和真空的磁导率0的比值。0r0BBHH0BH下一页总目录章目录返回上一页例：环形线圈如图，其中媒质是均匀的，磁导率为，试计算线圈内部各点的磁感应强度。解：半径为x处各点的磁场强度为xxlNIH故相应点磁感应强度为xxxlNIHBSxHxIN匝H与哪些参数有关？B呢？下一页总目录章目录返回上一页6.1.5物质的磁性1.非磁性物质非磁性物质分子电流的磁场方向杂乱无章而相互抵消，几乎不受外磁场的影响，不具有磁化特性。非磁性材料的磁导率都是常数，有：即B与H成正比，呈线性关系。OHB0r1()(I)下一页总目录章目录返回上一页2.磁性物质在外磁场作用下，磁畴方向发生变化，使之与外磁场方向趋于一致，物质整体显示出磁性来，称为磁化。即磁性物质能被磁化。磁畴外磁场磁畴下一页总目录章目录返回上一页磁性材料的磁性能（1）高导磁性r1(如坡莫合金，其r可达2105)。常用的磁性材料主要有铁、镍、钴及其合金等。具有铁心的线圈中通入不太大的励磁电流，便可以产生较大的磁通和磁感应强度。下一页总目录章目录返回上一页由于B与H不成正比，则不是常数。OHB,BB和与H的关系（2）磁饱和性OH(I)B(Φ)B•a•b磁化曲线下一页总目录章目录返回上一页6.2.3磁滞性磁性材料在交变磁场中反复磁化，其B-H关系曲线是一条回形闭合曲线，称为磁滞回线。磁滞回线OHB••••BrHc下一页总目录章目录返回上一页按磁性物质的磁性能，磁性材料分为三种类型：(1)软磁材料具有较小的矫顽磁力，磁滞回线较窄。一般用来制造电机、电器及变压器等的铁心。常用的有铸铁、硅钢、坡莫合金即铁氧体等。(2)永磁材料具有较大的矫顽磁力，磁滞回线较宽。一般用来制造永久磁铁。常用的有碳钢及铁镍铝钴合金等。(3)矩磁材料具有较小的矫顽磁力和较大的剩磁，磁滞回线接近矩形。常用在计算机和控制系统中用作记忆元件、开关元件和逻辑元件。常用的有镁锰铁氧体等。下一页总目录章目录返回上一页6.5变压器变压器是一种常见的电气设备，在电力系统和电子线路中应用广泛。变电压：电力系统变阻抗：电子线路中的阻抗匹配变电流：电流互感器变压器的主要功能有：6.5.1概述下一页总目录章目录返回上一页变压器的结构变压器的磁路绕组：一次绕组二次绕组1u2uLZ1i2iΦ单相变压器+–+–由高导磁硅钢片叠成厚0.35mm或0.5mm铁心变压器的电路一次绕组N1二次绕组N2铁心下一页总目录章目录返回上一页变压器的结构下一页总目录章目录返回上一页6.5.2变压器的工作原理1u2uLZ1i2iΦ单相变压器+–+–一次绕组N1二次绕组N2铁心一次、二次绕组互不相连，能量的传递靠磁耦合。下一页总目录章目录返回上一页2.电压变换（设加正弦交流电压）t)sin(tNtNm111ddddetNcosm1)90t(sinm1E1m144.4NfE222111mmfNEE有效值:同理：)90t(sinm22Ee2m244.4NfE主磁通按正弦规律变化，设为则t,sinm(1)一次、二次侧主磁通感应电动势下一页总目录章目录返回上一页根据KVL：1111111111jEIXIREEIRUσ变压器一次侧等效电路如图1m1111444Nf.EUEU由于电阻R1和感抗X1(或漏磁通)较小,其两端的电压也较小,与主磁电动势E1比较可忽略不计，则1E1R1I1U1E–––+++(2)一次、二次侧电压式中R1为一次侧绕组的电阻;X1=L1为一次侧绕组的感抗(漏磁感抗，由漏磁产生)。下一页总目录章目录返回上一页KNNEEUU2121201（匝比）K为变比对二次侧，根据KVL：2m220224440Nf.EUU,I结论：改变匝数比，就能改变输出电压。222222222jUIXIRUEIREσ2式中R2为二次绕组的电阻;X2=L2为二次绕组的感抗；为二次绕组的端电压。2U变压器空载时:+–u21u+–1σe+–1e+–1N2Ni1i2+–e2+–e2式中U20为变压器空载电压。故有下一页总目录章目录返回上一页3.电流变换(一次、二次侧电流关系)有载运行2222ZUIZ1m11444Nf.EU可见，铁心中主磁通的最大值m在变压器空载和有载时近似保持不变。即有不论变压器空载还是有载，一次绕组上的阻抗压降均可忽略，故有由上式，若U1、f不变，则m基本不变，近于常数。空载：m10Ni有载：m2211NiNi+–|Z|2i1u2e1iΦ1e1N2N+–+–+–2u下一页总目录章目录返回上一页一般情况下：I0(2~3)%I1N很小可忽略。2211NiNi所以或2211NINI2211NINI所以KNNII11221结论：一次、二次侧电流与匝数成反比。或：221011NiNiNi1.提供产生m的磁势2.提供用于补偿作用的磁势22Ni磁势平衡式：102211NiNiNi空载磁势有载磁势下一页总目录章目录返回上一页4.阻抗变换由图可知：22IUZ11IUZZKIUKKIKUIUZ22222211ZKZ2结论：变压器一次侧的等效阻抗模，为二次侧所带负载的阻抗模的K2倍。1U2U1I2IZ+–+–1U1IZ+–下一页总目录章目录返回上一页IE1N2U2ILR2NR0+–+–信号源信号源IER0RL+–例1:如图，交流信号源的电动势E=120V，内阻R0=800，负载为扬声器，其等效电阻为RL=8。要求:（1）当RL折算到原边的等效电阻时，求变压器的匝数比和信号源输出的功率；（2）当将负载直接与信号源联接时,信号源输出多大功率？0LRR下一页总目录章目录返回上一页(1)变压器的匝数比应为：108800LL21RRNNKIE1N2U2ILR2NR0+–+–解:信号源的输出功率：W548008008001202L2L0.RRREPIELRR0+–下一页总目录章目录返回上一页信号源IER0RL+–（2）将负载直接接到信号源上时，输出功率为：W1760888001202L2L0.RRREP电子线路中，常利用阻抗匹配实现最大输出功率。结论：接入变压器以后，输出功率大大提高。0LRR原因：满足了最大功率输出的条件：下一页总目录章目录返回上一页6.5.3变压器的外特性与效率1.变压器的外特性当一次侧电压U1和负载功率因数cos2保持不变时，二次侧输出电压U2和输出电流I2的关系，U2=f(I2)。U20：一次侧加额定电压、二次侧开路时，二次侧的输出电压。一般供电系统希望要硬特性（随I2的变化，U2变化不大），电压变化率约在5%左右。电压变化率：%100%20220UUUU)(22IfUcos2=0.8(感性）U2I2U20I2Ncos2=1O下一页总目录章目录返回上一页2.变压器的效率()FeCu2212ΔΔPPPPPP变压器的效率为输出功率输入功率变压器的损耗包括两部分：铜损(PCu)：绕组导线电阻的损耗。磁滞损耗：磁滞现象引起铁心发热，造成的损耗。铁损(PFe)：涡流损耗：交变磁通在铁心中产生的感应电流(涡流)造成的损耗。为减少涡流损耗，铁心一般由导磁钢片叠成。下一页总目录章目录返回上一页当电流流入(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。••AXax•AXax1.同极性端(同名端)同极性端用“•”表示。同极性端和绕组的绕向有关。6.5.4变压器绕组的极性•下一页总目录章目录返回上一页KNNIIKNNUU1122121216.5.5特殊变压器1.自耦变压器ABP1u2u1i2iLR1N2N+–+–下一页总目录章目录返回上一页电流表被测电流=电流表读数N2/N12.电流互感器实现用低量程的电流表测量大电流（被测电流）N1（匝数少）N2（匝数多）ARi1i2