1、第五章第五章 磁路和变压器磁路和变压器5.1 5.1 磁路磁路磁性材料磁性材料2.磁性材料磁性材料软磁：软磁：电工软铁、硅钢片、铁镍合金电工软铁、硅钢片、铁镍合金硬磁：硬磁：碳纲、铁、镍铝钴合金碳纲、铁、镍铝钴合金矩磁材料：矩磁材料：铁氧体、坡莫合金铁氧体、坡莫合金1.磁化曲线磁化曲线B-H曲线曲线磁性材料主要是指铁、镍、钴及其合金。磁性材料主要是指铁、镍、钴及其合金。磁滞现象磁滞现象 当磁化电流为交变电流时，设磁性材料没有被磁化过：H0BBrBmHmHmBrBmHHm0 BBmBr H0Hm B0Bm H0Hm BBrBm HHm0 BBmBrH0Hm BBrBm 可见，磁感应强度B的变化总
2、是滞后于磁场强度H的变化，这种现象叫做磁滞现象磁滞现象。描述上述过程的闭合曲线叫磁滞回线磁滞回线。H0BH0B0HB永磁材料永磁材料 矩磁材料矩磁材料软磁材料软磁材料磁路：磁路：主磁通所经过的闭合路径。主磁通所经过的闭合路径。1u2uis 线圈通入电流后，线圈通入电流后，产生磁通，分主磁通和产生磁通，分主磁通和漏磁通。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）线圈线圈磁路及其基本定律磁路及其基本定律磁路的基本概念磁路的基本概念1.安培环路定律（全电流律）：安培环路定律（全电流律）：磁场中任何闭合回路磁场强度的线积分磁场中任何闭合回路磁场强度
3、的线积分,等等于通过这个闭合路径内电流的代数和。于通过这个闭合路径内电流的代数和。HI1I2I3H dlI 电流方向和磁场强度的方向电流方向和磁场强度的方向符合符合右手定则右手定则的，电流取正；的，电流取正；否则取负。否则取负。HLNI 在无分支的均匀磁路在无分支的均匀磁路（磁路的材料和截面积相同，（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：各处的磁场强度相等）中，安培环路定律可写成：磁路磁路长度长度L线圈线圈匝数匝数NIHL：称为磁压降。称为磁压降。NI：称为磁动势。称为磁动势。一般用一般用 F 表示。表示。F=NIHLNI总磁动势总磁动势 在非均匀磁路在非均匀磁路
4、（磁路的材料或截面积不同，或磁场（磁路的材料或截面积不同，或磁场强度不等）中，强度不等）中，总磁动势等于各段磁压降之和。总磁动势等于各段磁压降之和。00lHIHNI例：例：INl0l对于均匀磁路对于均匀磁路 LSLBHLNI磁路中的磁路中的欧姆定律欧姆定律二二.磁路的欧姆定律：磁路的欧姆定律：则：则：mRLSNIFINSL注：注：由于磁性材料由于磁性材料 是非线性的，磁路欧姆定律多用作定性是非线性的，磁路欧姆定律多用作定性 分析，不做定量计算。分析，不做定量计算。slRm令：令：Rm 称为磁阻称为磁阻磁路磁路和和电路电路的比较的比较磁磁路路电电路路磁通磁通INR+_EI磁压降磁压降HL磁动势磁
5、动势INF 电动势电动势电流电流电压降电压降UEIU基本定律基本定律mRF 磁阻磁阻SlRm磁感应磁感应强度强度SB 安培环路安培环路定律定律HLNI0磁磁 路路IN欧姆定律欧姆定律电阻电阻电流电流强度强度基尔霍夫基尔霍夫电压定律电压定律基尔霍夫基尔霍夫电流定律电流定律0IUEREI lRSSIJ磁路磁路与与电路电路的比较的比较电电 路路R+_EI5.1.3二二.交流磁路的分析交流磁路的分析 (交流铁心线圈电路交流铁心线圈电路)：主磁通：主磁通：漏磁通：漏磁通uLeei1.电磁关系电磁关系i(Ni)u dtdNedtdiLdtdNe电路方程：电路方程：dtdNRieeuulR)()(一般情况下
6、一般情况下 很小很小RudtdNu 交流激励交流激励 线圈中产生感应电势线圈中产生感应电势：主磁通：主磁通：漏磁通：漏磁通uLeei的感应电势的感应电势 和和 产生产生2.2.电压电流关系电压电流关系假设假设tmsin则则tfNtNummcos2cos最大值最大值mmfNU2有效值有效值mmfNUU44.42dtdNu uLeei变压器功能：变压器功能：变电压：变电压：电力系统电力系统 变阻抗：变阻抗：电子电路中的阻抗匹配电子电路中的阻抗匹配 （如喇叭的输出变压器）（如喇叭的输出变压器）变电流：变电流：电流互感器电流互感器 5.2 5.2 变压器变压器 发电厂发电厂1.05万伏万伏输电线输电线
7、22万伏万伏升压升压变电站变电站1万伏万伏降压降压 变压器应用举例降压降压实验室实验室380/220伏伏降压降压仪器仪器36伏伏降压降压单相变压器单相变压器1u2uLR1i2i铁芯铁芯原边原边绕组绕组副边副边绕组绕组结构：结构：变压器的工作原理变压器的工作原理1u2uLR1i2i1u1i2u2iLR变压器符号：变压器符号：电磁关系：电磁关系：)Niiu1111(dtdNe11dtdiLe2222dtdNe221)(222NiidtdiLe111N1N2N1N2空载运行空载运行：原边接入电源，副边原边接入电源，副边开路开路。接上接上交流电源交流电源1u 原边电流原边电流 i1等等 于励于励 磁电
8、流磁电流 i10 dtdNedtdNe2211 产生感应电动势产生感应电动势1u2e1i1e1N2N i10 产生磁通产生磁通（交变）（交变）（方向符合右手定则）方向符合右手定则）、e1.电压变换电压变换结论：结论：改变匝数比改变匝数比，就能，就能改变输出电压改变输出电压。KNNEEUU212121K为为变比变比10i1u20u2i1e2emmNfENfE221144.444.4根据交流磁路的分析根据交流磁路的分析可得：可得：202uu 02i时时负载运行：负载运行：1u2e1i1e1N2NZ2i 副边带负载后对磁路的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
9、线圈中有了作用下，副边线圈中有了电流电流 i2。此电流在磁路中此电流在磁路中也会产生磁通，从而影响原边电流也会产生磁通，从而影响原边电流 i1。但当外加电压、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有负载时基本不变 。带负载后带负载后磁动磁动势的平衡式势的平衡式为：为：)44.4(11mNfU NiNiNi1022112.电流变换电流变换KNNII11221结论：结论：原、副边电流与匝数成反比原、副边电流与匝数成反比1102211NiNiNi 由于变压器铁芯材料的导磁率高、空载励磁电流由于变压器铁芯材料的导磁率高
10、、空载励磁电流 很小，可忽略很小，可忽略。即：。即：02211NINI)(10i2211NINI1i1u2u2iLR1N2NLLRKR222IURL从原边等效：从原边等效：22222211KRKIUKIKUIURLL结论：结论：变压器原边的等效负载，为副边所带负载乘以变压器原边的等效负载，为副边所带负载乘以 变比的平方。变比的平方。3.阻抗变换阻抗变换变压器的阻抗变换u1u2i2i1Ru1i1(a)(b)R例：例：扬声器上如何得到最大输出功率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
11、声器，其等负载为扬声器，其等 效电阻：效电阻：RL=8。求：求：负载上得到的功率负载上得到的功率解：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：W)(7.181085022LLSRRRUpL1i1u2u2iLR1N2NRs（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：W25.698981005022LLSLRRRUp设变比设变比 1:5.321NNK9885.32LR则：则：结论：由此可见，加入变压器以后，结论：由此可见，加入变压器以后，输出功率提高输出功率提高了很多。了很多。原因是满足了电路获
12、得原因是满足了电路获得最大输出功率的条最大输出功率的条 件件（RS=RL）。）。例例：设交流信号源电压V 100U，内阻800oR，负载8LR。（1）将负载直接接至信号源，负载获得多大功率？（2）经变压器进行阻抗匹配，求负载获得的最大功率是多少？变压器变比是多少？解解：（1）负载直接接信号源时，负载获得功率为：W123.08880010022o2LLLRRRURIP（2）最大输出功率时，LR折算到原绕组应等于800oR。负载获得的最大功率为：W125.380080080010022o2maxLLLRRRURIP变压器变比为：108800RLo21RNNk1.1.电压调整率电压调整率U2U20I
13、2I2N0202%10020220UUUU 电压变化率反映电压电压变化率反映电压U2的变化程度。的变化程度。通常希望通常希望U2的变动愈小愈好，一般变压器的的变动愈小愈好，一般变压器的电压变化率约在电压变化率约在5%左右。左右。为防止涡流损失，铁芯为防止涡流损失，铁芯一般由一片片导磁材料一般由一片片导磁材料叠成叠成(如硅钢片如硅钢片)。变压器的损耗包括两部分：变压器的损耗包括两部分：铜损铜损(PCU)：绕组导线电阻所致。绕组导线电阻所致。磁滞损失磁滞损失：磁滞现象引起铁芯发热，：磁滞现象引起铁芯发热，造成的损失。造成的损失。涡流损失：涡流损失：交变磁通在铁芯中产生交变磁通在铁芯中产生 的感应电
14、流（涡流），的感应电流（涡流），造成的损失。造成的损失。铁损铁损()：PFECuFePPPPPP22122.2.变压器的损耗与效率变压器的损耗与效率()3 3额定值额定值(1)额定电压额定电压UN：指变压器副绕组空载时各绕组的电压。三相：指变压器副绕组空载时各绕组的电压。三相变压器是指线电压。变压器是指线电压。(2)额定电流额定电流IN：指允许绕组长时间连续工作的线电流。：指允许绕组长时间连续工作的线电流。(3)额定容量额定容量SN：在额定工作条件下变压器的视在功率：在额定工作条件下变压器的视在功率。1N1N2N2NN33IUIUS三相变压器：三相变压器：1N1N2N2NNIUIUS单相变压器：单相变压器：
