1、3.1 磁路磁路 3.2 交流铁心线圈交流铁心线圈 3.3 变压器变压器 3.4 直流铁心线圈在汽车上的应用直流铁心线圈在汽车上的应用 3.5 变压器在汽车上的应用变压器在汽车上的应用 磁路：主磁通所经过的闭合路径。磁路：主磁通所经过的闭合路径。1u2uis线圈通入电流后，产生磁线圈通入电流后，产生磁通，分主磁通和漏磁通。通，分主磁通和漏磁通。s：主磁通主磁通：漏磁通漏磁通铁心铁心（导磁性能好（导磁性能好 的磁性材料）的磁性材料）线圈线圈3.1 磁磁 路路 3.1.1 磁路的基本概念磁路的基本概念 返回返回1 . 磁路磁路 磁感应强度磁感应强度（B）：磁感应强度表示磁场中：磁感应强度表示磁场中
2、某点磁场强弱方向的物理量。某点磁场强弱方向的物理量。 如果磁场内各点的磁感应强度大小相等，方如果磁场内各点的磁感应强度大小相等，方向相同，这样的磁场称为均匀磁场。向相同，这样的磁场称为均匀磁场。2. 磁路的基本物理量磁路的基本物理量磁感应强度的单位是特斯拉磁感应强度的单位是特斯拉（T） 磁通（磁通（）：磁感应强度：磁感应强度B与垂直于磁场与垂直于磁场方向的面积方向的面积S的乘积，成为通过该面积的磁的乘积，成为通过该面积的磁通。磁通的单位是韦伯通。磁通的单位是韦伯（wb）。）。 = BS 磁场强度磁场强度（H）：表示磁场中与磁铁材料无关：表示磁场中与磁铁材料无关的磁场大小和方向的物理量。磁场强度
3、的单位是的磁场大小和方向的物理量。磁场强度的单位是安安/ /米（米（A/m）。）。 H=B/ 磁导率（磁导率（） ：是用来衡量物质导磁能力的：是用来衡量物质导磁能力的物理量，单位是亨物理量，单位是亨/米米(H/m) 真空磁导率真空磁导率 0 =410 7H/m 相对导磁系数相对导磁系数 r=/0 若若 r = 1 说明是非磁性材料，说明是非磁性材料，。 若若 r 1 说明是说明是磁性材料即铁磁性材料即铁磁材料。磁材料。 3.1.2 铁磁材料的磁性能铁磁材料的磁性能 1.高导磁性高导磁性 大大 小小BH() (I) 2.磁饱和性磁饱和性HBBH 3.磁滞性磁滞性 在外磁场在外磁场H作用下作用下(
4、 (例如铁心线圈中例如铁心线圈中的电流的电流) )，铁磁材，铁磁材料内磁感应强度大料内磁感应强度大大增强，即被强烈大增强，即被强烈磁化的现象。磁化的现象。 磁化磁场不会磁化磁场不会随外磁场的增随外磁场的增加而无限增加加而无限增加的现象。的现象。 在交变磁场在交变磁场H H的的作用下，磁感作用下，磁感应强度应强度B落后于落后于H变化的现象。变化的现象。 按磁滞回线形状的不同，铁磁材料可分为两种按磁滞回线形状的不同，铁磁材料可分为两种基本类型：基本类型：BH0BH0 属于软磁材料的有：属于软磁材料的有：硅钢、铸钢、硅钢、铸钢、坡莫合坡莫合金及铁氧体等金及铁氧体等 。 属于硬磁材料的有：属于硬磁材料
5、的有：钴钢、稀土钴及镍铝钴钢、稀土钴及镍铝钴合金等钴合金等 。INEIR电动势电动势E磁动势磁动势 F=IN电流电流I磁通磁通电压电压U=E磁压磁压F=HL电阻电阻R=l /S r磁阻磁阻Rm=L / S电路欧姆定律电路欧姆定律 I =U/ R磁路欧姆定律磁路欧姆定律 =F/Rm 3.1.3 磁路的欧姆定律磁路的欧姆定律U不变，不变，I不变。不变。UIR 在直流磁路中，励磁电流在直流磁路中，励磁电流 ，随随Rm改变而变化。改变而变化。mINR 据磁路欧姆定律据磁路欧姆定律 ，信号转子转信号转子转空气隙变空气隙变 磁阻磁阻 变变mR 磁通磁通 变变 传感器线圈输出变化的感应电压信号传感器线圈输出
6、变化的感应电压信号 (a) (a) 传感器的结构传感器的结构 (b) (b) 原理示意图原理示意图 (c) (c) 输出信号输出信号 磁路欧姆定律举例：磁路欧姆定律举例：电量、磁量关系如下：电量、磁量关系如下：ui (iN)iR ：主磁通：主磁通 漏磁通漏磁通iue eddeNt ddeNt 3.2 交流铁心线圈交流铁心线圈3.2.1 电压、电流、和磁通的关系电压、电流、和磁通的关系 1. 各物理量之间的关系各物理量之间的关系返回返回2. 电量方程电量方程()()Ruuee 通常通常 很小，故：很小，故：Rue 、dueNdt - -()=md sintduNNdtdt 3. 电磁关系电磁关系
7、= 2mmNcostfN cost 最大最大值值2mmUfN 有效值有效值=4 442mmUU.fN =mmFINRR( ( I 随随 Rm 变化）变化）=4 44mU.fNm（U不变时，不变时， 基本不变）基本不变）可见交流磁路特点是：可见交流磁路特点是：3.2.2 铁心线圈的能量损耗铁心线圈的能量损耗1. 铁心线圈电路的铜损：铁心线圈电路的铜损：PCu=I2R2. 铁心线圈电路的铁损：铁心线圈电路的铁损：铁损铁损PFe 磁滞损耗磁滞损耗Ph+涡流损耗涡流损耗Pe1) 磁滞损耗磁滞损耗Ph ：铁心在交变磁场内反复磁化的过程要消铁心在交变磁场内反复磁化的过程要消耗能量，使磁铁发热。耗能量，使磁
8、铁发热。 可以证明，铁心反复磁化所消耗的能量与磁滞回线可以证明，铁心反复磁化所消耗的能量与磁滞回线的面积成正比。所以一般为了减小磁滞损耗，常选用的面积成正比。所以一般为了减小磁滞损耗，常选用磁滞回线狭小的软磁材料制造铁心，通常采用硅钢。磁滞回线狭小的软磁材料制造铁心，通常采用硅钢。2)涡流损耗涡流损耗Pe : :磁铁材料既导磁铁材料既导磁又导电，在交变磁通通过磁又导电，在交变磁通通过铁心时，在线圈和铁心中都铁心时，在线圈和铁心中都有感应电动势产生，在磁铁有感应电动势产生，在磁铁中会出现旋涡式的电流称为中会出现旋涡式的电流称为涡流。涡流在铁心中产生的涡流。涡流在铁心中产生的能量损耗称为涡流损耗。
9、能量损耗称为涡流损耗。ic 为了减小涡流损耗，一方面采用电阻率较高的铁磁为了减小涡流损耗，一方面采用电阻率较高的铁磁材料（如硅钢）也可以减小涡流。材料（如硅钢）也可以减小涡流。 另一方面可以把整块铁心改成顺着磁场方向彼此绝另一方面可以把整块铁心改成顺着磁场方向彼此绝缘的硅钢片叠成。这样就可以限制涡流在较小的截面缘的硅钢片叠成。这样就可以限制涡流在较小的截面内流过；内流过；iic 交流铁心线交流铁心线圈的铁心都选圈的铁心都选用用0.5mm或或0.35mm 厚的彼厚的彼此绝缘的硅钢此绝缘的硅钢片叠成。片叠成。 变压器是用来改变电压大小的一种重要的变压器是用来改变电压大小的一种重要的电器设备电器设备
10、, ,它在电力和供电系统中占有很重要它在电力和供电系统中占有很重要的地位的地位, ,在电子技术也得到广泛的应用。在电子技术也得到广泛的应用。变压器用途变压器用途1. 升压送电升压送电2. 降压送电降压送电3. 在电子线路中用作电源变在电子线路中用作电源变换、传递信号、阻抗变换等换、传递信号、阻抗变换等3.3 变压器变压器返回返回1u2uLR1i2i绕组铁心壳式壳式铁心绕组心式心式3.3.1 变压器的基本构造变压器的基本构造单相变压器单相变压器铁心铁心原边原边绕组绕组副边副边绕组绕组T11012()uiiee3.3.2 变压器的工作原理变压器的工作原理1. 变压器的空载运行与变换电压变压器的空载
11、运行与变换电压0i1u20u2i1e2e220uu 20i 时时11224 444 44mmE.f N E.f N 结论：改变匝数比，就能改变输出电压。结论：改变匝数比，就能改变输出电压。111222UENKUEN K为为变比变比 副边带负载后对磁路副边带负载后对磁路的影响：在副边感应电压的影响：在副边感应电压的作用下，副边线圈中有的作用下，副边线圈中有了电流了电流 i2 。此电流在磁此电流在磁路中也会产生磁通，从而路中也会产生磁通，从而影响原边电流影响原边电流 i1。但当外加电压、频率不变时，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铁芯中主磁通的最大值在变压器空载
12、或有负载时基本不变基本不变 。带负载后磁动势的平带负载后磁动势的平衡关系为：衡关系为：11(444)mU.f N 112201i Ni Ni N = =2. 变压器的负载运行与变换电流变压器的负载运行与变换电流1u1i2u2iLR12211ININK 结论：原、副边电流与匝数成反比结论：原、副边电流与匝数成反比112201i Ni Ni N 由于变压器铁心材料的导磁率高、空载励磁由于变压器铁心材料的导磁率高、空载励磁电流电流 很小，可忽略很小，可忽略 。即：。即：11220I NI N 0( )i原、副边电流关系原、副边电流关系 （变电流）（变电流）1122I NI N （变阻抗）（变阻抗）原
13、、副边阻抗关系原、副边阻抗关系2LLRK R 22LURI 从原边等效：从原边等效：22122212LLUKUURKR KIIIK 结论：变压器原边的等效负载，为副边所结论：变压器原边的等效负载，为副边所 带负载乘以变比的平方。带负载乘以变比的平方。 1i1u2u2iLR1N2N阻抗变换举例：扬声器上如何得到最大输出功率。阻抗变换举例：扬声器上如何得到最大输出功率。i1uRsRL信号源信号源设：设：信号电压的有效值信号电压的有效值: :U1= 50V;信号内阻：信号内阻： Rs=100 ;负载为扬声器，其等负载为扬声器，其等效电阻：效电阻：RL=8 。求：负载上得到的功率求：负载上得到的功率解
14、：解：（1）将负载直接接到信号源上，将负载直接接到信号源上，得到的输出功得到的输出功 率为：率为： 225081 7 W)108LLSLUpR. (RR 1i1u2u2iLR1N2NRs（2）将负载通过变压器接到信号源上。将负载通过变压器接到信号源上。输出功率为输出功率为：2250986 25W10098LLSLUpR.RR 设变比设变比 123 51NK.:N 23 5898LR. 则则：结论：由此例可见加入变压器以后，输出功率提高了结论：由此例可见加入变压器以后，输出功率提高了 很多。原因是满足了电路中获得最大输出的条很多。原因是满足了电路中获得最大输出的条 件（信号源内、外阻抗差不多相等
15、）。件（信号源内、外阻抗差不多相等）。副边输出电压和输出电流的关系。即：副边输出电压和输出电流的关系。即：22( )Uf I U2I2U20U20：原边加额定电压、原边加额定电压、副边开路时，副边的输副边开路时，副边的输出电压。出电压。一般供电系统希望要硬特性（随一般供电系统希望要硬特性（随I2的变化的变化，U2 变变化不多）化不多）3.3.3 变压器的外特性与额定值变压器的外特性与额定值1. 外特性外特性 额定电压额定电压 变压器副边开路（空载）时，原、副边绕组允许变压器副边开路（空载）时，原、副边绕组允许 的电压值。的电压值。12 NNUU、 额定电流额定电流 变压器满载运行时，原、副边绕
16、组允许的电流值。变压器满载运行时，原、副边绕组允许的电流值。12 NNII 额定容量额定容量 传送功率的最大能力。传送功率的最大能力。NS1122NNNNNSUIUI （理想）（理想）2. 额定值额定值 效率效率 ：指输出功率与输入功率之比，即指输出功率与输入功率之比，即21100P%P 容量容量 SN 输出功率输出功率 P2 原边输入功率原边输入功率 P1 输出功率输出功率 P2变压器几个功率的关系变压器几个功率的关系效率效率变压器功变压器功率因数率因数11NNNSUI 容量：容量：21PP 原边输入功率：原边输入功率：222PU I cos 输出功率：输出功率： 当电流流入两个线圈当电流流
17、入两个线圈( (或流出）时，若产生的磁通或流出）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。中产生的感应电动势极性相同的两端为同极性端。1.1.同极性端同极性端( (同名端同名端) )AXax*AXax*3.3.4 变压器绕组的同极性端及其测定变压器绕组的同极性端及其测定注意：如果两绕组的极性接错时，注意：如果两绕组的极性接错时，有可能烧毁有可能烧毁变压器。变压器。结论：结论：在极性不明确
18、时，一定要先测定极性再通电。在极性不明确时，一定要先测定极性再通电。两个线圈中的磁通抵消两个线圈中的磁通抵消烧毁烧毁感应电势感应电势0e 电流电流 很大很大11uiR 1111ui R e 原因：原因：*1324NN10i220U 2. 极性的测定方法极性的测定方法(直流法直流法)mA表表+_AXaxK+-*AXax+_K2e设设K闭合时闭合时 增加。增加。 感应电动势的方向，感应电动势的方向，阻止阻止 的增加。的增加。如果当如果当 K 闭合时，闭合时，mA 表正表正偏，则偏，则 Aa 为同极性端为同极性端; ;如果当如果当 K 闭合时，闭合时，mA 表反表反偏，则偏，则 Ax 为同极性端为同
19、极性端结论：结论：123456781. 当接到当接到220的电源时，的电源时，应将应将2、3相联，相联，1、4与电源与电源两个线圈串联。两个线圈串联。 当接当接110电源时，应将电源时，应将1、3相联相联2、4相联，两线圈并联相联，两线圈并联接到接到110电源上。电源上。2. 若要得到若要得到12的输出时，应将的输出时，应将6、8相联，从相联，从5、 7两个端子输出两个端子输出。 若要得到若要得到6的输出时，应将的输出时，应将6、7相联，从相联，从5、 8两个端子输出两个端子输出。3.3.5 变压器在汽车上的应用变压器在汽车上的应用点火线圈点火线圈相同点相同点不同点不同点变变压压器器铁心上绕线
20、圈，铁心上绕线圈，电磁感应原理电磁感应原理连续工作方式，连续工作方式，可以变换电压、可以变换电压、电流、阻抗，电流、阻抗，可升压或降压。可升压或降压。点点火火线线圈圈铁心上绕线圈，铁心上绕线圈，电磁感应原理电磁感应原理断续工作方式，断续工作方式，只能是升压。只能是升压。1. 点火线圈的结构与特点点火线圈的结构与特点1122UNUN 1122maxmaxUNUN 返回返回2. 传统点火系统的组成和工作过程传统点火系统的组成和工作过程1) 断电器触点闭合，点火线圈中初级电流断电器触点闭合，点火线圈中初级电流i1增长。增长。2) 断电器触点打开，点火线圈次级产生高压电。断电器触点打开，点火线圈次级产
21、生高压电。3) 火花塞间隙被击穿，产生点火花，点燃混合气。火花塞间隙被击穿，产生点火花，点燃混合气。3.4 直流铁心线圈在汽车上的应用直流铁心线圈在汽车上的应用3.4.1 直流铁心线圈的电磁特点直流铁心线圈的电磁特点UIR= = 励磁电流励磁电流（当当U不变，不变，I不变，磁动势不变，磁动势IN不变不变)mINR = = 磁通磁通（随磁阻随磁阻Rm变化变化)2cuPI R= =0FeP= = 功率损耗，仅有铜损，功率损耗，仅有铜损，没有铁心损失，没有铁心损失，返回返回3.4.2 直流铁心线圈的应用直流铁心线圈的应用1. 继电器：利用小电流来控制较大电流的继电器：利用小电流来控制较大电流的 电磁开关。电磁开关。电磁式继电器电磁式继电器触点常闭继电器符号触点常闭继电器符号触点常开继电器符号触点常开继电器符号2. 电磁铁与电磁阀电磁铁与电磁阀 电磁铁中衔铁或铁心的运动，可带动某传动机构完电磁铁中衔铁或铁心的运动，可带动某传动机构完成一个执行动作成一个执行动作( (例如门锁执行器例如门锁执行器) )。电磁阀可实现液压。电磁阀可实现液压油路的关断与闭合油路的关断与闭合( (例如：换档电磁阀例如：换档电磁阀) )。
