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1、 第六章磁路与铁心线圈电路6.1 磁路及其分析方法6.2 交流铁心线圈电路6.3 变压器6.4 电磁铁第六章 磁路与铁心线圈电路一、磁感应强度（磁通密度）与磁场方向相垂直的单位面积上通过的磁通（磁力线）。单位：韦伯1 Tesla=104 高斯B 的单位：特斯拉（Tesla）6.1 磁路及其分析方法 6.1.1 磁场的基本物理量二、磁通单位：韦伯（Wb）B 单位：特斯拉（T）磁感应强度B与垂直与磁场方向的面积S的乘积，称为通过该面积的磁通。单位：伏秒 三、磁场强度 H 磁场强度是计算磁场所用的物理量，其大小为磁感应强度和导磁率之比。单位：B：特斯拉：亨/米：安/米四、磁导率：表征各种材料导磁能力
2、的物理量（亨/米）真空中的磁导率()为常数一般材料的磁导率 和真空中的磁导率之比，称为这种材料的相对磁导率，则称为磁性材料，则称为非磁性材料 1.高导磁性大小BH(I)2.磁饱和性HBBH 3.磁滞性 根据磁性能，磁性材料又可分为三种：软磁材料（磁滞回线窄长。常用做磁头、磁心等）；永磁材料（磁滞回线宽。常用做永久磁铁）；矩磁材料（滞回 线接近矩形。可用做记忆元件）。6.1.2 磁性材料的磁性能磁路：主磁通所经过的闭合路径。i 线圈通入电流后，产生磁通，分主磁通和漏磁通。：主磁通：漏磁通铁心（导磁性能好 的磁性材料）线圈6.1.3 磁路及其基本定律磁路的基本概念一.安培环路定律（全电流律）：磁场
3、中任何闭合回路磁场强度的线积分,等于通过这个闭合路径内电流的代数和。I1I2I3电流方向和磁场强度的方向符合右手定则的，电流取正；否则取负。在无分支的均匀磁路（磁路的材料和截面积相同，各处的磁场强度相等）中，安培环路定律可写成：磁路长度L线圈匝数NIHL：称为磁压降。其中H是磁路铁心的磁场强度。NI：称为磁动势。一般用 F 表示。F=NI总磁动势 在非均匀磁路（磁路的材料或截面积不同，或磁场强度不等）中，总磁动势等于各段磁压降之和。例：IN对于均匀磁路磁路中的欧姆定律二.磁路的欧姆定律：则：INSL注：由于磁性材料 是非线性的，磁路欧姆定律多用作定性 分析，不做定量计算。令：Rm 称为磁阻磁路
4、和电路的比较磁路电路磁通INR+_EI磁压降 磁动势电动势 电流 电压降U基本定律 磁阻磁感应强度安培环路定律磁 路IN欧姆定律电阻电流强度基尔霍夫电压定律基尔霍夫电流定律磁路与电路的比较电 路R+_EI励磁电流：在磁路中用来产生磁通的电流励磁电流直流-直流磁路 交流-交流磁路磁路分析直流磁路交流磁路6.2 交流铁心线圈电路交流磁路的分析(交流铁心线圈电路)：主磁通：漏磁通ui1.电磁关系电路方程：一般情况下 很小 交流激励 线圈中产生感应电动势：主磁通：漏磁通ui的感应电动势 和 产生2.电压电流关系假设则最大值有效值ui一定时,磁动势IN随磁阻 的变化而变化。当外加电压U、频率 f 与线圈
5、匝数N一定时，便基本不变。根据磁路欧姆定律，当 交流磁路的特点:交流磁路和电路中的恒流源类似交流磁路中：固定F随 变化直流电路中：IS固定U 随 R 变化ui交流磁路中磁阻 对电流的影响 电磁铁吸合过程的分析：P210图 在吸合过程中若外加电压不变,则 基本不变。iu电磁铁吸合前(气隙大）大 起动电流大 电磁铁吸合后(气隙小）小 电流小 如果气隙中有异物卡住，电磁铁长时间吸不上，线圈中的电流一直很大，将会导致过热，把线圈烧坏。注意：(U不变，I不变）(I 随 Rm 变化）（U不变时，基本不变）直流磁路交流磁路磁路小结（随Rm变化）铁损PFe:磁滞损耗:Ph:由于磁滞回线,交变磁化产生。涡流损耗
6、Pe:铁心中感应的电动势和电流。克服方法:1.磁滞损耗:选用软磁材料.2.涡流损耗:采用硅钢片,叠加而成3.功率损耗铜损Pcu:线圈电阻R上的损耗（）.铁心线圈交流电路的有功功率为：变压器功能：变电压：电力系统 变阻抗：电子电路中的阻抗匹配（如喇叭的输出变压器）变电流：电流互感器 6.3 变压器 发电厂1.05万伏输电线22万伏升压变电站1万伏降压 变压器应用举例降压实验室380/220伏降压仪器36伏降压单相变压器铁芯原边绕组副边绕组结构：6.3.1 变压器的工作原理变压器符号：电磁关系：N1N2N1N2空载运行：原边接入电源，副边开路。接上交流电源 原边电流 i1等 于励 磁电流 i10
7、产生感应电动势 i10 产生磁通（交变）（方向符合右手定则）1.电压变换结论：改变匝数比，就能改变输出电压。K为变比根据交流磁路的分析可得：时负载运行：Z 副边带负载后对磁路的影响：在副边感应电压的作用下，副边线圈中有了电流 i2。此电流在磁路中也会产生磁通，从而影响原边电流 i1。但当外加电压、频率不变时，铁芯中主磁通的最大值在变压器空载或有负载时基本不变。带负载后磁动势的平衡式为：2.电流变换结论：原、副边电流与匝数成反比 由于变压器铁芯材料的导磁率高、空载励磁电流 很小，可忽略。即：从原边等效：结论：变压器原边的等效负载，为副边所带负载乘以 变比的平方。3.阻抗变换例：扬声器上如何得到最
8、大输出功率RsRL信号源设：信号电压的有效值:U1=50V;信号内阻：Rs=100;负载为扬声器，其等 效电阻：RL=8。求：负载上得到的功率解：（1）将负载直接接到信号源上，得到的输出功 率为：Rs（2）将负载通过变压器接到信号源上。输出功率为：设变比 则：结论：由此可见，加入变压器以后，输出功率提高了很多。原因是满足了电路获得最大输出功率的条 件（RS=RL）。副边输出电压和输出电流的关系。即：U2I2U20U20：原边加额定电压、副边开路时，副边的输出电压。一般供电系统希望要硬特性（随I2的变化，U2 变化不多）6.3.2 变压器的外特性为防止涡流损失，铁芯一般由一片片导磁材料叠成(如硅
9、钢片)。变压器的损耗包括两部分：铜损(PCu)：绕组导线电阻所致。磁滞损失：磁滞现象引起铁芯发热，造成的损失。涡流损失：交变磁通在铁芯中产生 的感应电流（涡流），造成的损失。铁损()：PFe6.3.3 变压器的损耗与效率()一.自耦变压器ABP 使用时，改变滑动端的位置，便可得到不同的输出电压。实验室中用的调压器就是根据此原理制作的。注意：原、副边千万不能对调使用，以防变压器损坏。因为N变小时，磁通增大，电流会迅速增加。6.3.4 特殊变压器简介（调压器）二.电压互感器：用低量程的电压表测高电压1.副边不能短路，以 防产生过流；2.铁心、低压绕组的 一端接地，以防在 绝缘破损时，在副 边出现高
10、压。使用注意：VR N1（匝数多）保险丝 N2（匝数少）u（被测电压）电压表被测电压=电压表读数 N1/N2三.电流互感器：用低量程的电流表测大电流（被测电流）N1（匝数少）N2（匝数多）ARi1i2电流表被测电流=电流表读数 N2/N11.副边不能开路，以 防产生高电压；2.铁心、低压绕组的 一端接地，以防在 绝缘损坏时，在副 边出现过压。使用注意事项：当电流流入两个线圈(或流出）时，若产生的磁通方向相同，则两个流入端称为同极性端（同名端）。或者说，当铁芯中磁通变化（增大或减小）时，在两线圈中产生的感应电动势极性相同的两端为同极性端。同极性端(同名端)AXax*AXax*6.3.5变压器绕组的极性 额定电压 变压器副边开路（空载）时，原、副边绕组允 许的电压值。额定电流 变压器满载运行时，原、副边绕组允许的电流值。额定容量 传送功率的最大能力。（理想）6.3.6 变压器的铭牌数据（以单相变压器为例）容量 SN 输出功率 P2 原边输入功率 P1 输出功率 P2注意：变压器几个功率的关系效率变压器功率因数容量：原边输入功率：输出功率：作业：P215 6.3.8 6.3.11 第六章