第6章 铁磁材料及其应用

单相变压器
22
i1
u1
Φ
u2
i2
RL
变压器符号：
工作过程：
i1 Φ u1
i2
u2
RL
u1 i1 Φ u2 i2
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原、副边电流关系 （变电流）
由于变压器铁芯材料的导磁率高、空载励磁电流
(i10 ) 很小，可忽略 。
N I N I 1 1 2 2
N I N 0 I 1 1 2 2
T、UT、 ET、UU TYPE
高磁导率型 低泄漏磁通 不易绕制
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线材介绍：
聚氨基甲酸酯漆包线 聚酯漆包线 漆包线 自粘聚氨基甲酸酯漆包线 丝包线 绞线 线材 电镀铜线 三层绝缘线 PVC线
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变压器应用举例
发电厂
1.05万伏 升压 输电线 变电站
22万伏
降压
1万伏
降压
…
降压
实验室
仪器
380 / 220伏
2
抗磁物质—相对磁导率r略小于1的磁介质。 顺磁物质—相对磁导率r略大于1的磁介质。 铁磁物质—相对磁导率r»1 , 而且还随外磁场 的大小发生变化的磁介质。 4.磁场强度H H=B/ (磁场强度H大小与磁介质无关) 5.磁路欧姆定律 φ =F/Rm=NI/(L/ S)
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6 -2铁磁材料的磁特性
pm
Bo
磁化电流
一块顺磁质放到外磁场中时,它的分子的固有磁矩 要沿着磁场方向取向,如图所示。 考虑和这些磁矩相 对应的分子电流,可以发现：在均匀磁介质内部，各处 只有在横截 电流的方向总是有相反的,结果相互抵消。 面边缘处，分子电流未被抵消,形成与横截面边缘重合 的一层圆电流。这种电流叫做磁化电流。 4
6 -3铁磁材料的损耗
一、磁滞损耗
磁滞损失：磁滞现象引起铁芯发热， 造成的损失。

二、涡流损耗
涡流损失：交变磁通在铁芯中产生 的感应电流（涡流）， 造成的损失。 (为防止涡流损失，铁芯一般由一片片导磁材料叠合而 成。)
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6 -4磁记录和磁记忆材料
• 一、磁记录材料 • 二、磁记忆材料
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6 -5铁芯线圈与理想变压器
一、铁芯线圈的电磁关系
φ =Umsin( ωt+90° )
二、理想变压器
变压器:是利用电磁感应原理进行工作的器件. 一般变压器由铁芯和线圈两部分组成。
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变压器
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变压器、电感器用材料介绍：
磁芯 绝缘胶带
线材 铜箔 档墙胶带 磁芯固 定胶带 线架
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套管
磁性材料应用：
一 . 磁芯形状及特点
形状 EE 、EI TYPE 特点 大小齐全 有JIS及IEC标准
例: 如图，交流信号源的电动 势 E= 120V，内阻 R 0=800， 负载为扬声器，其等效电阻为 RL=8。要求: （1）当RL折算 到原边的等效电阻 时， RL R0 求变压器的匝数比和信号源输 出的功率；（2）当将负载直 接与信号源联接时,信号源输 出多大功率？
解: (1) 变压器的匝数比应为：
一.高值 (高导磁性 )
B= or H= r Bo
铸钢： r =5002200， 硅钢： r =7000 坡莫合金： r =105 因此,很小的电流就能在铁磁质中产生很强的磁场。 二.非线性 (磁饱和性 ) B 相对磁导率r要随磁场的强弱 发生变化，因此B和H的关系是非 B μ 线性的。 作为信号传输器件时， H 如变压器铁芯，要尽量工作在线 性段，以减小信号的失真。
I1 N 2 1 I 2 N1 K
结论：原、副边电流与匝数成反比
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（变电压） 原、副边电压关系 根据交流磁路的分析 可得：
E1 4.44 f N1Φ m E2 4.44 f N 2Φ m
u1
i10 e1
i2
e2
u20
i2 0 时 u2 u20
K为变比
U1 E1 N1 K U 2 E2 N 2
降压
36伏
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变压器功能： 变电压：电力系统
变电流：电流互感器
变阻抗：电子电路中的阻抗匹配
（如喇叭的输出变压器）
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变压器的分类
电力变压器 (输配电用)
按用途分
仪用变压器 电压互感器 电流互感器 整流变压器
按相数分
三相变压器 单相变压器 变压器符号
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铁芯
i1
u1
原边 绕组
Φ
u2
i2
RL
副边 绕组
结论：改变匝数比，就能改变输出电压。
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（变阻抗） 原、副边阻抗关系
u1
i1
N1 N 2
i2
RL
u2
U2 RL I2
U1 KU 2 U 2 2 2 K RL K 从原边等效： RL I1 I 2 I2 K
K RL RL
2
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。 28
I
R0
E
+ –
RL
信号源
I
R0
N1 N 2
+ U 2 –
I 2
N1 K N2
RL RL
800 10 8
E
+ –
RL
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变压器额定值
变压器的铭牌数据（以单相变压器为例）

额定电压
U1N 、 U2N
变压器副边开路（空载）时，原、副边绕组允 许的电压值。
额定电流
8
图示为三种不同的磁介质的B~H关 系曲线，其中虚线表示的是B=oH 的关系。a、b、c各代表哪一类磁 介质的B~H关系曲线：
B
a b
c a代表 铁磁质 的B~H关系曲线。 H b代表 顺磁质 的B~H关系曲线。 图15-14 c代表 抗磁质 的B~H关系曲线。 抗磁质和顺磁质的B和H间是线性关系,相对磁 导率r 与1相差不大。在一般性(精度要求不高)的问 题中，可以把抗磁质和顺磁质的相对磁导率r 看作 是 1。 对铁磁质， B和H间是非线性的, 相对磁导率 r»1 。 9
磁滞回线
7
B
矩磁
H
来自百度文库
软磁材料的磁滞回 线
硬磁材料的磁滞回线
软磁材料的磁滞 回线比较瘦(见图),剩 磁和矫顽力都很小， 常用来作变压器和电 磁铁的铁芯。
硬磁材料的磁滞回线 显得胖 ( 见图 ), 有较大的 剩磁和矫顽力 , 常用来作 永久磁体 。 矩形磁材料 常用来作记录磁带或电 子计算机的记忆元件。
图15-10
6
H
三.有磁滞—有剰磁现象 (磁滞性 ) 一般说来，抗磁物质和顺磁物质在外磁场消失时， 磁性也消失。但铁磁质不同，外磁场消失后，还会 保留部分磁性，这就是磁滞现象。 B Br—剩磁 Br Hc —矫顽力(使铁磁质中 的磁场完全消失所需加的反 向磁场的大小) -Hc 不同铁磁质的磁滞回线 H 的形状是不同,它们各具有不 同的剩磁Br和矫顽力Hc。根 据磁滞回线的胖瘦可把铁磁 质分为硬磁材料和软磁材料。
第六章
铁磁材料及其应用
6-1 磁场基本物理量和磁路欧姆定律
6-2铁磁材料的磁特性 6-3铁磁材料的损耗 6-4磁记录和磁记忆材料 6-5铁芯线圈与理想变压器
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6-1 磁场基本物理量和磁路欧姆定律 1.磁感应强度B 表征磁场强弱和方向的物理量B B=F/IL 2.磁通 均匀磁场 φ =BS 3.磁导率 表示磁介质导磁能力的物理量 在考虑物质与磁场的相互影响时,我们把所有的物 质都称为磁介质。 r= / o 式中, r叫磁介质的相对磁导率,它随磁介质的种 类和状态的不同而不同。对真空， r=1。
I1N I 2 N
变压器满载运行时，原、副边绕组允许的电流值。

额定容量 S N
传送功率的最大能力。
S N U1N I1N U 2 N I 2 N （理想）
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EER、 ETD TYPE
大小齐全 有JIS及IEC标准
LP、EED TYPE
low profile （扁平特性） 适合高密度装配
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磁性材料应用：
一 . 磁芯形状及特点
形状 PQ、RM、 EP、POT TYPE 特点 low profile （扁平特性） 适合高密度装配 EP core具有高对称性，适合高频 平衡变压器