电工基础教学课件 作者 杨俊 许长兵 22633-第5章磁路与变压器.ppt

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1、电工基础第5章磁路与变压器磁场的基本物理量5.1磁性材料的磁性能5.2磁路的基本定律5.3交流铁芯线圈电路5.4变压器5.55.1磁场的基本物理量1．磁感应强度表示磁场中某点磁场强弱和方向的物理量称为磁感应强度，一般用B来表示，它是个矢量。电流能够产生磁场。磁感应强度与电流之间的方向关系可用右手螺旋定则来确定。磁场内某点磁感应强度的大小可用该点磁场作用于通有1A电流、长1m的导体上的力F来衡量，即，该导体与磁场方向垂直。其中，L表示导体的长度，I表示导体中的电流强度。2．磁通磁感应强度B（如果不是均匀磁场，则取B的平均值）与垂直于磁场方向

2、的面积S的乘积，称为穿过该面积的磁通，用表示，即=BS或3．磁场强度磁场强度是计算磁场时所引入的一个物理量。在任何磁介质中，磁场中某点的磁感应强度B与该点的导磁率系数的比值称为该点的磁场强度，用H表示，即在国际单位制中，磁场强度的单位是安/米或安/厘米（A/m或A/cm）。4．磁导率衡量物质导磁能力大小的物理量称为导磁系数或磁导率。它与磁场强度的乘积等于磁感应强度B，即磁导率的国际单位制单位为亨/米（H/m），其中亨利（H）是电感的单位。5.2磁性材料的磁性能1．高导磁性2．磁饱和性3．磁滞性4．磁性材料分类（1）软磁材料（2）水

3、磁材料（硬磁材料）（3）短磁材料5.3磁路的基本定律1．磁路的概念磁路实质上是局限在一定路径内的磁场。一般地说，磁通分布集中的路径称为磁路。工程上为了使较小的励磁电流产生足够大的磁通，常采用高导磁性的磁性材料来做成具有一定形状的铁芯；由于铁芯的磁导率比周围空气或其他物质的磁导率高很多，因此磁通的绝大部分经过铁芯而形成一个闭合通路。2．磁路的基本定律在磁路中，沿任—闭合路径的磁场强度（矢量）的线积分，等于该闭合路径中各电流的代数和，其数学表达式为根据磁路和电路的对应关系，可推知磁路的基尔霍夫定律。磁路的基尔霍夫电流定律：在磁路的节点处，磁通

4、的代数和恒等于零，即其中，流出节点的磁通取正号，流入节点的磁通则取负号。例如，如图5-7所示的有分支磁路在节点A处有，图5-7有分支磁路5.4交流铁芯线圈电路5.4.1电磁关系图5-8交流铁芯线圈图5-9与i、L与i的关系设主磁通，则式（5-12）中是主磁通势e的幅值，其有效值则为5.4.2功率损耗铁磁材料被反复磁化时，磁滞现象引起的功率损耗称为磁滞损耗ΔPh。可以证明，在一个磁化循环过程中在铁芯的单位体积内所产生的磁滞损耗能量与磁滞回线所包围的面积成正比。图5-10交流铁芯中的涡流及减小涡流的方法5.4.3等效电路铁芯线圈交流电路也可

5、用等效电路进行分析，所谓等效电路，就是用一个不含铁芯的交流电路来等效代替它。等效的条件是：在同样电压作用下，功率、电流及各量之间的相位关系保持不变。例5-1有一交流铁芯线圈，电源电压U=220V，电路中电流I=4A，功率表读数P=100W，频率f=50Hz，漏磁通和线圈上的电压降可忽略不计，试求：（1）铁芯线圈的功率因数；（2）铁芯线圈的等效电阻和感抗。解：（1）（2）铁芯线圈的等效阻抗为等效电阻和感抗分别为5.5变压器5.5.1变压器的结构原理与功能1．变压器的结构和工作原理（1）铁芯。（2）绕组。（3）冷却系统。图5-12变压器的结构

6、示意图2．变压器的功能（1）电压变换。（2）电流变换。（3）阻抗变换。例5-2有一台电压为220/36V的降压变压器，副边接一盏36的灯泡，试求：（1）若变压器的原边绕组匝，副边绕组匝数应是多少？（2）灯泡点亮后，原、副边的电流各为多少？解：（1）由变压比的公式，可以求出副边的匝数为（2）由有功功率公式，灯泡是纯电阻负载，cos=1，可求得副边电流为例5-3在晶体管收音机输出电路中，晶体管所需的最佳负载电阻，而变压器副边所接扬声器的阻抗。试求变压器的匝数比。解：根据题意，要求副边电阻等效到原边后的电阻刚好等于晶体管所需最佳负载电阻。以实

7、现阻抗匹配，输出最大功率。因此根据变压器阻抗变换公式，其匝数比5.5.2变压器的额定值、外特性与效率1．变压器的额定值（1）额定电压U1N和U2N。（2）额定电流I1N和I2N。（3）额定容量SN。（4）额定频率fN。2．变压器的外特性当电源电压U1不变时，随着副绕组电流I2的增加（负载增加），原、副绕组阻抗上的电压降便增加，这将使副绕组的端电压U2发生变动。当电源电压U1和副边所带负载的功率因数cos2为常数时，副边端电压U2随负载电流I2变化的关系曲线U2=f（I2）称为变压器的外特性曲线。图5-14为变压器的外特性曲线图。图5-1

8、4为变压器的外特性曲线图通常我们希望电压U2的变动越小越好。从空载到额定负载，副绕组电压的变化程度用电压变化率U表示，即3．变压器的损耗与效率变压器存在一定的功率损耗。变压器的损耗包括铁芯中