电工学电工技术精选文档.ppt

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1、电工学电工技术1本讲稿第一页，共八十七页本章要求本章要求2.了解变压器的基本结构、工作原理、运行特性和绕组的了解变压器的基本结构、工作原理、运行特性和绕组的同极性端，理解变压器额定值的意义；同极性端，理解变压器额定值的意义；3.掌握变压器电压、电流和阻抗变换作用；掌握变压器电压、电流和阻抗变换作用；4.了解三相电压的变换方法；了解三相电压的变换方法；5.了解电磁铁的基本工作原理及其应用知识。了解电磁铁的基本工作原理及其应用知识。1.理解磁场的基本物理量的意义，了解磁性材料的基本知理解磁场的基本物理量的意义，了解磁性材料的基本知识及磁路的基本定律，会分析计算交流铁心线圈电路；识及磁路的基本定律，

2、会分析计算交流铁心线圈电路；2本讲稿第二页，共八十七页磁场的特性可用磁场的特性可用磁感应强度、磁通、磁场强度、磁导率磁感应强度、磁通、磁场强度、磁导率等等几个物理量表示。几个物理量表示。一、磁感应强度一、磁感应强度B 与与磁场方向相垂直的磁场方向相垂直的单位面积上通过的单位面积上通过的磁通（磁磁通（磁力线），力线），可表示磁场内某点的可表示磁场内某点的磁场强弱和方向。磁场强弱和方向。B的单位：特的单位：特斯拉斯拉（T）1T104Gs 的单位：韦伯的单位：韦伯矢量矢量6.1 6.1 磁路及其分析方法磁路及其分析方法6.1.1 6.1.1 磁场的基本物理量磁场的基本物理量3本讲稿第三页，共八十七页

3、二、磁通二、磁通 磁感应强度磁感应强度B与垂直于磁场方向的面积与垂直于磁场方向的面积S的的乘积乘积，称为称为通过该面积通过该面积的的磁通磁通。如如 磁场内各点的磁感应强度的磁场内各点的磁感应强度的大小相等，方向相同，大小相等，方向相同，这样的磁场则称为这样的磁场则称为均匀磁场。均匀磁场。BS 的单位：的单位：伏伏秒，通称为韦秒，通称为韦伯伯 Wb。或麦克斯韦或麦克斯韦Mx，1Wb108Mx 4本讲稿第四页，共八十七页三、磁场强度三、磁场强度H 磁场强度磁场强度是计算磁场所用的物理量，其大小为是计算磁场所用的物理量，其大小为磁磁感应强度感应强度和和导磁率导磁率之之比比。H的单位：安米的单位：安米

4、 的单位：亨米的单位：亨米矢量矢量5本讲稿第五页，共八十七页安培环路定律（全电流律）：安培环路定律（全电流律）：磁场中任何闭合回路磁场强度的线积分磁场中任何闭合回路磁场强度的线积分,等于通过这等于通过这个闭合路径内电流的代数和个闭合路径内电流的代数和.I1I2I3电流方向和磁场强度的方向电流方向和磁场强度的方向符合右手定则，电流取正；符合右手定则，电流取正；否则取负。否则取负。6本讲稿第六页，共八十七页 在无分支的均匀磁路在无分支的均匀磁路（磁路的材料和截面积相同，各处（磁路的材料和截面积相同，各处的磁场强度相等）中，安培环路定律可写成：的磁场强度相等）中，安培环路定律可写成：磁路磁路长度长度

5、L线圈线圈匝数匝数NIHL：称为磁压降。称为磁压降。NI：称为磁通势。一般称为磁通势。一般 用用 F 表示。表示。F=NI7本讲稿第七页，共八十七页总磁通势总磁通势 在非均匀磁路在非均匀磁路（磁路的材料或截面积不同，或磁场强度（磁路的材料或截面积不同，或磁场强度不等）中，不等）中，总磁通势等于各段磁压降之和。总磁通势等于各段磁压降之和。例：例：IN8本讲稿第八页，共八十七页四、磁导率四、磁导率 磁导率磁导率 是一个用来表示是一个用来表示磁场媒质磁性磁场媒质磁性和衡量和衡量物质导磁能力物质导磁能力的物理量。的物理量。真空中的磁导率为常数真空中的磁导率为常数9本讲稿第九页，共八十七页一般材料的磁导

6、率一般材料的磁导率 和真空磁导率和真空磁导率 0 的比值，称为的比值，称为该物质的该物质的相对磁导率相对磁导率 r 或或10本讲稿第十页，共八十七页五、五、物质的磁性物质的磁性1.非磁性物质非磁性物质 非磁性物质分子电流的磁场方向杂乱无章，几乎不受外非磁性物质分子电流的磁场方向杂乱无章，几乎不受外非磁性物质分子电流的磁场方向杂乱无章，几乎不受外非磁性物质分子电流的磁场方向杂乱无章，几乎不受外磁场的影响而互相抵消，不具有磁化特性。磁场的影响而互相抵消，不具有磁化特性。磁场的影响而互相抵消，不具有磁化特性。磁场的影响而互相抵消，不具有磁化特性。非磁性材料的磁导率都是常数，有：非磁性材料的磁导率都是

7、常数，有：非磁性材料的磁导率都是常数，有：非磁性材料的磁导率都是常数，有：所以磁通所以磁通所以磁通所以磁通 与产生此磁通的电流与产生此磁通的电流与产生此磁通的电流与产生此磁通的电流 I I 成正比，呈线成正比，呈线成正比，呈线成正比，呈线性关系。性关系。性关系。性关系。当磁场媒质是非磁性材料时，有：当磁场媒质是非磁性材料时，有：当磁场媒质是非磁性材料时，有：当磁场媒质是非磁性材料时，有：即即即即 B B与与与与 H H 成正比，呈线性关系。成正比，呈线性关系。成正比，呈线性关系。成正比，呈线性关系。由于由于由于由于O OHHB B 0 0 r r 1 1B B=0 0 H H()(I I)11

8、本讲稿第十一页，共八十七页2.2.磁性物质磁性物质磁性物质磁性物质 磁性物质内部形成许多小区域，其分子间存在的一种特磁性物质内部形成许多小区域，其分子间存在的一种特磁性物质内部形成许多小区域，其分子间存在的一种特磁性物质内部形成许多小区域，其分子间存在的一种特殊的作用力使每一区域内的分子磁场排列整齐，显示磁性，殊的作用力使每一区域内的分子磁场排列整齐，显示磁性，殊的作用力使每一区域内的分子磁场排列整齐，显示磁性，殊的作用力使每一区域内的分子磁场排列整齐，显示磁性，称这些小区域为称这些小区域为称这些小区域为称这些小区域为磁畴磁畴磁畴磁畴。在外磁场作用下，磁畴方向发生变化，使之与外磁在外磁场作用下

9、，磁畴方向发生变化，使之与外磁在外磁场作用下，磁畴方向发生变化，使之与外磁在外磁场作用下，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。场方向趋于一致，物质整体显示出磁性来，称为磁化。场方向趋于一致，物质整体显示出磁性来，称为磁化。场方向趋于一致，物质整体显示出磁性来，称为磁化。即即即即磁性物质能被磁化。磁性物质能被磁化。磁性物质能被磁化。磁性物质能被磁化。磁磁磁磁畴畴畴畴外外外外磁磁磁磁场场场场 在没有外磁场作用的普通磁性物质中，各个磁畴排列杂乱无在没有外磁场作用的普通磁性物质中，各个磁畴排列杂乱无在没有外磁场作用的普通磁性物质中，各个磁畴排列杂乱无在没有外磁场

10、作用的普通磁性物质中，各个磁畴排列杂乱无章，磁场互相抵消，整体对外不显磁性。章，磁场互相抵消，整体对外不显磁性。章，磁场互相抵消，整体对外不显磁性。章，磁场互相抵消，整体对外不显磁性。磁磁磁磁畴畴畴畴12本讲稿第十二页，共八十七页讨论讨论磁场内某一点的磁场强度磁场内某一点的磁场强度H与与 有关吗？有关吗？由上两式可知，磁场内某一点的由上两式可知，磁场内某一点的H只与电流大小只与电流大小、线线圈匝数圈匝数及及该点的几何位置该点的几何位置有关，有关，而与而与 无关无关。13本讲稿第十三页，共八十七页磁性材料的磁性能磁性材料的磁性能：高导磁性、磁饱和性、磁滞性、非线性高导磁性、磁饱和性、磁滞性、非线

11、性一、高导磁性一、高导磁性 指磁性材料的磁导率很高，指磁性材料的磁导率很高，r1，使其具有，使其具有被强烈磁化被强烈磁化的特性。的特性。磁性物质的高导磁性被广泛地应用于电工设备中，磁性物质的高导磁性被广泛地应用于电工设备中，如电机、变压器及各种铁磁元件的线圈中都放有铁如电机、变压器及各种铁磁元件的线圈中都放有铁心。在这种具有铁心的线圈中通入不太大的励磁心。在这种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。电流，便可以产生较大的磁通和磁感应强度。6.1.2 6.1.2 磁性材料的磁性能磁性材料的磁性能14本讲稿第十四页，共八十七页二、磁饱和性二、磁饱和性 当外磁场（或

12、励磁电流）增大到一定值时，磁性当外磁场（或励磁电流）增大到一定值时，磁性材料的全部磁畴的磁场方向都转向与磁场的方向一致，材料的全部磁畴的磁场方向都转向与磁场的方向一致，磁化磁场的磁化磁场的磁感应强度磁感应强度BJ达到饱和值。达到饱和值。磁化曲线磁化曲线H注注当有磁性物质存在时当有磁性物质存在时B与与H不成比例，不成比例，与与I也不成比例。也不成比例。B BJ J 磁场内磁性物质的磁化磁场磁场内磁性物质的磁化磁场磁场内磁性物质的磁化磁场磁场内磁性物质的磁化磁场 的磁感应强度曲线；的磁感应强度曲线；的磁感应强度曲线；的磁感应强度曲线；B B0 0 磁场内不存在磁性物质时的磁场内不存在磁性物质时的磁

13、场内不存在磁性物质时的磁场内不存在磁性物质时的 磁感应强度直线；磁感应强度直线；磁感应强度直线；磁感应强度直线；B B B BJ J曲线和曲线和曲线和曲线和B B0 0直线的纵坐标相直线的纵坐标相直线的纵坐标相直线的纵坐标相 加即磁场的加即磁场的加即磁场的加即磁场的 B B-HH 磁化曲线。磁化曲线。磁化曲线。磁化曲线。15本讲稿第十五页，共八十七页 B B-HH 磁化曲线的特征：磁化曲线的特征：磁化曲线的特征：磁化曲线的特征：O Oa a段：段：段：段：B B 与与与与HH几乎成正比地增加；几乎成正比地增加；几乎成正比地增加；几乎成正比地增加；abab段：段：段：段：B B 的增加缓慢下来；

14、的增加缓慢下来；的增加缓慢下来；的增加缓慢下来；b b点以后：点以后：点以后：点以后：B B增加很少，达到饱和。增加很少，达到饱和。增加很少，达到饱和。增加很少，达到饱和。O OHHB BB B0 0B BJ JB B a a b b 有磁性物质存在时，有磁性物质存在时，有磁性物质存在时，有磁性物质存在时，B B B B 与与与与 H HH H不成不成不成不成正比，磁性物质的磁导率正比，磁性物质的磁导率正比，磁性物质的磁导率正比，磁性物质的磁导率 不是常数，不是常数，不是常数，不是常数，随随随随H HH H而变。而变。而变。而变。有磁性物质存在时，有磁性物质存在时，有磁性物质存在时，有磁性物质

15、存在时，与与与与 I I I I 不成不成不成不成正比。正比。正比。正比。磁性物质的磁化曲线在磁路计算磁性物质的磁化曲线在磁路计算磁性物质的磁化曲线在磁路计算磁性物质的磁化曲线在磁路计算上极为重要，其为非线性曲线，实上极为重要，其为非线性曲线，实上极为重要，其为非线性曲线，实上极为重要，其为非线性曲线，实际中通过实验得出际中通过实验得出际中通过实验得出际中通过实验得出。O OHHB,B,B B 磁化曲线磁化曲线磁化曲线磁化曲线B B和和和和 与与与与HH的关系的关系的关系的关系16本讲稿第十六页，共八十七页三、磁滞性三、磁滞性 在铁心线圈通有交变电流时，铁心将受到交变磁化。但当在铁心线圈通有交

16、变电流时，铁心将受到交变磁化。但当H H减减少为零时，少为零时，B B 并未回到零值，出现并未回到零值，出现剩磁剩磁B Br r。BHO12345磁感应强度滞后于磁场强度变化的性质称为磁滞性磁滞性。右图为磁性物质的磁滞回线滞回线。要使剩磁消失，通常需进行反向磁化。将 B B=0时的 H H 值称为 矫顽磁力矫顽磁力 H Hc c。617本讲稿第十七页，共八十七页 几种常见磁性物质的磁化曲线几种常见磁性物质的磁化曲线a 铸铁铸铁 b 铸钢铸钢 c 硅钢片硅钢片O0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1.00.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0

17、.8 0.9 1.0 10103 3HH/(A/m)/(A/m)HH/(A/m)/(A/m)1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 10103 3B B/T/T1.81.81.61.61.41.41.21.21.01.00.80.80.60.60.40.40.20.2a ab ba ab bc cc c18本讲稿第十八页，共八十七页四、磁性物质的分类 根据滞回曲线和磁化曲线的不同，大致分成三类：(1)软磁材料其矫顽磁力较小，磁滞回线较窄。(铁心)(2)永磁材料其矫顽磁力较大，磁滞回线较宽。(磁铁)(3)矩磁材料其剩磁大而矫顽磁力小，磁滞回线为矩形。(

18、记忆元件)HBHBHB19本讲稿第十九页，共八十七页材 料 名 称铸铁2000.4750.5008801040硅钢片8000100000.8001.2003264坡莫合金（78.5%Ni）200002000001.1001.400424碳钢（0.45%C）0.8001.10024003200铁镍铝钴合金1.1001.3504000052000稀土钴0.6001.000320000690000稀土钕铁硼1.1001.300600000900000 常用磁性材料的最大相对磁导率、剩磁及矫顽磁力常用磁性材料的最大相对磁导率、剩磁及矫顽磁力20本讲稿第二十页，共八十七页一、磁路的概念一、磁路的概念6.

19、1.3 6.1.3 磁路的分析方法磁路的分析方法 在电机、变压器及各种铁磁元件中常用磁性材料做成一定在电机、变压器及各种铁磁元件中常用磁性材料做成一定在电机、变压器及各种铁磁元件中常用磁性材料做成一定在电机、变压器及各种铁磁元件中常用磁性材料做成一定形状的铁心。铁心的磁导率比周围空气或其它物质的磁导率形状的铁心。铁心的磁导率比周围空气或其它物质的磁导率形状的铁心。铁心的磁导率比周围空气或其它物质的磁导率形状的铁心。铁心的磁导率比周围空气或其它物质的磁导率高的多，高的多，高的多，高的多，磁通的绝大部分经过铁心形成闭合通路，磁通磁通的绝大部分经过铁心形成闭合通路，磁通磁通的绝大部分经过铁心形成闭合

20、通路，磁通磁通的绝大部分经过铁心形成闭合通路，磁通的闭合路径称为的闭合路径称为的闭合路径称为的闭合路径称为磁路。磁路。磁路。磁路。+NIfNSS直流电机的磁路直流电机的磁路直流电机的磁路直流电机的磁路交流接触器的磁路交流接触器的磁路交流接触器的磁路交流接触器的磁路21本讲稿第二十一页，共八十七页对于均匀磁路对于均匀磁路磁路中的磁路中的欧姆定律欧姆定律二二.磁路的欧姆定律：磁路的欧姆定律：则：则：INSL注：由于磁性材料注：由于磁性材料 是非线性的，磁路欧姆定律多用作定性是非线性的，磁路欧姆定律多用作定性 分析，不做定量计算。分析，不做定量计算。令：令：Rm 称为磁阻称为磁阻22本讲稿第二十二页

21、，共八十七页磁路和电路的比较（一）磁路和电路的比较（一）磁磁路路电电路路磁通磁通INR+_EI磁压降磁压降磁动势磁动势电动势电动势电流电流电压降电压降U23本讲稿第二十三页，共八十七页基本定律基本定律 磁阻磁阻磁感应磁感应强度强度安培环路安培环路定律定律磁磁 路路IN欧姆定律欧姆定律电阻电阻电流电流强度强度克氏克氏电压定律电压定律克氏克氏电流定律电流定律磁路与电路的比较磁路与电路的比较(二二)电电 路路R+_EI24本讲稿第二十四页，共八十七页 三、磁路分析的特点三、磁路分析的特点(1)(1)在处理电路时不涉及电场问题，在处理磁路时离不开在处理电路时不涉及电场问题，在处理磁路时离不开在处理电路

22、时不涉及电场问题，在处理磁路时离不开在处理电路时不涉及电场问题，在处理磁路时离不开磁场的概念；磁场的概念；磁场的概念；磁场的概念；(2)(2)在处理电路时一般可以不考虑漏电流，在处理磁路时在处理电路时一般可以不考虑漏电流，在处理磁路时在处理电路时一般可以不考虑漏电流，在处理磁路时在处理电路时一般可以不考虑漏电流，在处理磁路时一般都要考虑漏磁通；一般都要考虑漏磁通；一般都要考虑漏磁通；一般都要考虑漏磁通；(3)(3)磁路欧姆定律和电路欧姆定律只是在形式上相似。磁路欧姆定律和电路欧姆定律只是在形式上相似。磁路欧姆定律和电路欧姆定律只是在形式上相似。磁路欧姆定律和电路欧姆定律只是在形式上相似。由于由

23、于由于由于 不是常数，其随励磁电流而变，磁路欧姆定律不能不是常数，其随励磁电流而变，磁路欧姆定律不能不是常数，其随励磁电流而变，磁路欧姆定律不能不是常数，其随励磁电流而变，磁路欧姆定律不能直接用来计算，只能用于定性分析；直接用来计算，只能用于定性分析；直接用来计算，只能用于定性分析；直接用来计算，只能用于定性分析；(4)(4)在电路中，当在电路中，当在电路中，当在电路中，当 E E=0=0时，时，时，时，I I=0=0；但在磁路中，由于有剩磁，当；但在磁路中，由于有剩磁，当；但在磁路中，由于有剩磁，当；但在磁路中，由于有剩磁，当 F F=0=0 时，时，时，时，不为零不为零不为零不为零；25本

24、讲稿第二十五页，共八十七页四、磁路的计算四、磁路的计算 在计算电机、电器等的磁路时，一般在计算电机、电器等的磁路时，一般预先给定铁心中预先给定铁心中的磁通的磁通（或磁感应强度），而后按照所给的磁通及磁路各（或磁感应强度），而后按照所给的磁通及磁路各段的尺寸和材料去段的尺寸和材料去求产生预定磁通所需的磁通势求产生预定磁通所需的磁通势F FNINI。计算均匀磁路要用磁场强度计算均匀磁路要用磁场强度H H，即，即NINIH HL L。如果磁路由不同的材料、长度和截面积的几段组成，则如果磁路由不同的材料、长度和截面积的几段组成，则磁路由磁阻不同的几段串联而成：磁路由磁阻不同的几段串联而成：NINIH

25、H1 1 L L1 1H H2 2 L L2 2（H H L L）26本讲稿第二十六页，共八十七页如如：由三段串联而成的由三段串联而成的 继电器磁路继电器磁路27本讲稿第二十七页，共八十七页例例1 一均匀闭合铁心线圈，匝数为 300，铁心中磁感应强度为0.9T，磁路的平均长度为45cm,IlS试求：(1)铁心材料为铸铁时线圈中的电流；(2)铁心材料为硅钢片时线圈中的电流。解：先从磁化曲线中查出磁场强度的H值，然后再计算电流。(1)H1=9000A/m，(2)H2=260A/m，28本讲稿第二十八页，共八十七页1）H19000A/m,I1 H1 L/N=13.5A 2）H2260A/m，I2 H

26、2 L/N=0.39A若若I 相同相同(0.39A)，则，则H相同，此时相同，此时 B1=0.05T，B2=0.9T。若若 相同相同,则则S1是是S2的的17倍。倍。若线圈中通有同样大小的励磁电流，若线圈中通有同样大小的励磁电流，要得要得到相等的磁通到相等的磁通，采用磁导率高的铁心材料，采用磁导率高的铁心材料，可使铁心的可使铁心的用铁量用铁量大为大为降低降低。结论结论29本讲稿第二十九页，共八十七页解解磁路的平均长度为磁路的平均长度为 L（1015）2）39.2cm查铸钢的磁化曲线，当查铸钢的磁化曲线，当B0.9T 时，时，H1500Am于是于是 H1L1 H1(L )195A空气隙中的磁场强

27、度为空气隙中的磁场强度为 H0B0 00.9（4 *107）7.2*105A/m有一环形铁心线圈，其内径为有一环形铁心线圈，其内径为10cm，外径为，外径为15cm，铁心材料，铁心材料为铸钢。磁路中含有一空气气隙，其长度等于为铸钢。磁路中含有一空气气隙，其长度等于0.2cm。设线圈。设线圈中通有中通有1A电流，如要得到电流，如要得到0.9T的磁感应强度，试求的磁感应强度，试求线圈匝线圈匝数。数。例例230本讲稿第三十页，共八十七页H0 7.2*105*0.2*10-21440A总磁通势为总磁通势为 NI（H L）H1 L1H0 19514401635A线圈匝数为线圈匝数为 NNII1635若要

28、得到相等的磁感应强度，采用磁导率高的铁心若要得到相等的磁感应强度，采用磁导率高的铁心材料，可使线圈的材料，可使线圈的用铜量大为降低。用铜量大为降低。当磁路中含有空气隙时，由于其当磁路中含有空气隙时，由于其磁阻较大，磁阻较大，要得到要得到相等的磁感应强度，必须相等的磁感应强度，必须增大励磁电流增大励磁电流（线圈匝数（线圈匝数一定）。一定）。结论结论31本讲稿第三十一页，共八十七页励磁电流：在磁路中用来产生磁通的电流励磁电流：在磁路中用来产生磁通的电流励磁电流励磁电流直流直流 -直流磁路直流磁路 交流交流 -交流磁路交流磁路磁路分析磁路分析直流磁路直流磁路交流磁路交流磁路6.2 6.2 交流铁心线

29、圈电路交流铁心线圈电路32本讲稿第三十二页，共八十七页IU一一.直流磁路的分析直流磁路的分析直流磁路的特点直流磁路的特点:直流磁路和电路中的恒压源类似直流磁路和电路中的恒压源类似直流电路中直流电路中 E 固定固定I 随随 R 变化变化随随 变化变化 直流磁路中直流磁路中 F 固定固定 一定一定一定一定磁动势磁动势 F=IN 一定一定磁通和磁通成反比磁通和磁通成反比（线圈中没有反电动势）（线圈中没有反电动势）（R 为线圈的电阻）为线圈的电阻）33本讲稿第三十三页，共八十七页(一一)、电磁关系、电磁关系(二二)、功率损耗、功率损耗I=U/R 铜损铜损 PCu=I2R直流铁心线圈直流铁心线圈U-I(

30、NI)-恒定恒定|_ 漏磁漏磁34本讲稿第三十四页，共八十七页(一一)、电磁关系、电磁关系 +e+e+uNi（磁通势）（磁通势）主磁通主磁通主磁通主磁通 ：通过铁心闭合的磁通过铁心闭合的磁通过铁心闭合的磁通过铁心闭合的磁通。通。通。通。漏磁通漏磁通漏磁通漏磁通 ：经过空气或其它非经过空气或其它非经过空气或其它非经过空气或其它非导磁媒质闭合的磁通。导磁媒质闭合的磁通。导磁媒质闭合的磁通。导磁媒质闭合的磁通。线圈线圈线圈线圈铁心铁心铁心铁心 i i，铁心线圈的漏磁电感铁心线圈的漏磁电感铁心线圈的漏磁电感铁心线圈的漏磁电感 与与与与i i不是线性关系。不是线性关系。不是线性关系。不是线性关系。二二.

31、交流磁路的分析交流磁路的分析35本讲稿第三十五页，共八十七页(二二)、电压电流关系、电压电流关系 +ee uNi36本讲稿第三十六页，共八十七页设主磁通设主磁通 则则37本讲稿第三十七页，共八十七页铁心中磁感应铁心中磁感应强度的最大值强度的最大值铁心截面积铁心截面积有效值有效值最大值最大值38本讲稿第三十八页，共八十七页三、功率损耗三、功率损耗1.铜损铜损 PCu：线圈电阻：线圈电阻R上的功率损耗。上的功率损耗。交流铁心线圈的功率损耗主要有交流铁心线圈的功率损耗主要有铜损铜损和和铁损铁损两种。两种。P Pcu cu=RIRI2 22.铁损铁损 PFe：铁心在交变磁通的作用下，由：铁心在交变磁通

32、的作用下，由磁滞磁滞和和涡流涡流产生的功率损耗。产生的功率损耗。包括磁滞损耗包括磁滞损耗 Ph 和涡流损耗和涡流损耗 Pe。39本讲稿第三十九页，共八十七页（1 1）磁滞损耗（）磁滞损耗（）磁滞损耗（）磁滞损耗（P Ph h）由磁滞所产生的能量损耗称为由磁滞所产生的能量损耗称为由磁滞所产生的能量损耗称为由磁滞所产生的能量损耗称为磁滞损耗（磁滞损耗（磁滞损耗（磁滞损耗（P Ph h）。）。）。）。磁滞损耗的大小：磁滞损耗的大小：磁滞损耗的大小：磁滞损耗的大小：单位体积内的磁滞损耗单位体积内的磁滞损耗单位体积内的磁滞损耗单位体积内的磁滞损耗正比正比正比正比于磁滞于磁滞于磁滞于磁滞回线的回线的回线的

33、回线的面积面积面积面积。O OHB 磁滞损耗转化为热能，引起铁心磁滞损耗转化为热能，引起铁心磁滞损耗转化为热能，引起铁心磁滞损耗转化为热能，引起铁心发热。发热。发热。发热。减少磁滞损耗的措施：减少磁滞损耗的措施：减少磁滞损耗的措施：减少磁滞损耗的措施：选用选用选用选用磁滞回线狭小磁滞回线狭小磁滞回线狭小磁滞回线狭小的磁性材料制作铁心。变压器和电机中的磁性材料制作铁心。变压器和电机中的磁性材料制作铁心。变压器和电机中的磁性材料制作铁心。变压器和电机中使用的使用的使用的使用的硅钢硅钢硅钢硅钢等材料的磁滞损耗较低。等材料的磁滞损耗较低。等材料的磁滞损耗较低。等材料的磁滞损耗较低。40本讲稿第四十页，

34、共八十七页(2)(2)涡流损耗（涡流损耗（涡流损耗（涡流损耗（P Pe e）涡流损耗涡流损耗涡流损耗涡流损耗:由涡流所产生的功率损耗。由涡流所产生的功率损耗。由涡流所产生的功率损耗。由涡流所产生的功率损耗。涡流涡流涡流涡流：交变磁通在铁心内产生感应电交变磁通在铁心内产生感应电交变磁通在铁心内产生感应电交变磁通在铁心内产生感应电动势和电流，称为涡流。涡流在垂直于动势和电流，称为涡流。涡流在垂直于动势和电流，称为涡流。涡流在垂直于动势和电流，称为涡流。涡流在垂直于磁通的平面内环流。磁通的平面内环流。磁通的平面内环流。磁通的平面内环流。涡流涡流涡流涡流损耗转化为热能，引起铁心发热。损耗转化为热能，引

35、起铁心发热。损耗转化为热能，引起铁心发热。损耗转化为热能，引起铁心发热。减少涡流损耗措施：减少涡流损耗措施：减少涡流损耗措施：减少涡流损耗措施：提高铁心的电阻率。铁心用彼此绝缘提高铁心的电阻率。铁心用彼此绝缘提高铁心的电阻率。铁心用彼此绝缘提高铁心的电阻率。铁心用彼此绝缘的钢片叠成，把涡流限制在较小的截面的钢片叠成，把涡流限制在较小的截面的钢片叠成，把涡流限制在较小的截面的钢片叠成，把涡流限制在较小的截面内。内。内。内。41本讲稿第四十一页，共八十七页42本讲稿第四十二页，共八十七页(U不变，不变，I不变）不变）(I 随随 Rm 变化）变化）（U不变时，不变时，基本不变基本不变）直流磁路直流磁

36、路交流磁路交流磁路磁路磁路小结小结（随随Rm变化）变化）43本讲稿第四十三页，共八十七页思考题1.将一个空心线圈先后接到直流电源和交流电源上，然将一个空心线圈先后接到直流电源和交流电源上，然后在这个线圈中插入铁心，再接到上述的直流电源和后在这个线圈中插入铁心，再接到上述的直流电源和交流电源上。如果交流电源电压的有效值和直流电源交流电源上。如果交流电源电压的有效值和直流电源电压相等，在上述四种情况下，试比较通过线圈的电电压相等，在上述四种情况下，试比较通过线圈的电流和功率的大小，并说明理由。流和功率的大小，并说明理由。2.如果线圈的铁心由彼此绝缘的钢片在垂直磁场方向叠成，是如果线圈的铁心由彼此绝

37、缘的钢片在垂直磁场方向叠成，是否也可以？否也可以？3.铁心线圈中通过直流，是否有铁损？铁心线圈中通过直流，是否有铁损？4.空心线圈的电感是常数，而铁心线圈的电感不是常数，空心线圈的电感是常数，而铁心线圈的电感不是常数，为什么？如果线圈的尺寸、形状和匝数相同，有铁心和为什么？如果线圈的尺寸、形状和匝数相同，有铁心和没有铁心时，哪个电感大？铁心线圈的铁心在达到磁饱没有铁心时，哪个电感大？铁心线圈的铁心在达到磁饱和与尚未达到磁饱和时，哪个电感大？和与尚未达到磁饱和时，哪个电感大？44本讲稿第四十四页，共八十七页作业：6.1.445本讲稿第四十五页，共八十七页6.3 6.3 变压器变压器 变压器是一种

38、常见的电气设备，在电力系统和电子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。线路中应用广泛。变电压：变电压：电力系统电力系统 变阻抗：变阻抗：电子线路中的阻抗匹配电子线路中的阻抗匹配变电流：变电流：电流互感器电流互感器 变压器的主要功能有变压器的主要功能有变压器的主要功能有变压器的主要功能有：在能量传输过程中，当输送功率在能量传输过程中，当输送功率P=UI cos 及负载功及负载功率因数率因数cos 一定时：一定时：电能损耗小电能损耗小节省金属材料（经济）节省金属材料（经济）U I P =I RlI S46本讲稿第四十六页，共八十七页 发电厂发电厂1.05万伏万伏输电线输电线2

39、2万伏万伏升压升压变电站变电站1万伏万伏降压降压降压降压实验室实验室380/220伏伏降压降压仪器仪器36伏伏降压降压 电力工业中常采用高压输电低压配电，实现电力工业中常采用高压输电低压配电，实现节能并保证用电安全。具体如下：节能并保证用电安全。具体如下：47本讲稿第四十七页，共八十七页变压器的结构变压器的结构变压器的磁路变压器的磁路绕组：绕组：一次绕组一次绕组二次绕组二次绕组单相变压器单相变压器+由高导磁硅钢片叠成由高导磁硅钢片叠成厚厚0.35mm 或或 0.5mm铁心铁心变压器的电路变压器的电路变压器的电路变压器的电路一次一次绕组绕组N1二次二次绕组绕组N2铁心铁心48本讲稿第四十八页，共

40、八十七页变压器的分类变压器的分类电压互感器电压互感器 电流互感器电流互感器 按用途分按用途分电力变压器电力变压器(输配电用输配电用)仪用变压器仪用变压器 整流变压器整流变压器 按相数分按相数分三相变压器三相变压器 单相变压器单相变压器 按制造方式按制造方式壳式壳式芯式芯式变压器符号变压器符号49本讲稿第四十九页，共八十七页 单相变压器的结构单相变压器的结构50本讲稿第五十页，共八十七页变压器的结构变压器的结构51本讲稿第五十一页，共八十七页广东东莞荔湾站SFPSZ-180000/220壳式变压器 52本讲稿第五十二页，共八十七页6.3.1 6.3.1 变压器的工作原理变压器的工作原理单相变压器

41、单相变压器+一次一次绕组绕组N1二次二次绕组绕组N2铁心铁心 一次、二次绕组互不相连，能量的传递靠磁耦合。一次、二次绕组互不相连，能量的传递靠磁耦合。一次、二次绕组互不相连，能量的传递靠磁耦合。一次、二次绕组互不相连，能量的传递靠磁耦合。利用两个线圈匝数的比例关系来改变电压的大小利用两个线圈匝数的比例关系来改变电压的大小利用两个线圈匝数的比例关系来改变电压的大小利用两个线圈匝数的比例关系来改变电压的大小53本讲稿第五十三页，共八十七页1.1.空载运行情况空载运行情况一、一、电磁关系电磁关系一次侧接交流电源，一次侧接交流电源，二次侧开路。二次侧开路。+1 i0(i0N1)1空载时，空载时，铁心中

42、主铁心中主磁通磁通 是是由一次绕由一次绕组磁通势组磁通势产生的。产生的。54本讲稿第五十四页，共八十七页2.2.带负载运行情况带负载运行情况一次侧接交流电源，一次侧接交流电源，二次侧二次侧接负载接负载接负载接负载。+1 1i1(i1N1)i1i2(i2N2)2有载时，铁心中有载时，铁心中主磁通主磁通 是是由一由一次、二次绕组磁次、二次绕组磁通势共同产生的通势共同产生的合成磁通。合成磁通。2i2+e2+e 2+u2 Z Z 一、一、电磁关系电磁关系55本讲稿第五十五页，共八十七页 原边接入电源，副边开路。原边接入电源，副边开路。接上接上交流电源交流电源 原边电流原边电流 i1等等 于励于励 磁电

43、流磁电流 i10 产生感应电动势产生感应电动势二、电压变换（空载运行）二、电压变换（空载运行）i10 产生磁通产生磁通（交变）（交变）（方向符合右手定则）方向符合右手定则）56本讲稿第五十六页，共八十七页结论：改变匝数比，就能改变输出电压。结论：改变匝数比，就能改变输出电压。K K为为变比变比原、副边电压关系原、副边电压关系(变电压变电压)根据交流磁路的分析根据交流磁路的分析可得：可得：时时57本讲稿第五十七页，共八十七页三、电流变换（负载运行）三、电流变换（负载运行）Z 副边带负载后对磁路的副边带负载后对磁路的影响：影响：在副边感应电压的在副边感应电压的作用下，副边线圈中有了作用下，副边线圈

44、中有了电流电流 i2。此电流在磁路中此电流在磁路中也会产生磁通，从而影响原边电流也会产生磁通，从而影响原边电流 i1。但当外加电压、频率但当外加电压、频率不变时，铁心中主磁通的最大值在变压器空载或有负载时基不变时，铁心中主磁通的最大值在变压器空载或有负载时基本不变本不变 。带负载后磁动势的平衡关系为：带负载后磁动势的平衡关系为：58本讲稿第五十八页，共八十七页结论：原、副边电流与匝数成反比结论：原、副边电流与匝数成反比 由于变压器铁芯材料的导磁率高、空载励磁电流由于变压器铁芯材料的导磁率高、空载励磁电流 很小，可忽略很小，可忽略。即：。即：原、副边电流关系原、副边电流关系(变电流变电流)59本

45、讲稿第五十九页，共八十七页四、四、阻抗变换阻抗变换由图可知：由图可知：+结论：变压器一次侧的等效阻抗模，为二次侧所结论：变压器一次侧的等效阻抗模，为二次侧所带负载的阻抗模的带负载的阻抗模的K K 2 2 倍倍60本讲稿第六十页，共八十七页阻抗变换举例阻抗变换举例：扬声器上如何得到最大输出功率扬声器上如何得到最大输出功率。RsRL信号源信号源设：设：信号电压的有效值信号电压的有效值:U1=50V;信号内阻：信号内阻：Rs=100 ;负载为扬声器，其等负载为扬声器，其等 效电阻：效电阻：RL=8。求：负载上得到的功率求：负载上得到的功率解：解：（1）将负载直接接到信号源上）将负载直接接到信号源上，

46、得到的输出功，得到的输出功 率为：率为：61本讲稿第六十一页，共八十七页Rs（2）将负载通过变压器接到信号源上。）将负载通过变压器接到信号源上。输出功率为：输出功率为：设变比设变比 则：则：结论：由此例可见加入变压器以后，输出功率提高了结论：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）。件（信号源内、外阻抗差不多相等）。62本讲稿第六十二页，共八十七页五、三相电压的变换五、三相电压的变换ABCXYZabczyx1)1)1)1)三相变压器的结构三相变压器的结构三相变压器的结构三相变压器

47、的结构高压绕组：高压绕组：A-X B-Y C-ZX、Y、Z：尾端：尾端A、B、C：首端首端低压绕组：低压绕组：a-x b-y c-za、b、c：首端：首端x、y、z：尾端：尾端2)2)2)2)三相变压器的联结方式三相变压器的联结方式三相变压器的联结方式三相变压器的联结方式三相配电变压器三相配电变压器动力供电系统（井下照明）动力供电系统（井下照明）高压、超高压供电系统高压、超高压供电系统常用接法常用接法常用接法常用接法:63本讲稿第六十三页，共八十七页（1 1）三相变压器）三相变压器）三相变压器）三相变压器Y/YY/Y0 0联结联结联结联结线电压之比：线电压之比：线电压之比：线电压之比：ACBb

48、ca+64本讲稿第六十四页，共八十七页（2 2）三相变压器）三相变压器）三相变压器）三相变压器Y Y0 0/联结联结联结联结线电压之比：线电压之比：线电压之比：线电压之比：ACBabc+65本讲稿第六十五页，共八十七页1 1）变压器的型号变压器的型号变压器的型号变压器的型号六、六、变压器的铭牌和技术数据变压器的铭牌和技术数据S J L 1000/10 变压器额定容量变压器额定容量(KVA)铝线圈铝线圈 冷却方式冷却方式J:油浸自冷式油浸自冷式F:风冷式风冷式相数相数S:三相三相D:单相单相 高压绕组的额定电压高压绕组的额定电压(KV)66本讲稿第六十六页，共八十七页2 2）额定值额定值额定值额

49、定值 额定电压额定电压额定电压额定电压 U U1N1N、U U2N2N 变压器二次侧开路（空载）时，一次、二次侧绕组允许变压器二次侧开路（空载）时，一次、二次侧绕组允许变压器二次侧开路（空载）时，一次、二次侧绕组允许变压器二次侧开路（空载）时，一次、二次侧绕组允许的电压值的电压值的电压值的电压值单相：单相：U1N，一次侧电压，一次侧电压，U2N，二次侧空载时的电压，二次侧空载时的电压三相：三相：U1N、U2N，一次、二次侧的线电压，一次、二次侧的线电压 额定电流额定电流额定电流额定电流 I I1N1N、I I2N2N 变压器满载运行时，一次、二次侧绕组允许的电流变压器满载运行时，一次、二次侧绕

50、组允许的电流变压器满载运行时，一次、二次侧绕组允许的电流变压器满载运行时，一次、二次侧绕组允许的电流值。值。值。值。单相：一次、二次侧绕组允许的电流值单相：一次、二次侧绕组允许的电流值三相：一次、二次侧绕组线电流三相：一次、二次侧绕组线电流67本讲稿第六十七页，共八十七页 额定容量额定容量额定容量额定容量 S SN N 传送功率的最大能力。传送功率的最大能力。传送功率的最大能力。传送功率的最大能力。单相：单相：三相：三相：容量容量容量容量 S SN N 输出功率输出功率输出功率输出功率 P P2 2 一次侧输入功率一次侧输入功率一次侧输入功率一次侧输入功率 P P1 1 输出功率输出功率输出功