磁路与铁心线圈电路

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6.5.1 概述
6.5 变压器
变压器是一种常见的电气设备，在电力系统和电
子线路中应用广泛。
变压器的主要功能有：
变电压：电力系统变电流：电流互感器变阻抗：电子线路中的阻抗匹配
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变压器的结构
铁心
+
i1
Φ
u1
–
一次
N1
i2
+
u2
I 是穿过闭合回线所围面积的电流的代数和。
安培环路定律将电流与磁场强度联系起来。
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例: 环形线圈如图，其中媒质是均匀的，试计算线圈内部各点的磁场强度。
解: 取磁通作为闭合回线，以其方向作为回线的围绕方向，则有：
Hdl I
H d l Hx lx Hx 2 x
0 r1
B( )
O
H( I )
即 B与 H 成正比，呈线性关系。
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2. 磁性物质
外磁场
磁
磁
畴
畴
在外磁场作用下，磁畴方向发生变化，使之与外磁场方向趋于一致，物质整体显示出磁性来，称为磁化。即磁性物质能被磁化。
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磁性材料的磁性能
–
ZL
N2 二次
绕组
绕组
单相变压器
一次绕组绕组：二次绕组铁心
变压器的电路
由高导磁硅钢片叠成
厚0.35mm 或 0.5mm 变压器的磁路
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变压器的结构
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6.5.2 变压器的工作原理
+
i1
Φ
u1
–
一次
N1
绕组
单相变压器
铁心
i2
具有较小的矫顽磁力，磁滞回线较窄。一般用来制造电机、电器及变压器等的铁心。常用的有铸铁、硅钢、坡莫合金即铁氧体等。 (2)永磁材料
具有较大的矫顽磁力，磁滞回线较宽。一般用来制造永久磁铁。常用的有碳钢及铁镍铝钴合金等。 (3)矩磁材料
具有较小的矫顽磁力和较大的剩磁，磁滞回线接近矩形。常用在计算机和控制系统中用作记忆元件、开关元件和逻辑元件。常用的有镁锰铁氧体等。
第6章磁路与铁心线圈电路
6.1 磁场的基本物理量 6.2 磁性材料的磁性能 6.3 磁路及其基本定律 6.4 交流铁心线圈电路 6.5 变压器
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本章要求：
1. 了解磁场的基本物理量、基本定律，磁性材料的基本性质，交流铁心线圈的等效电路和功率损耗；
2. 了解自耦变压器和电流互感器； 3. 掌握变压器电压、电流和阻抗变换作用； 4. 了解绕组极性的判定方法。
有效值:
E1 E12m
2fN1m
2
E1 4.44 fm N1
同理： e2E 2m si( n t9)0
E2 4.44 fm N2
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的导磁能力。单位：亨/米（H/m）
B H
真空的磁导率为常数，用 0表示，有：
04π107H/m
相对磁导率 r：
任一种物质的磁导率和真空的磁导率0的比值。
r
0
H 0H
B B0
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例：环形线圈如图，其中媒质是均
匀的，磁导率为，试计算线圈内
部各点的磁感应强度。
解：半径为x处各点的磁场强度为
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6.1 磁场的基本物理量
6.1.1 磁感应强度
磁感应强度B : 表示磁场内某点磁场强弱和方向的物理量。
磁感应强度B的方向: 与电流的方向之间符合右手螺旋定则。
磁感应强度B的单位: 特斯拉(T)，1T = 1Wb/m2
均匀磁场: 各点磁感应强度大小相等，方向相同的磁场。
I NI
H x2πxNI
I
N匝
x
Hx S
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故得： Hx
NI 2π x
NI lx
式中：N 线圈匝数；
N匝 x
lx=2x是半径为x的圆周长；
Hx
Hx 半径x处的磁场强度；
S
NI 为线圈匝数与电流的乘积。 I
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6.1.4 磁导率
磁导率：表示磁场媒质磁性的物理量，衡量物质
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6.1.2 磁通
磁通：穿过垂直于B方向的面积S中的磁力线总数。在均匀磁场中 = B S 或 B= /S
说明: 如果不是均匀磁场，则取B的平均值。
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。
单位:韦[伯](Wb) 1Wb =1V·s
由于B 与H不成
正比，则不是常
数。
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6.2.3 磁滞性
磁性材料在交变磁场中反复磁化，其B-H关系曲线是一条回形闭合曲线，称为磁滞回线。
B
Br•
• O •Hc H •
磁滞回线
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按磁性物质的磁性能，磁性材料分为三种类型： (1)软磁材料
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Baidu Nhomakorabea
6.1.3 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。 HB
磁场强度H的单位：安培/米（A/m)
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安培环路定律（全电流定律）
Hdl I
I1 H
I2
式中： H d l 是磁场强度矢量沿任意闭合线(常取磁通作为闭合回线)的线积分；
NI Hx
lx 故相应点磁感应强度为
Bx Hx NI
I
lx
N匝
x Hx
S
H与哪些参数有关？ B 呢？
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6.1.5 物质的磁性
1. 非磁性物质非磁性物质分子电流的磁场方向杂乱无章而相互
抵消，几乎不受外磁场的影响，不具有磁化特性。非磁性材料的磁导率都是常数，有：
+
u2 ZL
–
N2 二次
绕组
一次、二次绕组互不相连，能量的传递靠磁耦合。
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2. 电压变换（设加正弦交流电压）
(1) 一次、二次侧主磁通感应电动势
主磁通按正弦规律变化，设为 msi nt,则
e1N 1d d tN 1d dt(m sin t)
N 1m co ts E 1m si( nt90 )
常用的磁性材料主要有铁、镍、钴及其合金等。
（1）高导磁性
r 1 (如坡莫合金，其 r 可达 2105 ) 。
具有铁心的线圈中通入不太大的励磁电流，便可以产生较大的磁通和磁感应强度。
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（2）磁饱和性
B(Φ) b •B
a •
O 磁化曲线 H(I)
B,
B
O B和与H的关系 H