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1、第七章 磁路和变压器第1页，本讲稿共51页Design By CYQ Compile By LZW Electronical Engineering7.1 磁路的基本物理量和基本性质v磁路的基本物理量磁感应强度（磁通密度）B磁通磁导率磁场强度Hv磁路的基本性质磁通连续性原理第2页，本讲稿共51页Design By CYQ Compile By LZW Electronical Engineering磁路的基本物理量v磁感应强度B又称为磁通密度，用来表示磁场中某一点磁场强弱和方向的物理量方向与产生磁场的励磁电流的方向遵循右手螺旋定则B的大小等于通过垂直于磁场方向单位面积的磁力线数目，B的方向用右
2、手螺旋定则确定。(或者用公式F=qvB=IlB表示)单位为特斯拉（T）第3页，本讲稿共51页Design By CYQ Compile By LZW Electronical Engineering磁路的基本物理量v磁通表示在磁场内穿过某一界面S的磁感应强度B的通量数学表达式为S BdS磁场方向与截面方向垂直时候=BS单位为韦伯（Wb）v磁导率表示物质导磁能力大小的物理量真空导磁率04107H/m相对磁导率r/0单位为亨/米（H/m）第4页，本讲稿共51页Design By CYQ Compile By LZW Electronical Engineering磁路的基本物理量和基本性质v磁场强
3、度H表示磁感应强度B在不同物质中的分布磁场强度H和磁感应强度B的关系式H=B/计算式单位为安/米（A/m）v磁通连续性原理磁场中任何一个闭合曲面的磁通量为零第5页，本讲稿共51页Design By CYQ Compile By LZW Electronical Engineering7.2 铁磁材料v铁磁材料的特点磁导率高：r1，可达102104数量级磁饱和现象：B随H的增大而非线性增加并趋饱和磁滞现象：B的变化总是滞后于H第6页，本讲稿共51页Design By CYQ Compile By LZW Electronical Engineering铁磁材料的分类及特点v软磁材料磁导率高，磁滞
4、特性不明显，矫顽力和剩磁都小，磁滞回线较窄，磁滞损耗小v硬磁材料剩磁和矫顽力均较大，磁滞特性明显，磁滞回线较宽v矩磁材料(生产记忆元件：磁盘、磁带等)只要受较小的外磁场作用就能磁化到饱和，当外磁场去掉，磁性仍保持，磁滞回线几乎成矩形第7页，本讲稿共51页Design By CYQ Compile By LZW Electronical Engineering7.3 磁路的概念及磁路的基本定律v磁路的概念指磁通在物质（导磁材料）中分布的闭合路径v常见设备的磁路第8页，本讲稿共51页Design By CYQ Compile By LZW Electronical Engineering安培环路定
5、律v在磁场中，任取一闭合路径，沿此路径对磁场强度H矢量的线积分等于积分线所环链的传导电流的代数和v当电流参考方向与闭合路径的方向符合右手螺旋法则时，电流值为正，反之为负vIN为电流与线圈匝数的乘积，称为磁通势Fm第9页，本讲稿共51页Design By CYQ Compile By LZW Electronical Engineering磁路欧姆定律v均匀环形磁路中的磁通量等于磁通势Fm与磁阻Rm的比值v式中：l为环形磁路的长度；S为环形磁路的截面面积；为铁磁材料的磁导率v因为值不是常数，因此不能Rm用直接计算磁路，但可用于对磁路作定性分析说明第10页，本讲稿共51页Design By CYQ
6、 Compile By LZW Electronical Engineering磁路与电路对照v磁通势Fm电动势Ev磁通电流Iv磁感应强度B电流密度Jv磁阻Rm=l/S电阻R=l/A第11页，本讲稿共51页Design By CYQ Compile By LZW Electronical Engineering磁路与电路的对照区别电路磁路阻性电阻R=l/S磁阻Rm=l/S流量电流I磁通势能电动势E磁通势Fm守恒定律I=0=0U=0 Fm=0第12页，本讲稿共51页Design By CYQ Compile By LZW Electronical Engineering磁路基本定律题例v如图所示
7、均匀环形螺线管，已知平均长度l=0.12m,截面积S=210-4m2。求当螺线管分别为非磁性材料和铸钢时，在环中产生1.510-4Wb的磁通所需的磁通势第13页，本讲稿共51页Design By CYQ Compile By LZW Electronical Engineering均匀环形螺线管v螺线管为非磁性材料时v螺线管为铸钢时第14页，本讲稿共51页Design By CYQ Compile By LZW Electronical Engineering非均匀磁路的安培环路定律v如图所示，铁心磁路由硅钢片和空气隙构成。磁路各部分结构参数如图分别为(S1,l1),(S2,l2)和(S3,l
8、3)求安培环路定律的表达式第15页，本讲稿共51页Design By CYQ Compile By LZW Electronical Engineering非均匀磁路的安培环路定律第16页，本讲稿共51页Design By CYQ Compile By LZW Electronical Engineering有分支磁路的安培环路定律和欧姆定律第17页，本讲稿共51页Design By CYQ Compile By LZW Electronical Engineering7.4 直流磁路计算v如图为一直流起重电磁铁的示意图。铁心由硅钢片叠成，占空系数k=0.95，衔铁为铸钢制成。图中尺寸单位为m
9、m。已知铁心中的磁通=0.002Wb，求所需的磁通势Fm。如励磁线圈的匝数N=1000，则励磁电流为多大？第18页，本讲稿共51页Design By CYQ Compile By LZW Electronical Engineering直流磁路计算题例第19页，本讲稿共51页Design By CYQ Compile By LZW Electronical Engineering直流磁路计算题例第20页，本讲稿共51页Design By CYQ Compile By LZW Electronical Engineering直流磁路计算题例第21页，本讲稿共51页Design By CYQ Co
10、mpile By LZW Electronical Engineering7.5 交流磁路与交流铁心线圈v交流磁路的特点v磁通与电压、电流的关系磁通与电压、电流的关系表达式交流磁路与直流磁路的区别v铁心损耗磁滞损耗及其经验公式涡流损耗及其经验公式v交流铁心线圈的等效电路第22页，本讲稿共51页Design By CYQ Compile By LZW Electronical Engineering交流磁路及其特点v交流磁路的概念指由交流电励磁的磁路v交流磁路的特点交流磁路中的磁通是交变的时间函数交变磁通在励磁线圈中将产生感生电动势感生电动势阻碍电流的变化并产生对磁路的影响以及产生铁心损耗第23
11、页，本讲稿共51页Design By CYQ Compile By LZW Electronical Engineering磁通与电压、电流的关系第24页，本讲稿共51页Design By CYQ Compile By LZW Electronical Engineering交流磁路与直流磁路的比较v交流磁路中，只要电压u不变，则基本不变，的变化会引起Rm的变化从而励磁电流i随之变化v直流磁路中，U不变，则励磁电流I不变，的变化会引起Rm的变化从而随之变化第25页，本讲稿共51页Design By CYQ Compile By LZW Electronical Engineering铁心损耗v
12、磁滞损耗Ph指由铁磁材料的磁滞现象所产生的损耗经验公式为v涡流损耗Pe指由感生电流与回路电阻所产生的热能经验公式为第26页，本讲稿共51页Design By CYQ Compile By LZW Electronical Engineering交流铁心线圈的等效电路v忽略线圈电阻和漏磁v考虑线圈电阻和漏磁第27页，本讲稿共51页Design By CYQ Compile By LZW Electronical Engineering7.6 电磁铁v直流电磁铁v交流电磁铁vI与衔铁运动无关vF与衔铁运动有关气隙减小磁阻Rm减小磁通势Fm不变磁通增大磁感应强度B增大电磁力F增大vFav与衔铁运动无
13、关vi与衔铁运动有关气隙减小磁阻Rm减小磁通基本不变励磁电流i减小第28页，本讲稿共51页Design By CYQ Compile By LZW Electronical Engineering7.7 变压器v变压器的基本原理电压变换电流变换阻抗变换v变压器的运行特性外特性和电压调整率损耗和效率v变压器绕组的同名端v三相变压器v变压器的额定值额定电压额定电流额定容量v其他类型的变压器自耦变压器仪用互感器第29页，本讲稿共51页Design By CYQ Compile By LZW Electronical Engineering变压器的基本原理v变压器的基本原理交变电压经一次绕组在闭合铁心
14、中产生交变磁场交变磁场与二次绕组交链产生感生电动势感生电动势为二次端负载提供电能第30页，本讲稿共51页Design By CYQ Compile By LZW Electronical Engineering空载运行和电压变换第31页，本讲稿共51页Design By CYQ Compile By LZW Electronical Engineering带载运行和电流变换第32页，本讲稿共51页Design By CYQ Compile By LZW Electronical Engineering阻抗变换第33页，本讲稿共51页Design By CYQ Compile By LZW El
15、ectronical Engineering阻抗变换题例v变压器耦合电路如图所示，已知正弦信号源的电压US=5V，内阻为RS=1000，负载电阻RL=40。问变压器的匝数比为多少时，负载可获得最大功率？并求一次侧和二次侧电流大小第34页，本讲稿共51页Design By CYQ Compile By LZW Electronical Engineering阻抗变换题例第35页，本讲稿共51页Design By CYQ Compile By LZW Electronical Engineering外特性和电压调整率v外特性描述当一次侧接额定电压U1N并且保持不变时，二次侧的端电压与负载电流I2的
16、关系v电压调整率指变压器带负载后，二次电压U2随负载电流I2变化的程度U20：二次侧的空载电压U2 ：二次侧电流为额定 电流时的端电压第36页，本讲稿共51页Design By CYQ Compile By LZW Electronical Engineering变压器的损耗v铜损PCuv铁损PFe第37页，本讲稿共51页Design By CYQ Compile By LZW Electronical Engineering变压器的效率v变压器的效率定义为输出功率P2与输入功率P1的比值第38页，本讲稿共51页Design By CYQ Compile By LZW Electronical
17、 Engineering变压器绕组的同极性端第39页，本讲稿共51页Design By CYQ Compile By LZW Electronical Engineering变压器绕组的同极性端v同极性端的定义当电流以相同的方向通过绕组端子流入相同铁心上的不同绕组时，若它们的磁通势产生的磁通方向相同，则该端子称为不同绕组的同极性端，亦称同名端第40页，本讲稿共51页Design By CYQ Compile By LZW Electronical Engineering变压器绕组的同极性端v同极性端的表示方法同极性端通常采用“”表示一次绕组和二次绕组的同极性端可用同一字母的大小写来表示v变压器
18、绕组的同极性端与绕组的绕向有关第41页，本讲稿共51页Design By CYQ Compile By LZW Electronical Engineering变压器绕组的连接v绕组串联时，应将绕组的异极性端连在一起v绕组并联时，应将绕组的同极性端连在一起第42页，本讲稿共51页Design By CYQ Compile By LZW Electronical Engineering三相变压器基本原理v有三个铁心柱，每一铁心柱为一相，同一相的一、二次绕组装在同一铁心柱上v三相绕组的一、二次绕组的匝数分别相同，结构也相同v二次绕组产生的感应电动势为三相对称电动势第43页，本讲稿共51页Desig
19、n By CYQ Compile By LZW Electronical Engineering三相变压器绕组的连接v三相变压器绕组的连接组，目前我国常用的有Y/Y0、Y/D和Y0/D三种。分子表示高压绕组的连接组，分母表示低压绕组的连接组v三相变压器的线电压变换比第44页，本讲稿共51页Design By CYQ Compile By LZW Electronical Engineering变压器的额定值v额定电压UN用分数形式标在铭牌上，分子为高压的额定值，分母为低压的额定值三相变压器中，额定电压指相应连接方法的线电压二次侧的额定电压是一次侧接额定电压时二次侧的空载电压第45页，本讲稿共5
20、1页Design By CYQ Compile By LZW Electronical Engineering变压器的额定值v额定电流IN指一次侧接额定电压时一、二次侧允许长期通过的最大电流三相变压器的额定电流是相应连接法的线电流v额定容量SN额定容量是额定电压与额定电流的乘积，即变压器的视在功率单相变压器额定容量SN=UN IN三相变压器额定容量SN=3UN IN第46页，本讲稿共51页Design By CYQ Compile By LZW Electronical Engineering自耦变压器第47页，本讲稿共51页Design By CYQ Compile By LZW Elect
21、ronical Engineering电流互感器CTv用途用于将大电流变化成小电流以便测量v使用注意事项输入端与被测量串接二次侧不允许开路铁心和二次绕组必须同时接地第48页，本讲稿共51页Design By CYQ Compile By LZW Electronical Engineering电压互感器PTv用途用于将大电压变化成小电压以便测量v使用注意事项输入端与被测量并接二次侧不允许短路铁心和二次绕组必须同时接地第49页，本讲稿共51页Design By CYQ Compile By LZW Electronical Engineering小结v磁路的基本概念；磁通连续性原理v铁磁材料的磁化特性曲线和磁滞回线；铁磁材料的分类和特点v磁路的概念以及常见设备的磁路；磁路的安培环路定律和磁路欧姆定律；非闭合磁路的安培环路定律；磁路与电路的比较v磁通与电压电流的关系；交直流磁路的区别第50页，本讲稿共51页Design By CYQ Compile By LZW Electronical Engineering小结v变压器的工作原理；电压变换；电流变换；阻抗变换；外特性与电压调整率；变压器的损耗和效率；变压器绕组的同名端的定义、表示和连接；三相变压器绕组的连接组和线电压的变换比；变压器的额定值；自耦变压器、电流互感器和电压互感器第51页，本讲稿共51页