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

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1 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

2 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。
磁 路 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

3 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

4 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。

5 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
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。

6 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 。

7 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
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

8 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

9 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
交流铁心线圈 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

10 2. 电量方程 通常 很小，故： 3. 电磁关系 最大值 有效值

11 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

12 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

13 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

14 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。
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

15 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

16 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。

17 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：

18 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

19 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。

20 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：

21 （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）。

22 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）

23 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

24 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 P 输出功率 P2

25 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 *

26 * 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。

27 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。

28 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。

29 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

30 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。

31 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

32 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

33 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)。