[工学]第七章磁路与变压器江苏大学电工电子电工课件
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第七章 磁路与变压器 江苏大学电工电子电工课件
江苏大学电工电子教研室
磁路与变压器
几种常见磁性物质的磁化曲线
磁化曲线：就是磁感应强度 与磁场强度 的关系曲线， 与磁场强度H的关系曲线 磁化曲线：就是磁感应强度B与磁场强度 的关系曲线，是进 行磁路计算不可缺乏的资料，它由实验方法获得。 行磁路计算不可缺乏的资料，它由实验方法获得。 下面给出三种常用铁磁材料的B-H曲线 曲线 下面给出三种常用铁磁材料的 B/T 1.8 1.6 1.4 1.2 1.0 0.8 0.6 0.4 0.2
Φ
B=
φ
S
[特斯拉 特斯拉(T)] 特斯拉
江苏大学电工电子教研室
磁路与变压器
磁场强度H 磁场强度
磁场强度用矢量H表示，方向与磁感应强度 相同 相同。 代 磁场强度用矢量 表示，方向与磁感应强度B相同。H代 表示 表电流本身在真空中所产生的磁场的强弱， 表电流本身在真空中所产生的磁场的强弱，其大小只与产 生该磁场的电流大小成正比，与介质的性质无关。 生该磁场的电流大小成正比，与介质的性质无关。
江苏大学电工电子教研室
磁路与变压器
再如绕在铁心上的线圈通以较小的电流（励磁电流）， 再如绕在铁心上的线圈通以较小的电流（励磁电流）， 便能得到较强的磁场，磁通的绝大部分通过铁心构成回路， 便能得到较强的磁场，磁通的绝大部分通过铁心构成回路， 这种磁通的路径称为磁路。 这种磁通的路径称为磁路。
r
N匝 H S
−Hc
−Hm
0
− Br
Hc Hm
H
这种磁感应强度的变化滞后于磁 场强度的变化的现象称为~。 场强度的变化的现象称为 。
矫顽力 注：图中箭头表示反复磁化的过程
磁滞回线
磁性物质不同，其磁滞回线和磁化曲线也不同。 磁性物质不同，其磁滞回线和磁化曲线也不同。
《电工电子技术》——磁路与变压器共45页
END
《电工电子技术》——磁路与变压器
51、没有哪个社会可以制订一部永远 适用的 宪法， 甚至一 条永远 适用的 法律。 ——杰 斐逊 52、法律源于人的自卫本能。——英 格索尔
53、人们通常会发现，法律就是这样 一种的 网，触 犯法律 的人， 小的可 以穿网 而过， 大的可 以破网 而出， 只有中 等的才 会坠入 网中。 ——申 斯通 54、法律就是法律它是一座雄伟的大 夏，庇 护着我 们大家 ；它的 每一块 砖石都 垒在另 一块砖 石上。 ——高 尔斯华 绥 55、今天的法律未必越轨。——华盛顿 17、一个人即使已登上顶峰，也仍要自强不息。——罗素·贝克 18、最大的挑战和突破在于用人，而用人最大的突破在于信任人。——马云 19、自己活着，就是为了使别人过得更美好。——雷锋 20、要掌握书，莫被书掌握；要为生而读，莫为读而生。——布尔沃
磁路与变压器
5
2. 磁通 磁通是磁感应强度矢量的通量，是指穿过某一截面S的磁力 线条数，用Φ表示，单位是Wb，称为韦伯。在均匀磁场中，各 点磁感应强度大小相等，方向相同。当所取截面S与磁力线方向 垂直时，有
Φ BS 或 B Φ
(7.2)
S
从式(7.2)可看出，B也可理解为单位截面上的磁通， 即穿 过单位截面的磁力线条数，故又称为磁通密度，简称磁密。
第二定律。
23
4. 磁路的计算 在进行磁路计算时，首先要注意几个问题。 1) 主磁通与漏磁通 主磁通又称为工作磁通，即工作所要求的闭合磁路的磁 通，如图7.7中的Φ即为主磁通。 漏磁通是不按所需的工作路径闭合的磁通，如图7.7中的 Φσ所示。漏磁通很小，一般只有工作磁通的千分之几，因而 常可忽略不计。
15
图7.4 不同材料的磁滞回线 (a) 永磁材料；(b) 软磁材料；(c) 矩磁材料
16
7.2 磁路计算的基本定律
1. 安培环路定律 任何磁场都是由电流产生的，磁路中的磁场也不例外。安 培环路定律说明了产生磁场的电流与所产生的磁场强度之间的 定量关系，它表述为：在磁场中沿任何闭合回路的磁场强度H的 线积分等于通过闭合回路内各电流的代数和。用数学式表示为
磁通为Φ2和Φ3，则根据物理学中磁通连续性原理可知：
Φ1=Φ2+Φ3
或
Φ1－Φ2－Φ3=0
推广到一般情况，对任意闭合面的总磁通有：
∑Φk=0 这一关系与电路中的基尔霍夫第一定律相对应，可称为磁路
的基尔霍夫第一定律。
另外，若在图7.6所示的磁路中，任取一闭合磁路 ABCDA，其中：CDA段平均长度为L1，AC段平均长度为L2， ABC段平均长度为L3。则根据全电流定律得到
36
磁路与变压器-课件
B
A
-Hm O
Hm H
对应于不同的Hm，将 得到一系列的磁滞回线，
将各磁滞回线的顶点与原 点O连接起来，得到一条 曲线OA，称为标准磁化曲
线，它是分析与计算磁路 的依据。
磁性材料按其磁滞回线的特点，可以分为三类：
（1）软磁材料：
磁滞回线较窄，比如 铸铁、铸钢等。一般 用来制造变压器、电 机等的铁芯。
HlNI
Hl：称为磁压降。
线圈 匝数N
I
磁路 长度l
F=NI：称为磁动势。
在非均匀磁路中，各段磁 压降之和等于总磁动势。
H lN IF
I
N
l0
总磁动势
l
例
HlH0l0NI
2.2 磁路欧姆定律
Φ
对于均匀磁路 Hl Bl l I
S
S
N
l
令
Rm
l
S
Rm 称为磁阻
则 HlRm
又 HlN IF ∴ Rm F
磁路与变压器
精品
在很多电工设备中（变压器、电磁
铁、电工测量仪表、电机等），不仅有 电路问题，同时还有磁路问题，只有同 时掌握了电路和磁路的基本理论，才能 对各种电工设备做全面的分析。
§1 磁场的基本物理量
1 磁感应强度B
磁感应强度B是用来表示磁场内某点磁场强弱 和方向的物理量。它是一个矢量。
B的大小
材料和绝缘材料的导电系数相差特别大，因此在分 析电路时很少考虑漏电流；但在磁路中，由于磁性 材料的磁导率只比非磁性材料的磁导率大几千或几 万倍，所以漏磁在很多情况下是不能忽略的，或者 说，不存在磁的绝缘材料。
F
Rm
磁路欧姆定律
2.3 磁路与 电路的比较
电工技术之磁路和变压器(ppt 33页)_1143
线几乎成矩形。
2021/2/23
7.2 交流铁心线圈电路
7.2.1 电磁关系
设线圈的电阻为R，主
i
Φ
磁电动势为e和漏感电动势 + e
为eσ，由KVL，有：
u e
Φσ
－
uee i R
设 主 磁 通 按 正 弦 规 律 变 化 ： msint， 则 ：
e N d d tN m co t s E m sitn 9 ( )0
2．磁通Φ
均匀磁场中磁通Φ等于磁感应强度B与垂直 于磁场方向的面积S的乘积，单位是韦伯(Wb)。
BS
3．磁导率μ
磁导率μ表示物质的导磁性能，单位是 亨/米(H/m)。
真空的磁导率 04107H/m 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μr：物质磁导率与真空磁 导率的比值。非铁磁物质μr近似为1，铁磁 物质的μr远大于1。
+ －
(a) 电 磁 铁 的 磁 路 (b) 变 压 器 的 磁 路 (c) 直 流 电 机 的 磁 路7.1.1 磁路ຫໍສະໝຸດ 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)。
若闭合回路上各点的磁场强度相等且其 方向与闭合回路的切线方向一致，则：
H lIN IF
F = N I 称 为 磁 动 势 ， 单 位 是 安 （ A ） 。
2．磁路欧姆定律
BSHSNISNI F
l
l Rm
S
l 称为磁阻，表示磁路对磁
R m S 通的阻碍作用。
电工技术(6)磁路与变压器-PPT文档资料
• -Br
-Bm 磁滞回线 济南铁道职业技术学院
几种常见磁性物质的磁化曲线
B/T
1.8 1.6 1.4 1.2 1.0 0.8 0.6 0.4 0.2 1 2 3 4 5 6 7 8 9
电工技术 电工技术 10 103 H/(A/m)
c b
c b
a 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9
非铁磁材料没有磁畴结构，所以不具有磁化结构。
济南铁道职业技术学院
2、磁饱和性
电工技术 电工技术
铁磁材料由于磁化所产生的磁化磁场不会随着 外磁场的增强而无限的增强。当外磁场增大到一定 程度时，磁性物质的全部磁畴的磁场方向都转向与 外部磁场方向一致，磁化磁场的磁感应强度将趋向 某一定值。如图。 B b BJ 磁场内铁磁材料的磁化磁场 B • 的磁感应强度曲线； a B B0 磁场内不存在铁磁材料时的 磁感应强度直线； B BJ曲线和B0直线的纵坐标相 加即磁场的 B-H 磁化曲线。
第七章 磁路与变压器
7.1 磁路的基本知识
7.2 交流铁心线圈电路 7.3 变压器的结构和工作原理 7.4 变压器的额定值和运行特性 7.5 常用变压器和电磁铁
电工技术 电工技术
济南铁道职业技术学院
7—1 磁路的基本知识 一、 磁路的概念
电工技术 电工技术Fra bibliotek在电机、变压器及各种铁磁元件中常用铁磁材料 做成一定形状的铁心。铁心的磁导率比周围空气或 其它物质的磁导率高的多，磁通的绝大部分经过铁 心形成闭合通路，磁通的闭合路径称为磁路。
B dS
S
磁感应强度B在数值上可以看成为与磁场方向垂直 的单位面积所通过的磁通,故又称磁通密度。 磁通 的单位:韦[伯](Wb) 1Wb =1V· s
电工与电气设备课件：变压器
磁通 的单位:韦[伯](Wb) 1Wb =1V·s
1.3 磁场强度
磁场强度H ：介质中某点的磁感应强度 B 与介质
磁导率 之比。 H B
磁场强度H的单位 ：安培/米（A/m)
9
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安培环路定律（全电流定律）
Hdl I
I1 H
式中： H d l 是磁场强度矢量沿任意闭合
I2
线(常取磁通作为闭合回线)的线积分；
31
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变压器的结构
绕组 绕组是变压器的电路部分，它是由铜或铝的绝缘 导线绕制而成。为了便于绝缘，低压绕组靠近铁 心柱，高压绕组套在低压绕组外面。
32
上Hale Waihona Puke 页 下一页变压器的结构油箱
油浸式变压器的器身浸在变压器油的油箱中。油是冷却介质，又 是绝缘介质。油箱侧壁有冷却用的管子（散热器或冷却器），对于强 迫油循环风冷变压器，电动泵从油箱顶部抽出热油送入散热器管簇中， 这些管簇的外表受到来自风扇的冷空气吹拂，使热量散失到空气中去， 经过冷却后的油从变压器油箱底部重新回到变压器油箱内。
34
变压器的结构
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分接开关
变压器的结构
变压器常用改变绕组匝数的方法来调压。一般从变压器的高 压绕组引出若干抽头，称为分接头，用以切换分接头的装 置叫分接开关。分接开关分为无载调压和有载调压两种， 前者必须在变压器停电的情况下切换；后者可以在变压器 带负载情况下进行切换。分接开关安装在油箱内，其控制 箱在油箱外，有载调压分接开关内的变压器油是完全独立 的，它也有配套的油箱、瓦斯继电器、呼吸器。
BJ 磁场内磁性物质的磁化磁场
的磁感应强度曲线；
B0 磁场内不存在磁性物质时的
磁感应强度直线；
电子技术(电工学Ⅱ)(第3版)课件：磁路与变压器
1 2 3 4 5 6 7 8 9 (×103) H/(A/m)
c
c
b
b
a
a
H/(A/m) 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1.0 (×103)
图7-7 不同材料的磁化曲线
【例7-1】一个闭合的均匀的铁心线圈，其匝数为300，铁心中的磁 感应强度为0.9T，磁路的平均长度为45cm，试求：(1)铁心材料为铸 铁时线圈中的电流；(2)铁心材料为硅钢片时线圈中的电流。
F
线
圈
铁 心
拍合式
螺管抽吸式
铁 心
F
F
线 圈
衔
直动式
铁
常见电磁铁的结构
7.6.2 电磁铁吸力的计算 根据电源类型电磁铁分为直流电磁铁和交流电磁铁两种。
直流电磁铁吸力的大小与气隙的截面积S0及气隙中的磁感 应强度B0的平方成正比。基本公式如下：
F
10 7 8π
B02 S0
交流电磁铁磁感应强度周期性交变，其吸力是周期性变化
铜损 (PCU) ：绕组导线电阻所致。
铁损( PF)E：
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
P2
P1
P2
P2 PFe
的感应电流（涡流），
P造Cu成的损失。
变压器绕组极性
同极性端(同名端) 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。
P I2
100 42
6.25
Ω
RFe
变压器和交流电动机磁路PPT课件
F N1i1 N2i2 Hl
对于该图所示电流方向，上式两项 均取正号。对于一般的情况需要仔 细判断各线圈电流的方向，以便正 确选择磁势求和的正负号。
多线圈铁心磁路
第31页/共53页
2）全电流定律一般形式
安培环路定律:沿空间任意条闭合回路，磁场强度H 的线积分等于该闭合回路所包围的电流的代数和。
第5页/共53页
配电变压器
第6页/共53页
实验室小型变压器
第7页/共53页
40MVA 500kV 超高压变压器
第8页/共53页
用电环节——电动机 1）各行业广泛使用电动机
异步电动机
第9页/共53页
高速交流异步电机
第10页/共53页
2） Motors —— Many New High-Tec Applications
为其中存在一个耦合磁场。
第20页/共53页
§ 变压器与发电机磁路的形成
电机、变压器磁场最重要的一个物理量是磁通。 磁通所通过的路径就是磁路。 磁路主要由铁磁材 料构成，称为铁心磁路。
有线圈没有铁心时不构成磁路 有线圈有铁心才能构成磁路 发电机磁极单独存在时不构成磁路 发电机磁极与定子铁心构成的磁路
在均匀磁场，且B 与S垂直时，有 B
S
单位：韦伯（Wb）[ Wb, Mx ]
1Mx=10-8Wb
第24页/共53页
d. 磁导率μ
磁导率μ表示物质导磁能力的大小。
B H
μ为磁导率，其单位为 H/m 磁场强度的单位为 A/m
真空的磁导率 0 4 107 H/m
铁磁物质：铁、钴、镍及其合金 非铁磁物质：空气、水、油、铜、铝
§8.1 磁路及磁路的基本定律
§ 电机中的能量转换与磁路
磁路与变压器资料课件
变压器工作原理
变压器是利用电磁感应原理实现电压、电流和阻抗变 换的电气设备。当交流电压施加在变压器的一次绕组 时，产生交变磁通，该磁通穿过二次绕组，产生感应 电动势。根据电磁感应定律，感应电动势的大小与磁 通的变化率成正比。由于一次绕组和二次绕组匝数不 同，因此一次绕组和二次绕组上的感应电动势也不同 ，从而实现电压的变换。
02
磁路设计要考虑材料的 成本和可获得性，以及 材料的物理和机械性能 。
03
磁路设计要尽可能减小 磁滞、涡流和磁饱和等 效应，以提高变压器的 效率。
04
磁路设计要考虑散热问 题，以保证变压器在正 常工作温度下运行。
04
变压器性能分析
变压器效率与损耗
变压器效率
变压器效率是指在正常工作条件下，其输出功率与输入功率的比值，是衡量变压 器性能的重要指标。
磁感应
描述磁场对通电导体作用的物理量， 其大小与导体在磁场中的长度、电流 大小及磁场强度有关。
磁通
穿过某一面积的磁力线总数，反映了 磁场在某一区域的强弱。
磁导率与磁阻
磁导率
描述材料导磁性能的物理量，其值越大表示导磁性能越好。
磁阻
反映磁场传播速度的物理量，与磁导率成反比关系。
02
变压器原理
变压器工作原理
感谢观看
变压器损耗
变压器在运行过程中会产生铁损和铜损，铁损主要是由于磁滞和涡流现象引起的 ，而铜损则是由电流通过绕组时产生的电阻损耗。
变压器绝缘与散热
变压器绝缘
变压器绝缘是保证变压器正常运行的重要条件，主要分为内 绝缘和外绝缘，内绝缘是变压器油、纸、纸板等绝缘材料， 外绝缘则是变压器外部的绝缘套管和绝缘子等。
变压器设计制造中的挑战与解决方案
变压器是利用电磁感应原理实现电压、电流和阻抗变 换的电气设备。当交流电压施加在变压器的一次绕组 时，产生交变磁通，该磁通穿过二次绕组，产生感应 电动势。根据电磁感应定律，感应电动势的大小与磁 通的变化率成正比。由于一次绕组和二次绕组匝数不 同，因此一次绕组和二次绕组上的感应电动势也不同 ，从而实现电压的变换。
02
磁路设计要考虑材料的 成本和可获得性，以及 材料的物理和机械性能 。
03
磁路设计要尽可能减小 磁滞、涡流和磁饱和等 效应，以提高变压器的 效率。
04
磁路设计要考虑散热问 题，以保证变压器在正 常工作温度下运行。
04
变压器性能分析
变压器效率与损耗
变压器效率
变压器效率是指在正常工作条件下，其输出功率与输入功率的比值，是衡量变压 器性能的重要指标。
磁感应
描述磁场对通电导体作用的物理量， 其大小与导体在磁场中的长度、电流 大小及磁场强度有关。
磁通
穿过某一面积的磁力线总数，反映了 磁场在某一区域的强弱。
磁导率与磁阻
磁导率
描述材料导磁性能的物理量，其值越大表示导磁性能越好。
磁阻
反映磁场传播速度的物理量，与磁导率成反比关系。
02
变压器原理
变压器工作原理
感谢观看
变压器损耗
变压器在运行过程中会产生铁损和铜损，铁损主要是由于磁滞和涡流现象引起的 ，而铜损则是由电流通过绕组时产生的电阻损耗。
变压器绝缘与散热
变压器绝缘
变压器绝缘是保证变压器正常运行的重要条件，主要分为内 绝缘和外绝缘，内绝缘是变压器油、纸、纸板等绝缘材料， 外绝缘则是变压器外部的绝缘套管和绝缘子等。
变压器设计制造中的挑战与解决方案
电工学课件：第7章 变压器
I0 N1 ~
① 一次绕组KVL方程： 设线圈的直流电阻为Ｒ
U1 E1 E1 R1I0 E1 jX 1I0 U1 E1 (R1 jX 1)I0 E1 Z1I0
② 次级绕组KVL方程：因负载开路,因
此
U 2 E2
一次绕组的漏阻抗
③变压器的变比K
U1 E1 Z1I0
U 2 E2
• ３．硅钢片的特点:
• ①导磁率µ:7000~10000
• ②存在涡流损耗
• 一般铁心都有较高的导磁率,但又是导电材料,当变化的 磁通穿过铁心时,会产生闭合的感应电流,简称涡流,如图(A) 所示。铁心的截面积越大,涡流越大。涡流产生的热能称为 涡流损耗,它使变压器发热。
• 为了减小涡流损耗,在普通的钢片中加入硅元素,增大它 的电阻率,同时工艺上硅钢片表面涂绝缘材料,且用叠装工艺, 减小每片的磁通量,延长涡流回路的长度,从而减少涡流。图 (B)
Z1 很小，I0也很小 Z1I0 E1
U1 E1 j4.44 fN1m U 2 E 2 4.44 fN2m
因此，有效值为： U1 4.44N1 fm U 2 4.44N2 f0m
U1 E1 N1 Ku U 2 E2 N2
K称为变压器的变压比。
3.带载运行
I1N1 I2 N2
始端
始端
一次绕组
N1匝
二次绕组
N
匝
2
三、变压器的工作原理
i
Φ
+e
1．电压和磁通的关系
u e
Φσ
－
设线圈的电阻为R，主磁电动势为e和
漏感电动势为eσ，由KVL，有：
u e e iR 或
若忽略电阻R和漏抗Xσ的电压，则：
u e iR
① 一次绕组KVL方程： 设线圈的直流电阻为Ｒ
U1 E1 E1 R1I0 E1 jX 1I0 U1 E1 (R1 jX 1)I0 E1 Z1I0
② 次级绕组KVL方程：因负载开路,因
此
U 2 E2
一次绕组的漏阻抗
③变压器的变比K
U1 E1 Z1I0
U 2 E2
• ３．硅钢片的特点:
• ①导磁率µ:7000~10000
• ②存在涡流损耗
• 一般铁心都有较高的导磁率,但又是导电材料,当变化的 磁通穿过铁心时,会产生闭合的感应电流,简称涡流,如图(A) 所示。铁心的截面积越大,涡流越大。涡流产生的热能称为 涡流损耗,它使变压器发热。
• 为了减小涡流损耗,在普通的钢片中加入硅元素,增大它 的电阻率,同时工艺上硅钢片表面涂绝缘材料,且用叠装工艺, 减小每片的磁通量,延长涡流回路的长度,从而减少涡流。图 (B)
Z1 很小，I0也很小 Z1I0 E1
U1 E1 j4.44 fN1m U 2 E 2 4.44 fN2m
因此，有效值为： U1 4.44N1 fm U 2 4.44N2 f0m
U1 E1 N1 Ku U 2 E2 N2
K称为变压器的变压比。
3.带载运行
I1N1 I2 N2
始端
始端
一次绕组
N1匝
二次绕组
N
匝
2
三、变压器的工作原理
i
Φ
+e
1．电压和磁通的关系
u e
Φσ
－
设线圈的电阻为R，主磁电动势为e和
漏感电动势为eσ，由KVL，有：
u e e iR 或
若忽略电阻R和漏抗Xσ的电压，则：
u e iR
电工技术与技能训练课件：磁路与变压器
5.4 变压器 图5-17 油浸式三相电力变压器的外形结构
5.5 特殊变压器 5.5.1 自耦变压器：是一次绕组和二次绕组在同一个绕组上的 变压器。一、二次绕组没有直接的电的联系，而自耦变压器一、 二次绕组有直接的电的联系，它的低压绕组就是高压绕组的一 部分，如图5-18所示。
图5-18 自耦变压器原理图
磁路与变压器
5.1 磁场的基本物理量 5.2 磁路 5.3 铁磁材料 5.4 变压器 5.5 特殊变压器
『情境链接』 硬盘存储器中的磁记录技术
硬盘存储器是利用磁记录技术进行数据存储的存储器。 读/写磁头是硬盘中最昂贵的部件，也是硬盘技术中最重要 和最关键的一环。
在计算机中，电脉冲信号被转化为磁信号，读/写磁头上 的电磁铁能把置于硬盘上的磁性金属微粒吸到不同的位置， 磁铁的南北极分别对应二进制数的1 和 0，从而在硬盘上 记录数据。这个过程也是可逆的，硬盘上记录的数据（磁 信号）又可以被转化成电脉冲信号，从而读取数据,如图51所示。
图5-20 电压互感器工作原理图
5.5 特殊变压器 1.电压互感器：是用于测量交流高电压的一个降压变压器，图 5-22是电压互感器的工作原理图。
图5-21 各种电压互感器
5.5 特殊变压器 2.电流互感器：是一种将大电流变换为小电流的变压器，图5感器原理图
图5-2 变压器及电动机中的磁路
5.3 铁磁材料 5.3.1 铁磁物质的磁化
自然界的物质按导磁性能可以分为两大类：一类为铁磁材 料，如铁、钢、镍、钴等，这类材料的导磁性能好；另一类为 非铁磁材料，如铜、铝、纸、空气等，此类材料的导磁性能差。
图5-3 铁磁材料的磁化
5.3 铁磁材料
『情境链接』
麦斯纳效应与磁悬浮列车
电路电子 变压器PPT课件
a S I•2
•
•
E2
U2
ZL
x
u→
i1N1→ i1R1 i2N2 →
F e (主磁通)→ 1, e2 ZiL2→i2N2 e F ( ) S1 漏磁通 → S1
F2(对F起阻碍作用)→ e F ( ) S2 漏磁通 → S2
→ F i > i 为保持主磁通 不变,只有增大电流 1( 空载电流 0 )
=215V
第20页/共22页
5.5 自耦变压器
1. 工作原理
k U1
U2
=
N1 N2
=
k I1
I2
=
N2 N1
=
1
I•1
I•2
U• 1 N1 N2 I•
U• 2
ZL
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感谢您的观看！
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i2 F2
当 ZL=RL (即 cos=) 时, i2 与 e2 同相位
t
- F2 = F2msin(t 90)
cos=
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二、负载运行及变流原理
A
I•1
•
•
E1
U1
•
ES1
X
F•
•
•
Fs2
Fs1
N1 N2
a S I•2
•
•
E2
U2
ZL
x
产生主磁通F 的磁动势
•
•
•
N1I1+ N2 I2= N1I0
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二、负载运行及变流原理
U E = 4.44 f NFm
A
I•1
F•
a S I•2
i1 F
•
•
•
E2
U2
ZL
x
u→
i1N1→ i1R1 i2N2 →
F e (主磁通)→ 1, e2 ZiL2→i2N2 e F ( ) S1 漏磁通 → S1
F2(对F起阻碍作用)→ e F ( ) S2 漏磁通 → S2
→ F i > i 为保持主磁通 不变,只有增大电流 1( 空载电流 0 )
=215V
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5.5 自耦变压器
1. 工作原理
k U1
U2
=
N1 N2
=
k I1
I2
=
N2 N1
=
1
I•1
I•2
U• 1 N1 N2 I•
U• 2
ZL
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i2 F2
当 ZL=RL (即 cos=) 时, i2 与 e2 同相位
t
- F2 = F2msin(t 90)
cos=
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二、负载运行及变流原理
A
I•1
•
•
E1
U1
•
ES1
X
F•
•
•
Fs2
Fs1
N1 N2
a S I•2
•
•
E2
U2
ZL
x
产生主磁通F 的磁动势
•
•
•
N1I1+ N2 I2= N1I0
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二、负载运行及变流原理
U E = 4.44 f NFm
A
I•1
F•
a S I•2
i1 F
•
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H= B
[安/米(A／m)]
导磁系数μ
磁导率是衡量物质导磁能力的物理量 单位：亨利/米(H/m)
真空磁导率： 04107H/m
导磁性能 物质
非磁性物质
0
磁性物质 0
7.2 铁 磁 材 料
磁性材料主要指铁、镍、钴及其合金等。
一、铁磁材料的特性 1 高导磁性
通常，磁性材料的磁导率 ，其0 比值可高达数百、
磁路的基尔霍夫第 二定律
三、磁路的欧姆定律 （定性）
NI Hl
B
l
S
l
S
l
S
l
NI
l S
F Rm
磁动势
不是常数
磁阻
磁路的欧姆定律：由励磁电流在磁路中产生的磁通量，与磁动势 F成正比，与磁路的磁阻成反比。
典型结构
表 磁路和电路的比较 磁路
(待续) 电路 I
I N
+
E
RU
_
对应的物理量
导磁系数 μ
S
磁通φ
垂直穿过某一面积S 的磁感线的总根数 单位：韦伯Wb
磁感应强度B 磁感应强度是表征磁场中某一点磁场强弱和方向的一个
物理量，用矢量B表示。 通常用垂直于该处单位面积上的磁力线的疏密来反映
磁感应强度的大小。
B S
[特斯拉(T)]
磁场强度H
磁场强度用矢量H表示，方向与磁感应强度B相同。H代 表电流本身在真空中所产生的磁场的强弱，其大小只与产 生该磁场的电流大小成正比，与介质的性质无关。
N匝 r
I
H S
二、 磁路的安培环路定律(全电流定律)（定量计算）
基本内容：磁场中，磁场强度H沿任意闭合路径的线积分等于
该闭合路径所包围电流的代数和，即
Hdl I
l
I I2
1
I
3
H
规定：当电流的方向与闭合路径绕向之间符合右螺旋定则时， 电流取正号，反之取负号。
若：某环形线圈如图，其中媒质是均匀的, 则根据安培环路定律
N匝 H d l H 1d l H2r
r H
l
l
H l N I (其中：l2r)
S
I
故： Hl NI
若：沿积分路径可将磁路分成n段，且每段中磁场强度H的大
小不变，则定律表示为 n
磁压降
H klk I
k 1
磁动势
此式可理解为：沿磁路一周，各段磁路磁压降的代数和等于与中
心环路交链的磁动势的代数和。
磁路计算举例
• 一般已知磁通量，求磁动势，分析步骤如下：
1.计算各段磁路的磁感应强度，磁通是闭合的。 2.计算各段磁场强度，空气隙根据公式计算，铁磁性
物质查磁化曲线。 3.计算总磁压降，即磁动势。 4.根据F=IN计算出励磁电流。
例 如图所示线圈为直流铁心线圈，其铁心由铸钢制成。
铁心尺寸为：S1=20cm2，l1=45cm，S2=25cm2， l2=15cm， l3=2cm，空气隙厚度δ=0.1cm。
矩磁材料 较小矫顽力 较大剩磁 磁滞回线矩形
稳定性好
记忆元件、开关元件 逻辑元件
7.3 磁路的基本定律
一、 磁路
i
线圈通入电流后，产生磁 通，分主磁通和漏磁通。
：主磁通
u1
u 2
：漏磁通
线圈
铁心 （导磁性能好 的磁性材料）
磁路：主磁通所经过的闭合路径,主要由流（励磁电流）， 便能得到较强的磁场，磁通的绝大部分通过铁心构成回路， 这种磁通的路径称为磁路。
1.6 1.4 1.2 1.0
c a 铸铁
b
b 铸钢
0.8 0.6
a c 硅钢片
0.4
0.2
O
H/(A/m) 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9
3 磁滞性
剩磁 B
Br
磁滞现象：当铁心线圈中通 入交流电时，随着与电流成正比 的磁场强度H的交变，磁感应强
H c
度B将沿着图示闭合曲线变化。
磁化曲线反映了铁磁物质的磁导率不是常数。磁饱和现象 的存在使得磁路分析问题成为非线性问题，因此，磁路分析要 比电路分析复杂得多。
几种常见磁性物质的磁化曲线
磁化曲线：就是磁感应强度B与磁场强度H的关系曲线，是进 行磁路计算不可缺乏的资料，它由实验方法获得。
下面给出三种常用铁磁材料的B-H曲线
B/T
1.8
磁动势 F 磁压降 Hl
磁通
磁 阻 Rm
磁导率
电动势 E 电压 U
电流 I
电阻 R
电导率
(续上页)
对 应 的 关 系 式
表 磁路和电路的比较
磁路
磁阻
l Rm S
磁路的欧姆定律
电路
电阻
R l
S
电路的欧姆定律
F Rm
磁路的基尔霍夫定律
I E R
电路的基尔霍夫定律
0 HlI
I 0 IRE
数千甚至数万，这是由它们的内部结构决定的。
2 磁饱和性
磁性物质的磁化曲线(即：B-H曲线)由实验方法测得， 如图所示。
B
cd
b
B-H 磁化曲线的特征： Oa段:B随H的增加比较缓慢；
ab段:B与H几乎成正比地增加；
a
bc段:B的增加缓慢下来；
O
初始磁化曲线
(B-H曲H线c)d段:B随H增加很少，达到磁饱和。
H m
0 H c H m H 这种磁感应强度的变化滞后于磁
Br
场强度的变化的现象称为~。
矫顽力
磁滞回线
注：图中箭头表示反复磁化的过程
磁性物质不同，其磁滞回线和磁化曲线也不同。
二、铁磁材料的分类
特点 软磁材料 易磁化易退磁 较小矫顽力 磁滞回线窄
电机、变压器、继电器、电表的铁心
铁磁材料
硬磁材料 磁滞回线较宽 较大矫顽力 剩磁很大 永久磁铁
H1=2.1×103A/m
H2=1.1×103A/m
空气隙的磁场强度H0可计算为
H 0 B 0 04 1 1 0 .4 T 7H /m 1 1 .1 4 1 0 5A /m
第三步：计算各段的磁压降
H1l1=2.1×103A/m×0.45m=0.945×103A H2l2=1.1×103A/m×0.15m=0.165×103A 2H2l3=2×1.1×103A/m×0.02m=0.044×103A 2H0δ=2×11.14×105A/m×0.001m=2.228×103A
现要产生Φ=2.8×10-3Wb的磁通量，若用直流励磁， 求所需要的磁动势F。
解：第一步：由磁通量求出各段磁路中的磁感应强度。
2.8103Wb
B1S120104m2 1.4T
B2S2 22.58 110043W m2b1.12T
第二步：根据B1、B2值，查铸钢的磁化曲线，找出对应的
磁场强度H1、H2，得
内容
7.1 磁路中的基本物理量 7.2 铁磁材料 7.3 磁路的基本定律 7.4 铁心线圈 7.5 变压器 *7.6 电磁铁
磁路的基本定律
交流铁心线圈的电磁关系
重
点
变压器的工作原理和功能
变压器的额定值及损耗和效率
绕组的极性
7.1 磁路中的基本物理量
磁通φ
磁感应 强度B
磁场强 度H
磁路 基本物理量