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1、电工技术基础,主编 李中发制作 李中发2004年7月,第6章 磁路和变压器,磁路的概念、物理量和定律交流铁心线圈电路的分析变压器工作原理,学习要点,第6章 磁路和变压器,6.1 磁路6.2 交流铁心线圈电路6.3 变压器,6.1 磁路,实际电路中有大量电感元件的线圈中有铁心。线圈通电后铁心就构成磁路，磁路又影响电路。因此电工技术不仅有电路问题，同时也有磁路问题。,6.1.1 磁路的基本物理量,1磁感应强度B,磁感应强度B是表示磁场内某点磁场强弱及方向的物理量。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的方向用右手螺旋定则确定。单位是特斯拉(T)。,2磁通,均匀磁场中磁通等于磁感应强
2、度B与垂直于磁场方向的面积S的乘积，单位是韦伯(Wb)。,3磁导率,磁导率表示物质的导磁性能，单位是亨/米(H/m)。,真空的磁导率,非铁磁物质的磁导率与真空极为接近，铁磁物质的磁导率远大于真空的磁导率。,相对磁导率r：物质磁导率与真空磁导率的比值。非铁磁物质r近似为1，铁磁物质的r远大于1。,4磁场强度H,磁场强度只与产生磁场的电流以及这些电流分布有关，而与磁介质的磁导率无关，单位是安米（Am）。是为了简化计算而引入的辅助物理量。,6.1.2 磁场的基本定律,1安培环路定律,计算电流代数和时，与绕行方向符合右手螺旋定则的电流取正号，反之取负号。若闭合回路上各点的磁场强度相等且其方向与闭合回路
3、的切线方向一致，则：,2磁路欧姆定律,称为磁阻，表示磁路对磁通的阻碍作用。,因铁磁物质的磁阻Rm不是常数，它会随励磁电流I的改变而改变，因而通常不能用磁路的欧姆定律直接计算，但可以用于定性分析很多磁路问题。,3电磁感应定律,6.1.3 铁磁材料的磁性能,高导磁性：磁导率可达102104，由铁磁材料组成的磁路磁阻很小，在线圈中通入较小的电流即可获得较大的磁通。磁饱和性：B不会随H的增强而无限增强，H增大到一定值时，B不能继续增强。磁滞性：铁心线圈中通过交变电流时，H的大小和方向都会改变，铁心在交变磁场中反复磁化，在反复磁化的过程中，B的变化总是滞后于H的变化。,铁磁材料的类型：,软磁材料：磁导率
4、高，磁滞特性不明显，矫顽力和剩磁都小，磁滞回线较窄，磁滞损耗小。硬磁材料：剩磁和矫顽力均较大，磁滞性明显，磁滞回线较宽。矩磁材料：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。,磁化曲线,磁滞回线,设线圈的电阻为R，主磁电动势为e和漏感电动势为e，由KVL，有：,6.2.1 电磁关系,e 的有效值为：,6.2 交流铁心线圈电路,写成相量形式：,设漏磁电感为L，则：,等效电路：,图中X0是反映线圈能量储放的等效感抗。,6.2.2 功率损耗,6.3 变压器,6.3.1 变压器的工作原理,原绕组匝数为N1，电压u1，电流i1，主磁电动势e1，漏磁电动势e1；副绕
5、组匝数为N2，电压u2，电流i2，主磁电动势e2，漏磁电动势e2。,1电压变换,原绕组的电压方程：,副绕组的电压方程：,忽略电阻R1和漏抗X1的电压，则：,k称为变压器的变比。,三相变压器的两种接法及电压的变换关系,2电流变换,由U1E1=4.44N1fm可知，U1和f不变时，E1和m也都基本不变。因此，有负载时产生主磁通的原、副绕组的合成磁动势（i1N1+i2N2）和空载时产生主磁通的原绕组的磁动势i0N1基本相等，即：,空载电流i0很小，可忽略不计。,3阻抗变换,设接在变压器副绕组的负载阻抗Z的模为|Z|，则：,Z反映到原绕组的阻抗模|Z|为：,6.3.2 变压器的工作特性,1外特性,电压
6、变化率反映电压U2的变化程度。通常希望U2的变动愈小愈好，一般变压器的电压变化率约在5%左右。,2损耗与效率,铁损PFe包括磁滞损耗和涡流损耗。,损耗：,铜损：,效率：,3额定值,(1)额定电压UN：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。(2)额定电流IN：指允许绕组长时间连续工作的线电流。(3)额定容量SN：在额定工作条件下变压器的视在功率。,三相变压器：,单相变压器：,(1)同极性端的标记,(2)同极性端的测定,毫安表的指针正偏1和3是同极性端；反偏1和4是同极性端。,U13=U12U34时1和3是同极性端；U13=U12U34时1和4是同极性端。,6.3.3 变压器线圈极性测定,6.3.4 特殊变压器,1自耦变压器,特点：副绕组是原绕组的一部分，原、副压绕组不但有磁的联系，也有电的联系。,2仪用互感器,(1)电流互感器：原绕组线径较粗，匝数很少，与被测电路负载串联；副绕组线径较细，匝数很多，与电流表及功率表、电度表、继电器的电流线圈串联。用于将大电流变换为小电流。使用时副绕组电路不允许开路。,(2)电压互感器：电压互感器的原绕组匝数很多，并联于待测电路两端；副绕组匝数较少，与电压表及电度表、功率表、继电器的电压线圈并联。用于将高电压变换成低电压。使用时副绕组不允许短路。,
