磁路(變壓器)
1.變壓器基礎(chǔ)知識(shí)
變壓器是利用電磁感應(yīng)原理傳輸電能或信號(hào)的器件。
具有變壓 變流 變阻抗和隔離的作用。 一、變壓器的基本原理 當(dāng)一個(gè)正弦交流電壓u1加在初級(jí)線圈兩端時(shí)，導(dǎo)線中就有交變電流i1并產(chǎn)生交變磁通ф1，它沿著鐵心穿過初級(jí)線圈和次級(jí)線圈形成閉合的磁路。
在次級(jí)線圈中感應(yīng)出互感電勢(shì)u2，同時(shí)ф1也會(huì)在初級(jí)線圈上感應(yīng)出一個(gè)自感電勢(shì)e1,e1的方向與所加電壓u1方向相反而幅度相近，從而限制了i1的大小。為了保持磁通ф1的存在就需要有一定的電能消耗，并且變壓器本身也有一定的損耗，盡管此時(shí)次級(jí)沒接負(fù)載，初級(jí)線圈中仍有一定的電流，這個(gè)電流我們稱為“空載電流”。
如果次級(jí)接上負(fù)載，次級(jí)線圈就產(chǎn)生電流i2，并因此而產(chǎn)生磁通ф2，ф2的方向與ф1相反，起了互相抵消的作用，使鐵心中總的磁通量有所減少，從而使初級(jí)自感電壓e1減少，其結(jié)果使i1增大，可見初級(jí)電流與次級(jí)負(fù)載有密切關(guān)系。當(dāng)次級(jí)負(fù)載電流加大時(shí)i1增加，ф1也增加，并且ф1增加部分正好補(bǔ)充了被ф2所抵消的那部分磁通，以保持鐵心里總磁通量不變。
如果不考慮變壓器的損耗，可以認(rèn)為一個(gè)理想的變壓器次級(jí)負(fù)載消耗的功率也就是初級(jí)從電源取得的電功率。變壓器能根據(jù)需要通過改變次級(jí)線圈的圈數(shù)而改變次級(jí)電壓，但是不能改變?cè)试S負(fù)載消耗的功率。
二、變壓器的損耗 當(dāng)變壓器的初級(jí)繞組通電后，線圈所產(chǎn)生的磁通在鐵心流動(dòng)，因?yàn)殍F心本身也是導(dǎo)體，在垂直于磁力線的平面上就會(huì)感應(yīng)電勢(shì)，這個(gè)電勢(shì)在鐵心的斷面上形成閉合回路并產(chǎn)生電流，好象一個(gè)旋渦所以稱為“渦流”。這個(gè)“渦流”使變壓器的損耗增加，并且使變壓器的鐵心發(fā)熱變壓器的溫升增加。
由“渦流”所產(chǎn)生的損耗我們稱為“鐵損”。另外要繞制變壓器需要用大量的銅線，這些銅導(dǎo)線存在著電阻，電流流過時(shí)這電阻會(huì)消耗一定的功率，這部分損耗往往變成熱量而消耗，我們稱這種損耗為“銅損”。
所以變壓器的溫升主要由鐵損和銅損產(chǎn)生的。 由于變壓器存在著鐵損與銅損，所以它的輸出功率永遠(yuǎn)小于輸入功率，為此我們引入了一個(gè)效率的參數(shù)來對(duì)此進(jìn)行描述，η=輸出功率/輸入功率。
三、變壓器的材料 要繞制一個(gè)變壓器我們必須對(duì)與變壓器有關(guān)的材料要有一定的認(rèn)識(shí)，為此這里我就介紹一下這方面的知識(shí)。 1、鐵心材料： 變壓器使用的鐵心材料主要有鐵片、低硅片，高硅片，的鋼片中加入硅能降低鋼片的導(dǎo)電性，增加電阻率，它可減少渦流，使其損耗減少。
我們通常稱為加了硅的鋼片為硅鋼片，變壓器的質(zhì)量所用的硅鋼片的質(zhì)量有很大的關(guān)系，硅鋼片的質(zhì)量通常用磁通密度b來表示，一般黑鐵片的b值為6000-8000、低硅片為9000-11000，高硅片為12000-16000, 2、繞制變壓器通常用的材料有 漆包線，沙包線，絲包線，最常用的漆包線。對(duì)于導(dǎo)線的要求，是導(dǎo)電性能好，絕緣漆層有足夠耐熱性能，并且要有一定的耐腐蝕能力。
一般情況下最好用q2型號(hào)的高強(qiáng)度的聚脂漆包線。 3、絕緣材料 在繞制變壓器中，線圈框架層間的隔離、繞阻間的隔離，均要使用絕緣材料，一般的變壓器框架材料可用酚醛紙板制作，層間可用聚脂薄膜或電話紙作隔離，繞阻間可用黃臘布作隔離。
4、浸漬材料： 變壓器繞制好后，還要過最后一道工序，就是浸漬絕緣漆，它能增強(qiáng)變壓器的機(jī)械強(qiáng)度、提高絕緣性能、延長(zhǎng)使用壽命，一般情況下，可采用甲酚清漆作為浸漬材料。還有這個(gè)： 變壓器是變換交流電壓、電流和阻抗的器件，當(dāng)初級(jí)線圈中通有交流電流時(shí)，鐵芯（或磁芯）中便產(chǎn)生交流磁通，使次級(jí)線圈中感應(yīng)出電壓（或電流）。
變壓器由鐵芯（或磁芯）和線圈組成，線圈有兩個(gè)或兩個(gè)以上的繞組，其中接電源的繞組叫初級(jí)線圈，其余的繞組叫次級(jí)線圈。 一、分類 按冷卻方式分類：干式（自冷）變壓器、油浸（自冷）變壓器、氟化物（蒸發(fā)冷卻）變壓器。
按防潮方式分類：開放式變壓器、灌封式變壓器、密封式變壓器。 按鐵芯或線圈結(jié)構(gòu)分類：芯式變壓器（插片鐵芯、c型鐵芯、鐵氧體鐵芯）、殼式變壓器（插片鐵芯、c型鐵芯、鐵氧體鐵芯）、環(huán)型變壓器、金屬箔變壓器。
按電源相數(shù)分類：?jiǎn)蜗嘧儔浩?、三相變壓器、多相變壓器?按用途分類：電源變壓器、調(diào)壓變壓器、音頻變壓器、中頻變壓器、高頻變壓器、脈沖變壓器。
二、電源變壓器的特性參數(shù) 1、工作頻率 變壓器鐵芯損耗與頻率關(guān)系很大，故應(yīng)根據(jù)使用頻率來設(shè)計(jì)和使用，這種頻率稱工作頻率。 2、額定功率 在規(guī)定的頻率和電壓下，變壓器能長(zhǎng)期工作，而不超過規(guī)定溫升的輸出功率。
3、額定電壓 指在變壓器的線圈上所允許施加的電壓，工作時(shí)不得大于規(guī)定值。 4、電壓比 指變壓器初級(jí)電壓和次級(jí)電壓的比值，有空載電壓比和負(fù)載電壓比的區(qū)別。
5、空載電流 變壓器次級(jí)開路時(shí)，初級(jí)仍有一定的電流，這部分電流稱為空載電流?？蛰d電流由磁化電流（產(chǎn)生磁通）和鐵損電流（由鐵芯損耗引起）組成。
對(duì)于50hz電源變壓器而言，空載電流基本上等于磁化電流。 6、空載損耗 指變壓器次級(jí)開路時(shí)，在初級(jí)測(cè)得功率損耗。
主要損耗是鐵芯損耗，其次是空載電流在初級(jí)線圈銅阻上產(chǎn)生的損耗（銅損），這部分損耗很小。 7、效率 指次級(jí)功率p2與初級(jí)功率p1比值的百分。
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磁路與電路的相似性探討摘要：隨著教育教學(xué)改革地不斷深入，教師應(yīng)站在科學(xué)的高度把握教材。
本文將相似理論的觀點(diǎn)賦予電路與磁路的教學(xué)中，從磁路與電路中的基本物理量、基本定律、分析方法等方面對(duì)磁路問題和電路問題進(jìn)行了分析比較，得出了磁路與電路具有相似性的結(jié)論，并指出了磁路與電路的差異?？墒箤W(xué)習(xí)者借用熟悉的電路基礎(chǔ)知識(shí)和分析方法去理解和掌握磁路，使較難的磁路問題變得簡(jiǎn)單易懂，并有益于教師提高教學(xué)效果。
關(guān)鍵詞：磁路；電路；相似性相似理論是站在科學(xué)的高度且?guī)в姓軐W(xué)意義的思維理論，具有較高的理論價(jià)值和應(yīng)用價(jià)值，物理教學(xué)時(shí)可以將相似理論賦予其中。例如：在磁路的教學(xué)中將相似理論賦予其中，利用其與電路的相似性進(jìn)行教學(xué)，對(duì)提高教學(xué)效果十分有益。
下面，我們從磁路與電路的基本物理量、基本定律、分析方法等幾個(gè)方面，探討磁路與電路的相似性。電路是電流流過的回路，它是由電路元件按一定方式連接起來的整體。
磁路是人為造成的磁通易通的路徑，它利用具有高磁導(dǎo)率的物質(zhì)制成一定的形狀結(jié)構(gòu)，其周圍繞有通有電流的激勵(lì)磁場(chǎng)的線圈（有些場(chǎng)合也可用永磁體作為磁場(chǎng)激勵(lì)源）有時(shí)還是由適當(dāng)大小的空氣隙組成的整體。1 磁路與電路的基本物理量的比較（a）在電路中，用電流i這個(gè)物理量，描述電流的強(qiáng)弱。
在磁路中，用磁通Φ來描述通過某一面積的磁感應(yīng)線的多少。即磁路中的磁通Φ與電路中的電流i相似。
（b）在電路中，有電壓U這個(gè)物理量，它使某段電路中產(chǎn)生電流。在磁路中，有磁壓降U?m這個(gè)物理量，它使某段磁路中產(chǎn)生磁通。
即磁路中的磁壓降U?m相當(dāng)于電路中的電壓降U。(c)電路中用電源電動(dòng)勢(shì)E這個(gè)物理量，表示電源把其它形式的能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿谋绢I(lǐng)。
磁路中，用磁通勢(shì)F?m 這個(gè)物理量表示磁源勵(lì)磁的情況。即磁路中的磁通勢(shì)相當(dāng)于電路中的電源電動(dòng)勢(shì)。
（d）電路中，用電流密度j=I/S這個(gè)物理量，描述電路中某點(diǎn)電流的強(qiáng)弱和方向。在磁路中用磁通密度B=Φ/S這個(gè)物理量描述磁場(chǎng)的強(qiáng)弱和方向。
即磁路中的磁通密度與電路中的電流密度相似。（e）在電路中有電阻R，表示導(dǎo)體對(duì)電流的阻礙作用。
在磁路中有磁阻R?m，表示磁路對(duì)磁通所起的阻礙作用。即磁路中的磁阻R?m相當(dāng)于電路中的電阻R。
(f)在電路中電阻的倒數(shù)稱為電導(dǎo)G。在磁路中磁阻的倒數(shù)稱為磁導(dǎo)A?m。
即磁路中的磁導(dǎo)A?m與電路中的電導(dǎo)G相似。2 磁路與電路的基本定律的比較（a）在電路中，一段電路中的電流與電壓、電阻的關(guān)系用歐姆定律U=RI來描述。
在磁路中，一段磁路中的磁通與磁壓降、磁阻的關(guān)系用磁路的歐姆定律U?m=R?mΦ來描述。即磁路的歐姆定律與電路中的歐姆定律極為相似。
（b）在電路中，有基爾霍夫電流定律：對(duì)任一電路中的任一節(jié)點(diǎn)（也可推廣為閉合面），在任一時(shí)刻流入的電流之和一定等于從該節(jié)點(diǎn)流出的電流之和，即∑I=0。在磁路中，有磁通連續(xù)性原理：對(duì)于磁路中的任一閉合面，在任一時(shí)刻，穿過該閉合面的磁通之和一定等于穿出這個(gè)閉合面的磁通之和，即∑Φ=0。
此式與電路中的基爾霍夫定律相似，所以稱此為磁路的基爾霍夫第一定律。（c）在電路中，有基爾霍夫電壓定律：對(duì)于任一電路中的任一回路，在任一時(shí)刻，沿該回路的所有支路的電壓降之和恒等于零。
即∑U=∑E。在磁路中，有安培環(huán)路定律：對(duì)于磁路中的任一閉合路徑，在任一時(shí)刻，沿該閉合路徑中的各段磁壓降之和等于圍繞此閉合路徑的所有磁通勢(shì)之和，即∑HL=∑F?m。
此定律與電路中的基爾霍夫電壓定律相似，所以稱此定律為磁路的基爾霍夫第二定律。通過對(duì)磁路與電路的基本物理量、基本定律的分析比較可見：二者無論是基本物理量還是基本定律都具有相似性。
即：磁通Φ相似于電流I；磁壓降U?m相似于電壓降U；磁通勢(shì)F?m相似于電源電動(dòng)勢(shì)E；磁通密度B相似于電流密度J；磁阻R?m相似于電阻R；磁導(dǎo)A?m相似于電導(dǎo)G；磁通連續(xù)性原理相似于基爾霍夫電流定律；安培環(huán)路定理相似于基爾霍夫電壓定律；磁路的歐姆定律相似于電路的歐姆定律。由以上兩個(gè)方面的分析比較可見，磁路與電路在表征其性質(zhì)的物理量及其相互關(guān)系的數(shù)學(xué)表達(dá)式上都有相似性，因此可以類比教學(xué)。
3 磁路與電路分析方法的比較綜合上述三個(gè)方面的分析比較，我們可得出以下結(jié)論：磁路與電路具有相似性。由于磁路與電路具有相似性，因此，在學(xué)習(xí)磁路的基本物理量和基本定律時(shí)，可以仿照電路中的基本物理量和基本定律去理解掌握；分析電路中的一些方法，在分析磁路時(shí)也可使用。
這樣可使較難理解和掌握的磁路問題變得簡(jiǎn)單易懂。磁路與電路相似，并不等于相同，兩者在很多方面也存在差異，主要有以下四個(gè)方面。
（a）磁路中有磁飽和現(xiàn)象，在一定磁路中，通過的磁通量的大小受到嚴(yán)格的限制，而在充分冷卻的電路中，流過的電流的大小幾乎是不受限制的。（b）磁通在磁路中的傳播速度遠(yuǎn)小于電路中電流的傳播速度。
（c）電路中的電流表示帶電質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)，因而通過電阻時(shí)要消耗能量，使電阻發(fā)熱。而磁通并不代表質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)，只是描述磁場(chǎng)的一個(gè)物理量，它通過磁阻時(shí)不消耗功率，因而不存在磁路的熱效應(yīng)。
d）電路中導(dǎo)電材料與絕緣材料的導(dǎo)電率。
3.電工基礎(chǔ)知識(shí)
電工基礎(chǔ)知識(shí)、維修電工基礎(chǔ)知識(shí)。
（1）電阻率---又叫電阻系數(shù)或叫比電阻。是衡量物質(zhì)導(dǎo)電性能好壞的一個(gè)物理量，以字母ρ表示，單位為歐姆*毫米平方/米。
在數(shù)值 上等于用那種物質(zhì)做的長(zhǎng)1米截面積為1平方毫米的導(dǎo)線，在溫度20C時(shí)的電阻值，電阻率越大，導(dǎo)電性能越低。則物質(zhì)的電阻率隨溫度而變化的物理量，其數(shù)值等于溫度每升高1C時(shí)，電阻率的增加與原來的電阻電阻率的比值，通常以字母α表示，單位為1/C。
2、電阻的溫度系數(shù)----表示物質(zhì)的電阻率隨溫度而變化的物理量，其數(shù)值等于溫度每升高1C時(shí)，電阻率的增加量與原來的電阻率的比值，通常以字母α表示，單位為1/C。 3、電導(dǎo)----物體傳導(dǎo)電流的本領(lǐng)叫做電導(dǎo)。
在直流電路里，電導(dǎo)的數(shù)值就是電阻值的倒數(shù)，以字母ɡ表示，單位為歐姆。 4、電導(dǎo)率----又叫電導(dǎo)系數(shù)，也是衡量物質(zhì)導(dǎo)電性能好壞的一個(gè)物理量。
大小在數(shù)值上是電阻率的倒數(shù)，以字母γ表示，單位為米/歐姆*毫米平方。 5、電動(dòng)勢(shì)----電路中因其他形式的能量轉(zhuǎn)換為電能所引起的電位差，叫做電動(dòng)勢(shì)或者簡(jiǎn)稱電勢(shì)。
用字母E表示，單位為伏特。 6、自感----當(dāng)閉合回路中的電流發(fā)生變化時(shí)，則由這電流所產(chǎn)生的穿過回路本身磁通也發(fā)生變化，因此在回路中也將感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，這現(xiàn)象稱為自感現(xiàn)象，這種感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)叫自感電動(dòng)勢(shì)。
7、互感----如果有兩只線圈互相靠近，則其中第一只線圈中電流所產(chǎn)生的磁通有一部分與第二只線圈相環(huán)鏈。當(dāng)?shù)谝痪€圈中電流發(fā)生變化時(shí)，則其與第二只線圈環(huán)鏈的磁通也發(fā)生變化，在第二只線圈中產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。
這種現(xiàn)象叫做互感現(xiàn)象。 8 、電感----自感與互感的統(tǒng)稱。
9、感抗----交流電流過具有電感的電路時(shí)，電感有阻礙交流電流過的作用，這種作用叫做感抗，以Lx表示，Lx=2πfL. 10、容抗----交流電流過具有電容的電路時(shí)，電容有阻礙交流電流過的作用，這種作用叫做容抗，以Cx表示，Cx=1/12πfc。 11、脈動(dòng)電流----大小隨時(shí)間變化而方向不變的電流，叫做脈動(dòng)電流。
12、振幅----交變電流在一個(gè)周期內(nèi)出現(xiàn)的最大值叫振幅。 13、平均值----交變電流的平均值是指在某段時(shí)間內(nèi)流過電路的總電荷與該段時(shí)間的比值。
正弦量的平均值通常指正半周內(nèi)的平均值，它與振幅值的關(guān)系：平均值=0.637*振幅值。 14、有效值----在兩個(gè)相同的電阻器件中，分別通過直流電和交流電，如果經(jīng)過同一時(shí)間，它們發(fā)出的熱量相等，那么就把此直流電的大小作為此交流電的有效值。
正弦電流的有效值等于其最大值的0.707倍。 15、有功功率----又叫平均功率。
交流電的瞬時(shí)功率不是一個(gè)恒定值，功率在一個(gè)周期內(nèi)的平均值叫做有功功率，它是指在電路中電阻部分所消耗的功率，以字母P表示，單位瓦特。 16、視在功率----在具有電阻和電抗的電路內(nèi)，電壓與電流的乘積叫做視在功率，用字母Ps來表示，單位為瓦特。
17、無功功率----在具有電感和電容的電路里，這些儲(chǔ)能元件在半周期的時(shí)間里把電源能量變成磁場(chǎng)（或電場(chǎng)）的能量存起來，在另半周期的時(shí)間里對(duì)已存的磁場(chǎng)（或電場(chǎng)）能量送還給電源。它們只是與電源進(jìn)行能量交換，并沒有真正消耗能量。
我們把與電源交換能量的速率的振幅值叫做無功功率。用字母Q表示，單位為芝。
18、功率因數(shù)----在直流電路里，電壓乘電流就是有功功率。但在交流電路里，電壓乘電流是視在功率，而能起到作功的一部分功率（即有功功率）將小于視在功率。
有功功率與視在功率之比叫做功率因數(shù)，以COSφ表示。 19、相電壓----三相輸電線（火線）與中性線間的電壓叫相電壓。
20、線電壓----三相輸電線各線（火線）間的電壓叫線電壓，線電壓的大小為相電壓的1.73倍。 21、相量----在電工學(xué)中，用以表示正弦量大小和相位的矢量叫相量，也叫做向量。
22、磁通----磁感應(yīng)強(qiáng)度與垂直于磁場(chǎng)方向的面積的乘積叫做磁通，以字母φ表示，單位為麥克斯韋。 23、磁通密度----單位面積上所通過的磁通大小叫磁通密度，以字母B表示，磁通密度和磁場(chǎng)感應(yīng)強(qiáng)度在數(shù)值上是相等的。
24、磁阻----與電阻的含義相仿，磁阻是表示磁路對(duì)磁通所起的阻礙作用，以符號(hào)Rm表示，單位為1/亨。 25、導(dǎo)磁率----又稱導(dǎo)磁系數(shù)，是衡量物質(zhì)的導(dǎo)磁性能的一個(gè)系數(shù)，以字母μ表示，單位是亨/米。
26、磁滯----鐵磁體在反復(fù)磁化的過程中，它的磁感應(yīng)強(qiáng)度的變化總是滯后于它的磁場(chǎng)強(qiáng)度，這種現(xiàn)象叫磁滯。 27、磁滯回線----在磁場(chǎng)中，鐵磁體的磁感應(yīng)強(qiáng)度與磁場(chǎng)強(qiáng)度的關(guān)系可用曲線來表示，當(dāng)磁化磁場(chǎng)作周期的變化時(shí)，鐵磁體中的磁感應(yīng)強(qiáng)度與磁場(chǎng)強(qiáng)度的關(guān)系是一條閉合線，這條閉合線叫做磁滯回線如圖1。
28、基本磁化曲線----鐵磁體的磁滯回線的形狀是與磁感應(yīng)強(qiáng)度（或磁場(chǎng)強(qiáng)度）的最大值有關(guān)，在畫磁滯回線時(shí)，如果對(duì)磁感應(yīng)強(qiáng)度（或磁場(chǎng)強(qiáng)度）最大值取不同的數(shù)值，就得到一系列的磁滯回線，連接這些回線頂點(diǎn)的曲線叫基本磁化曲線。 29、磁滯損耗----放在交變磁場(chǎng)中的鐵磁體，因磁滯現(xiàn)象而產(chǎn)生一些功率損耗，從而使鐵磁體發(fā)熱，這種損耗叫磁滯損耗。
30、擊穿---絕緣物質(zhì)在電場(chǎng)的作用下發(fā)生劇烈放電或?qū)щ姷默F(xiàn)象叫擊穿。 31、介電常數(shù)---又叫介質(zhì)常數(shù)，介電系數(shù)或電容率，它是表示絕緣能力特性的一個(gè)。
