第三章 铁心线圈与变压器 3.1 磁路 3.2 交流铁心线圈 3.3 变压器 3.4 直流铁心线圈在汽车上的应用 第三章 铁心线圈与变压器 3.1 磁路 3.2 交流铁心线圈 3.3 变压器 3.4 直流铁心线圈在汽车上的应用 3.5 变压器在汽车上的应用

i 3.1 磁 路 3.1.1 磁路的基本概念 1 . 磁路 磁路：主磁通所经过的闭合路径。 线圈通入电流后，产生磁通，分主磁通和漏磁通。 3.1 磁 路 3.1.1 磁路的基本概念 1 . 磁路 线圈通入电流后，产生磁通，分主磁通和漏磁通。 i ：主磁通 ：漏磁通 铁心 （导磁性能好 的磁性材料） 线圈 磁路：主磁通所经过的闭合路径。 返回

2. 磁路的基本物理量 磁感应强度（B）：磁感应强度表示磁场中某点磁场强弱方向的物理量。 如果磁场内各点的磁感应强度大小相等，方向相同，这样的磁场称为均匀磁场。 磁感应强度的单位是特斯拉（T） 磁通（Φ）：磁感应强度B与垂直于磁场方向的面积S的乘积，成为通过该面积的磁通。磁通的单位是韦伯（wb）。 Φ = BS

磁场强度（H）：表示磁场中与磁铁材料无关的磁场大小和方向的物理量。磁场强度的单位是安/米（A/m）。 H=B/µ 磁导率（µ） ：是用来衡量物质导磁能力的物理量，单位是亨/米(H/m) 真空磁导率 µ 0 =4π×10 －7H/m 相对导磁系数 µr=µ/µ0 若 µ r = 1 说明是非磁性材料，。 若 µ r >>1 说明是磁性材料即铁磁材料。

3.1.2 铁磁材料的磁性能 B H 3.磁滞性 1.高导磁性 B H (I) 2.磁饱和性 H B 3.1.2 铁磁材料的磁性能 B H 3.磁滞性 1.高导磁性 大 小 B H (I) 2.磁饱和性 H B 在外磁场H作用下(例如铁心线圈中的电流)，铁磁材料内磁感应强度大大增强，即被强烈磁化的现象。 磁化磁场不会随外磁场的增加而无限增加的现象。 在交变磁场H的作用下，磁感应强度B落后于H变化的现象。

按磁滞回线形状的不同，铁磁材料可分为两种基本类型： B H B H 属于软磁材料的有：硅钢、铸钢、坡莫合金及铁氧体等 。 属于硬磁材料的有：钴钢、稀土钴及镍铝钴合金等 。

I N 磁路欧姆定律 电路欧姆定律 I =U/ R Φ =F/Rm Φ I R E 磁动势 F=IN 电动势E 电压U=E 磁压F=HL 3.1.3 磁路的欧姆定律 E I R 电动势E 磁动势 F=IN 电压U=E 磁压F=HL 磁通Φ 电流I 磁阻Rm=L / Sμ 电阻R=l /S r 电路欧姆定律 I =U/ R 磁路欧姆定律 Φ =F/Rm

磁路欧姆定律举例： 在直流磁路中，励磁电流 ， 随Rm改变而变化。 在直流磁路中，励磁电流 ， U不变，I不变。 据磁路欧姆定律 ， 随Rm改变而变化。 (a) 传感器的结构 (b) 原理示意图 (c) 输出信号 信号转子转 空气隙变 磁阻 变 磁通 变 传感器线圈输出变化的感应电压信号

i u e eσ u 3.2 交流铁心线圈 3.2.1 电压、电流、和磁通的关系 Φ i (iN) Φσ iR 1. 各物理量之间的关系 3.2 交流铁心线圈 3.2.1 电压、电流、和磁通的关系 1. 各物理量之间的关系 i Φ ：主磁通 u e eσ Φσ漏磁通 电量、磁量关系如下： Φ u i (iN) Φσ iR 返回

2. 电量方程 通常 很小，故： 3. 电磁关系 最大值 有效值

可见交流磁路特点是： 3.2.2 铁心线圈的能量损耗 1. 铁心线圈电路的铜损：PCu=I2R 2. 铁心线圈电路的铁损： 基本不变） ( I 随 Rm 变化） 3.2.2 铁心线圈的能量损耗 1. 铁心线圈电路的铜损：PCu=I2R 2. 铁心线圈电路的铁损： 铁损PFe ＝磁滞损耗Ph+涡流损耗Pe

Φ ic 1) 磁滞损耗Ph ：铁心在交变磁场内反复磁化的过程要消耗能量，使磁铁发热。 可以证明，铁心反复磁化所消耗的能量与磁滞回线的面积成正比。所以一般为了减小磁滞损耗，常选用磁滞回线狭小的软磁材料制造铁心，通常采用硅钢。 2)涡流损耗Pe :磁铁材料既导磁又导电，在交变磁通通过铁心时，在线圈和铁心中都有感应电动势产生，在磁铁中会出现旋涡式的电流称为涡流。涡流在铁心中产生的能量损耗称为涡流损耗。 Φ ic

i Φ ic 为了减小涡流损耗，一方面采用电阻率较高的铁磁材料（如硅钢）也可以减小涡流。 另一方面可以把整块铁心改成顺着磁场方向彼此绝缘的硅钢片叠成。这样就可以限制涡流在较小的截面内流过； Φ i 交流铁心线圈的铁心都选用0.5mm或0.35mm 厚的彼此绝缘的硅钢片叠成。 ic

3.3 变压器 变压器是用来改变电压大小的一种重要的电器设备,它在电力和供电系统中占有很重要的地位,在电子技术也得到广泛的应用。 3.3 变压器 变压器是用来改变电压大小的一种重要的电器设备,它在电力和供电系统中占有很重要的地位,在电子技术也得到广泛的应用。 1. 升压送电 2. 降压送电 3. 在电子线路中用作电源变 换、传递信号、阻抗变换等 变压器用途 返回

3.3.1 变压器的基本构造 铁心 铁心 绕组 壳式 原边 绕组 副边 绕组 单相变压器 铁心 绕组 心式 T

3.3.2 变压器的工作原理 1. 变压器的空载运行与变换电压 时 K为变比 结论：改变匝数比，就能改变输出电压。

2. 变压器的负载运行与变换电流 副边带负载后对磁路 的影响：在副边感应电压 的作用下，副边线圈中有 了电流 i2 。此电流在磁 路中也会产生磁通，从而 影响原边电流 i1。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有负载时基本不变 。带负载后磁动势的平衡关系为：

原、副边电流关系 （变电流） 由于变压器铁心材料的导磁率高、空载励磁电流 很小，可忽略 。即： 结论：原、副边电流与匝数成反比

原、副边阻抗关系 （变阻抗） 从原边等效： 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。

信号源 阻抗变换举例：扬声器上如何得到最大输出功率。 设： 信号电压的有效值: U1= 50V; 信号内阻： Rs=100 ; 负载为扬声器，其等 效电阻：RL=8。 Rs RL 信号源 求：负载上得到的功率 解：（1）将负载直接接到信号源上，得到的输出功 率为：

（2）将负载通过变压器接到信号源上。 设变比 则： Rs 输出功率为： 结论：由此例可见加入变压器以后，输出功率提高了 很多。原因是满足了电路中获得最大输出的条 件（信号源内、外阻抗差不多相等）。

3.3.3 变压器的外特性与额定值 1. 外特性 U2 U20 I2 副边输出电压和输出电流的关系。即： 副边开路时，副边的输 出电压。 一般供电系统希望要硬特性（随I2的变化，U2 变化不多）

2. 额定值 （理想）  额定电压 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 变压器满载运行时，原、副边绕组允许的电流值。  额定容量 传送功率的最大能力。 （理想）  效率 ：指输出功率与输入功率之比，即

变压器几个功率的关系 容量： 输出功率： 原边输入功率： 容量 SN 输出功率 P2 原边输入功率 P1 输出功率 P2 变压器功 率因数 效率 容量 SN 输出功率 P2 原边输入功率 P1 输出功率 P2

3.3.4 变压器绕组的同极性端及其测定 1.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。 A X a x * A X a x *

* 注意：如果两绕组的极性接错时，有可能烧毁变压器。 原因： 结论：在极性不明确时，一定要先测定极性再通电。  两个线圈中的磁通抵消 感应电势 电流 很大 原因： * 1 3 2 4  ’ 结论：在极性不明确时，一定要先测定极性再通电。

2. 极性的测定方法(直流法) - 结论： a x 如果当 K 闭合时，mA 表正偏，则 A－a 为同极性端; 设K闭合时 增加。 * A X a x + _ K mA表 + _ A X a x K - 如果当 K 闭合时，mA 表正偏，则 A－a 为同极性端; 如果当 K 闭合时，mA 表反偏，则 A－x 为同极性端 结论： 设K闭合时 增加。 感应电动势的方向，阻止 的增加。

例如，在图示电路中，每个原边线圈的额定电压为110V，二次线圈的额定电压分别为3V、9Ｖ。 · 1. 当接到220Ｖ的电源时，应将2、3相联，1、4与电源两个线圈串联。 当接110Ｖ电源时，应将1、3相联2、4相联，两线圈并联接到110Ｖ电源上。 1 2 3 4 5 6 7 8 · · · 2. 若要得到12Ｖ的输出时，应将6、8相联，从5、 7两个端子输出。 若要得到6Ｖ的输出时，应将6、7相联，从5、 8两个端子输出。

3.3.5 变压器在汽车上的应用——点火线圈 1. 点火线圈的结构与特点 相同点 不同点 变 压 器 铁心上绕线圈，电磁感应原理 连续工作方式，可以变换电压、电流、阻抗，可升压或降压。 点火线圈 断续工作方式，只能是升压。 返回

2. 传统点火系统的组成和工作过程 1) 断电器触点闭合，点火线圈中初级电流i1增长。 断电器触点打开，点火线圈次级产生高压电。 3) 火花塞间隙被击穿，产生点火花，点燃混合气。

3.4 直流铁心线圈在汽车上的应用 3.4.1 直流铁心线圈的电磁特点  励磁电流  磁通  功率损耗，仅有铜损， 没有铁心损失，  励磁电流 （当U不变，I不变，磁动势IN不变)  磁通 （Ф随磁阻Rm变化)  功率损耗，仅有铜损， 没有铁心损失， 返回

3.4.2 直流铁心线圈的应用 继电器：利用小电流来控制较大电流的 电磁开关。 触点常闭继电器符号 触点常开继电器符号 电磁式继电器

2. 电磁铁与电磁阀 电磁铁中衔铁或铁心的运动，可带动某传动机构完成一个执行动作(例如门锁执行器)。电磁阀可实现液压油路的关断与闭合(例如：换档电磁阀)。