磁路和变压器.pptx

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1、2.2.了解变压器的基本结构、工作原理、运行特性和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；绕组的同极性端，理解变压器额定值的意义；3.3.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 4.了解三相电压的变换方法；了解三相电压的变换方法；本章要求：本章要求：第第3章章 磁路和变压器磁路和变压器5.5.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。1.1.理解磁场的基本物理量的意义，了解磁性材料的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，会分析计算交流铁基本知识及磁路的基

2、本定律，会分析计算交流铁心线圈电路；心线圈电路；第1页/共58页 磁路及其分析方法磁路及其分析方法 磁场的基本物理量磁场的基本物理量1 1 1 1、磁感应强度、磁感应强度、磁感应强度、磁感应强度B B:表示磁场内某点磁场强弱和方向的物理量，是一表示磁场内某点磁场强弱和方向的物理量，是一表示磁场内某点磁场强弱和方向的物理量，是一表示磁场内某点磁场强弱和方向的物理量，是一个矢量。个矢量。个矢量。个矢量。磁感应强度磁感应强度磁感应强度磁感应强度B B的大小的大小的大小的大小:磁感应强度磁感应强度磁感应强度磁感应强度B B的方向的方向的方向的方向:与电流的方向之间符合右手螺旋定则。与电流的方向之间符合

3、右手螺旋定则。与电流的方向之间符合右手螺旋定则。与电流的方向之间符合右手螺旋定则。单位单位单位单位:特斯拉特斯拉特斯拉特斯拉(T T)，1 1 1 1T=1Wb/mT=1Wb/m2 2 均匀磁场均匀磁场均匀磁场均匀磁场:各点磁感应强度大小相等，方向相同的各点磁感应强度大小相等，方向相同的各点磁感应强度大小相等，方向相同的各点磁感应强度大小相等，方向相同的 磁场，也称磁场，也称磁场，也称磁场，也称均匀磁场均匀磁场均匀磁场均匀磁场。第2页/共58页2、磁通磁通 指磁感应强度指磁感应强度B B与垂直于磁场与垂直于磁场方向的面积方向的面积S S的乘积。的乘积。说明说明:如果不是均匀如果不是均匀磁场，则

4、取磁场，则取B B的平均值。的平均值。在在均匀磁场中均匀磁场中 =B S =B S 或或 B=B=/S S 磁感应强度磁感应强度B B在数值上可以看成为与磁场方向在数值上可以看成为与磁场方向垂直的单位面积所通过的磁通垂直的单位面积所通过的磁通,故又称故又称磁通密度磁通密度。单位单位单位单位:韦韦韦韦 伯伯伯伯(WbWb)1Wb=1V 1Wb=1Vs s3、磁场强度磁场强度H H磁场强度磁场强度H H ：计算磁场时引用的一个物理量，是矢计算磁场时引用的一个物理量，是矢量，通过它来确定磁场与电流之间的关系。量，通过它来确定磁场与电流之间的关系。磁场强度磁场强度H H的单位的单位 ：安培安培/米（米

5、（A/mA/m)第3页/共58页真空的磁导率为常数，用真空的磁导率为常数，用 0 0表示，有：表示，有：4、磁导率磁导率磁导率磁导率 ：表示磁场媒质磁性的物理量，衡量物质表示磁场媒质磁性的物理量，衡量物质 的导磁能力的导磁能力。单位：。单位：亨亨/米（米（H/mH/m）相对磁导率相对磁导率 r r：任一种物质的磁导率任一种物质的磁导率 和真空的磁导率和真空的磁导率 0 0的比值的比值。第4页/共58页3.1.2 3.1.2 磁性材料的磁性能磁性材料的磁性能磁性材料的磁性能磁性材料的磁性能1.1.非磁性物质非磁性物质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，几乎非磁性物质分子电

6、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。不受外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常数，有：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 I I 成正比，成正比，呈线性关系。呈线性关系。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：即即 B B与与 H H 成正比，呈线性关系。成正比，呈线性关系。由于由于OOH HB B 0 0 r r 1 1B B=0 0 H H()(I I)第5页/共58页2.2.磁性物质磁性物质 磁性物质内部形成许多小区域，其分子间存在磁性物质内部形成许多小区域

7、，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，称这些小区域为齐，显示磁性，称这些小区域为磁畴磁畴。在外磁场作用下，磁畴方向发生变化，使之与在外磁场作用下，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，称外磁场方向趋于一致，物质整体显示出磁性来，称为磁化。即为磁化。即磁性物质能被磁化。磁性物质能被磁化。磁磁畴畴外外磁磁场场 在没有外磁场作用的普通磁性物质中，各个磁畴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章，磁场互相抵消，整体对外不显磁性。排列杂乱无章，磁场互相抵消，整体对外不显磁性。磁磁畴

8、畴第6页/共58页 磁性材料的磁导率通常都很高，即磁性材料的磁导率通常都很高，即 r r 1 1(如坡如坡莫合金，其莫合金，其 r r 可达可达 2 2 10105 5)。磁性材料磁性材料能被强烈的磁化，能被强烈的磁化，具有很高的导磁性能。具有很高的导磁性能。磁性材料主要指铁、镍、钴及其合金等。磁性材料主要指铁、镍、钴及其合金等。磁性物质的高导磁性被广泛地应用于电工设备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中，如电机、变压器及各种铁磁元件的线圈中都放有铁心。在这种有铁心。在这种具有铁心的线圈中通入不太大的励具有铁心的线圈中通入不太大的励磁电流，便可

9、以产生较大的磁通和磁感应强度。磁电流，便可以产生较大的磁通和磁感应强度。（1 1）高导磁高导磁高导磁高导磁性性性性第7页/共58页（2 2）磁饱和性磁饱和性磁饱和性磁饱和性OOH HB BB B a a b b磁化曲线磁化曲线磁性物质由于磁化所产生的磁化磁场不会随着外磁场的增强而无限的增强。当磁性物质由于磁化所产生的磁化磁场不会随着外磁场的增强而无限的增强。当外磁场增大到一定程度时，磁性物质的全部磁畴的磁场方向都转向与外部磁场方向一外磁场增大到一定程度时，磁性物质的全部磁畴的磁场方向都转向与外部磁场方向一致，磁化磁场的磁感应强度将趋向某一定值。致，磁化磁场的磁感应强度将趋向某一定值。B B-H

10、 H 磁化曲线的特征：磁化曲线的特征：oaoa段：段：B B 与与H H几乎成正比地增加；几乎成正比地增加；abab段：段：B B 的增加缓慢下来；的增加缓慢下来；b b点以后：点以后：B B增加很少，达到饱和。增加很少，达到饱和。有磁性物质存在时，有磁性物质存在时，B B 与与 H H不成不成正比，磁性物质的磁导率正比，磁性物质的磁导率 不是常数，随不是常数，随H H而变。而变。有磁性物质存在时，有磁性物质存在时，与与 I I 不成正比。不成正比。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，实际中通过实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，实际中通过实验得出验得

11、出。第8页/共58页（3 3）磁滞性磁滞性 磁性材料在交变磁场中反复磁磁性材料在交变磁场中反复磁化，其化，其B B-H H关系曲线是一条回形闭关系曲线是一条回形闭合曲线，称为合曲线，称为磁滞回线磁滞回线。磁滞性：磁滞性：磁性材料中磁性材料中磁感应强度磁感应强度B B的变化总是滞后于的变化总是滞后于 外磁场变化的性质。外磁场变化的性质。剩磁感应强度剩磁感应强度B Br r(剩磁剩磁)：当线圈中电流减小到零当线圈中电流减小到零(H H=0)=0)时，铁心中的磁感应强度。时，铁心中的磁感应强度。矫顽磁力矫顽磁力H Hc c：使使 B B=0=0 所需的所需的 H H 值。值。磁滞回线磁滞回线OOH

12、HB BB Br rH Hc c第9页/共58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 a 铸铁铸铁 b b 铸钢铸钢 c c 硅钢片硅钢片OO0.1 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 0.8 0.9 1.0 10103 3H H/(A/m)/(A/m)H H/(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.

13、40.20.2a ab ba ab bc cc c第10页/共58页按磁性物质的磁性能，磁性材料分为三种类型：按磁性物质的磁性能，磁性材料分为三种类型：(1)(1)软磁材料软磁材料 具有较小的矫顽磁力，磁滞回线较窄。具有较小的矫顽磁力，磁滞回线较窄。一般用来一般用来制造电机、电器及变压器等的铁心。常用的有铸铁、制造电机、电器及变压器等的铁心。常用的有铸铁、硅钢、坡莫合金即铁氧体等。硅钢、坡莫合金即铁氧体等。(2)(2)永磁材料永磁材料 具有较大的矫顽磁力，磁滞回线较宽。具有较大的矫顽磁力，磁滞回线较宽。一般用一般用来制造永久磁铁。常用的有碳钢及铁镍铝钴合金等。来制造永久磁铁。常用的有碳钢及铁镍

14、铝钴合金等。(3)(3)矩磁材料矩磁材料 具有较小的矫顽磁力和较大的剩磁，磁滞回线具有较小的矫顽磁力和较大的剩磁，磁滞回线接近矩形，稳定性良好。接近矩形，稳定性良好。在计算机和控制系统中用作在计算机和控制系统中用作记忆元件、开关元件和逻辑元件。常用的有镁锰铁氧记忆元件、开关元件和逻辑元件。常用的有镁锰铁氧体等。体等。第11页/共58页3.1.3 3.1.3 磁路的分析方法磁路的分析方法磁路的分析方法磁路的分析方法1 1、磁路的概念、磁路的概念 在电机、变压器及各种铁磁元件中常用磁性材料在电机、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做成一定形状的铁心。铁

15、心的磁导率比周围空气或其它物质的磁导率高的多，它物质的磁导率高的多，磁通的绝大部分经过铁心形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磁路。成闭合通路，磁通的闭合路径称为磁路。+NIfNSS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第12页/共58页2 2、磁路的欧姆定律、磁路的欧姆定律（分析磁路的基本定律）（分析磁路的基本定律）任意选定一个闭合回线的围绕方向，凡是电流任意选定一个闭合回线的围绕方向，凡是电流任意选定一个闭合回线的围绕方向，凡是电流任意选定一个闭合回线的围绕方向，凡是电流方向与闭合回线围绕方向之间符合右螺旋定则的电方向与闭合回线围绕方向之间符合右螺

16、旋定则的电方向与闭合回线围绕方向之间符合右螺旋定则的电方向与闭合回线围绕方向之间符合右螺旋定则的电流作为正、反之为负。流作为正、反之为负。流作为正、反之为负。流作为正、反之为负。式中：式中：是磁场强度矢量沿任意闭合是磁场强度矢量沿任意闭合 线线(常取磁通作为闭合回线常取磁通作为闭合回线)的线积分；的线积分；I I I I 是穿过闭合回线所围面积的电流的代数和。是穿过闭合回线所围面积的电流的代数和。是穿过闭合回线所围面积的电流的代数和。是穿过闭合回线所围面积的电流的代数和。安培环路定律安培环路定律电流正负的规定电流正负的规定：安培环路定律（全电流定律）安培环路定律（全电流定律）I I1 1H H

17、I I2 2在在均匀磁场中均匀磁场中 Hl=IN Hl=IN 第13页/共58页 例：例：环形线圈如图，其中媒质是均环形线圈如图，其中媒质是均 匀的，磁导率匀的，磁导率为为 ，试计算线圈内部试计算线圈内部 的磁通的磁通 。解：解：根据安培环路定律，有根据安培环路定律，有设磁路的平均长度为设磁路的平均长度为 l l，则有，则有S Sx x H Hx xI IN N匝匝即有：即有：式中：式中：F=NIF=NI 为磁通势，由其产生磁通；为磁通势，由其产生磁通；R Rmm 称为磁阻，表示磁路对磁通的阻碍作用；称为磁阻，表示磁路对磁通的阻碍作用；l l 为磁路的平均长度；为磁路的平均长度；S S 为磁路

18、的截面积。为磁路的截面积。磁路的欧磁路的欧姆定律姆定律第14页/共58页3 3、磁路与电路的比较磁路与电路的比较 磁路磁路磁通势磁通势F F磁通磁通 磁阻磁阻电路电路电动势电动势 E E电流密度电流密度 J J 电阻电阻磁感应强度磁感应强度B B电流电流 I I N NI I+_ _E EI IR R第15页/共58页4 4、磁路分析的特点、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；开磁场的概念；(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

19、漏磁通；时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。由于由于 不是常数，其随励磁电流而变，磁路欧姆定不是常数，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；律不能直接用来计算，只能用于定性分析；(4)(4)在电路中，当在电路中，当 E E=0=0时，时，I I=0=0；但在磁路中，由于有；但在磁路中，由于有剩磁，当剩磁，当 F F=0=0 时，时，不为零不为零；第16页/共58页5 5、磁路的分析计算磁路的分析计算主要任务主要任务:预先选定磁性材料中的磁通预先选定磁性材料中的磁通 (或磁感应或磁感

20、应强度强度)，按照所定的磁通、磁路各段的尺寸和材料，按照所定的磁通、磁路各段的尺寸和材料,求产生预定的磁通所需要的磁通势求产生预定的磁通所需要的磁通势F=NIF=NI ，确定线确定线圈匝数和励磁电流。圈匝数和励磁电流。基本公式基本公式:设磁路由不同材料或不同长度和截面积的设磁路由不同材料或不同长度和截面积的 n n 段组段组成，则基本公式为：成，则基本公式为：即即第17页/共58页基本步骤基本步骤:（由磁通（由磁通 求磁通势求磁通势F=NIF=NI ）(1)(1)求各段磁感应强度求各段磁感应强度 B Bi i 各段磁路截面积不同，通过同一磁通各段磁路截面积不同，通过同一磁通 ，故有：，故有：(

21、2)(2)求各段磁场强度求各段磁场强度 H Hi i 根据各段磁路材料的磁化曲线根据各段磁路材料的磁化曲线 B Bi i=f=f(H Hi i),),求求B B1 1，B B2 2 ，相对应的相对应的 H H1 1，H H2 2 ，。(3)(3)计算各段磁路的磁压降计算各段磁路的磁压降 （H Hi i l li i ）(4)(4)根据下式求出磁通势（根据下式求出磁通势（NINI ）第18页/共58页 交流铁心线圈电路交流铁心线圈电路3.2.1 电磁关系电磁关系 +e e+e e +u uN Ni i（磁通势）主磁通主磁通 ：通过铁心闭合的通过铁心闭合的磁通。磁通。漏磁通漏磁通 ：经过空气或其它

22、经过空气或其它非导磁媒质闭合的磁通。非导磁媒质闭合的磁通。线圈线圈铁心铁心 i i，铁心线圈的漏磁电感铁心线圈的漏磁电感 与与i i不是线性关系。不是线性关系。第19页/共58页3.2.2 电压电流关系电压电流关系根据根据KVL:KVL:+e ee e u uN Ni i式中：式中：R R是线圈导线的电阻是线圈导线的电阻 L L 是漏磁电感是漏磁电感 当当 u u 是正弦电压时是正弦电压时，其它各电压、电流、电动势，其它各电压、电流、电动势可视作正弦量，则电压、电流关系的相量式为：可视作正弦量，则电压、电流关系的相量式为：第20页/共58页设主磁通设主磁通 则则有效值有效值 由于线圈电阻由于线

23、圈电阻 R R 和感抗和感抗X X （或漏磁通（或漏磁通 ）较小，其）较小，其电压降也较小，与主磁电动势电压降也较小，与主磁电动势 E E 相比可忽略，故有相比可忽略，故有式中：式中：B Bmm是是铁心中磁感应强度的最大值，单位铁心中磁感应强度的最大值，单位TT；S S 是铁心截面积，单位是铁心截面积，单位mm2 2。第21页/共58页3.2.3 功率损耗功率损耗 交流铁心线圈的功率损耗主要有铜损和铁损两种。交流铁心线圈的功率损耗主要有铜损和铁损两种。1.1.铜损（铜损（P Pcucu）在交流铁心线圈中在交流铁心线圈中,线圈电阻线圈电阻R R上的功率损耗称铜损，用上的功率损耗称铜损，用 P P

24、cu cu 表示。表示。P Pcu cu=RIRI2 2式中：式中：R R是线圈的电阻；是线圈的电阻；I I 是线圈中电流的有效值。是线圈中电流的有效值。2.2.铁损（铁损（P PFeFe）在交流铁心线圈中，处于交变磁通下的铁心内在交流铁心线圈中，处于交变磁通下的铁心内的功率损耗称铁损，用的功率损耗称铁损，用 P PFeFe 表示。表示。铁损由磁滞和涡流产生。铁损由磁滞和涡流产生。+u ui i第22页/共58页（1 1）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：单位体积内的磁

25、滞损耗正比于磁滞回线的面积和磁单位体积内的磁滞损耗正比于磁滞回线的面积和磁场交变的频率场交变的频率 f f。OOH HB B 磁滞损耗转化为热能，引起铁心发热。磁滞损耗转化为热能，引起铁心发热。减少磁滞损耗的措施：减少磁滞损耗的措施：选用磁滞回线狭小的磁性材料制作铁心。变压器和电机中使用的硅钢等材料的选用磁滞回线狭小的磁性材料制作铁心。变压器和电机中使用的硅钢等材料的磁滞损耗较低。磁滞损耗较低。设计时应适当选择值以减小铁心饱和程度。设计时应适当选择值以减小铁心饱和程度。第23页/共58页(2)(2)涡流损耗（涡流损耗（P Pe e）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

26、耗。涡流涡流：交变磁通在铁心内产生感应电动势和电流，交变磁通在铁心内产生感应电动势和电流，称为涡流。涡流在垂直于磁通的平面内环流。称为涡流。涡流在垂直于磁通的平面内环流。涡流涡流损耗转化为热能，引起铁心发热损耗转化为热能，引起铁心发热。减少涡流损耗措施：减少涡流损耗措施：提高铁心的电阻率。铁心用彼此绝缘的钢片叠提高铁心的电阻率。铁心用彼此绝缘的钢片叠成，把涡流限制在较小的截面内。成，把涡流限制在较小的截面内。铁心线圈交流电路的有功功率为：铁心线圈交流电路的有功功率为：第24页/共58页 先将实际铁心线圈的线圈电阻先将实际铁心线圈的线圈电阻R R、漏磁感抗、漏磁感抗X X 分分出，得到用理想铁心

27、线圈表示的电路；出，得到用理想铁心线圈表示的电路；+u ui iR RX X +u uR Ru u 实际铁心线圈电路实际铁心线圈电路理想铁心线圈电路理想铁心线圈电路线圈电阻线圈电阻漏磁感抗漏磁感抗 +e ee e u ui i3.2.4 等效电路等效电路 用一个不含铁心的交流电路来等效替代铁心线圈用一个不含铁心的交流电路来等效替代铁心线圈交流电路。交流电路。等效条件：等效条件：在同样电压作用下，功率、电流及各在同样电压作用下，功率、电流及各量之间的相位关系保持不变。量之间的相位关系保持不变。第25页/共58页理想铁心线圈的等效电路理想铁心线圈的等效电路 理想铁心线圈有能量的损耗和储放，可用具有

28、电理想铁心线圈有能量的损耗和储放，可用具有电阻阻R R0 0和感抗和感抗X X0 0串联的电路等效。串联的电路等效。+u ui iR RX X +u uR Ru u X X0 0 R R0 0 式中：式中：P PFeFe为铁损，为铁损，QQFeFe为铁心储放能量的无功功率。为铁心储放能量的无功功率。故有：故有：+e ee e u u理想铁心线圈的等效电路理想铁心线圈的等效电路 理想铁心线圈有能量的损耗和储放，可用具有电理想铁心线圈有能量的损耗和储放，可用具有电阻阻R R0 0和感抗和感抗X X0 0串联的电路等效。其中：电阻串联的电路等效。其中：电阻R R0 0是和铁是和铁心能量损耗心能量损耗

29、(铁损铁损)相应的等效电阻，感抗相应的等效电阻，感抗X X0 0是和铁心是和铁心能量储放相应的等效感抗。其参数为：能量储放相应的等效感抗。其参数为：等效电路等效电路第26页/共58页 例例1:1:有一交流铁心线圈，电源电压有一交流铁心线圈，电源电压 U U=220 V=220 V电路中电路中电流电流 I I=4 A=4 A，功率表读数，功率表读数P P=100W=100W，频率，频率f f=50Hz=50Hz，漏磁，漏磁通和线圈电阻上的电压降可忽略不计，试求通和线圈电阻上的电压降可忽略不计，试求:(1):(1)铁心线铁心线圈的功率因数；（圈的功率因数；（2 2）铁心线圈的等效电阻和感抗。）铁心

30、线圈的等效电阻和感抗。解解:(1)(1)(2)(2)铁心线圈的等效阻抗模为铁心线圈的等效阻抗模为等效电阻为等效电阻为等效感抗为等效感抗为第27页/共58页 变压器变压器 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。变电压：电力系统 变阻抗：电子线路中的阻抗匹配变电流：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：变压器的工作原理变压器符号变压器符号第28页/共58页变压器的结构变压器的结构第29页/共58页变压器的结构变压器的磁路绕组：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厚0.35mm 或 0.5

31、mm铁心变压器的电路变压器的电路一次绕组N1二次绕组N2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。第30页/共58页(1)空载运行情况空载运行情况1.1.电磁关系电磁关系电磁关系电磁关系一次侧接交流电源，二次侧开路。+1 i0(i0N1)1空载时，铁心中主磁通 是由一次绕组磁通势产生的。第31页/共58页(2)带负载运行情带负载运行情况况1.1.电磁关系电磁关系电磁关系电磁关系一次侧接交流电源，二次侧接负载接负载。+1 1i1(i1N1)i1i2(i2N2)2有载时，铁心中主磁通 是由一次、二次绕组磁通势共同产生的合成磁通。2i2+e2+e

32、2+u2 Z Z 第32页/共58页2.2.电压变换电压变换电压变换电压变换（设加正弦交流电压）（设加正弦交流电压）（设加正弦交流电压）（设加正弦交流电压）有效值:同 理：主磁通按正弦规律变化，设为主磁通按正弦规律变化，设为 则则(1)(1)一次、二次侧主磁通感应电动势一次、二次侧主磁通感应电动势第33页/共58页根据KVL：变压器一次侧等效电路如图 由于电阻 R1 和感抗 X X1 1(或漏磁通)较小,其两端的电压也较小,与主磁电动势 E1 1比较可忽略不计，则+(2)(2)一次、二次侧电压一次、二次侧电压式中式中 R R1 1 为为一次侧绕组的电阻绕组的电阻;X X1 1=L L 1 1

33、为为一次侧绕组的感抗绕组的感抗(漏磁感抗，由漏漏磁感抗，由漏磁产生磁产生)。第34页/共58页（匝比）（匝比）K K为变比为变比对二次侧，对二次侧，根据KVL：结论：改变匝数比，就能改变输出电压。式中式中 R R2 2 为为二次二次绕组的电阻绕组的电阻;X X2 2=L L 2 2 为为二次二次绕组的感抗；绕组的感抗；为为二次二次绕组的端电压。绕组的端电压。变压器空载时变压器空载时:+u u2 2+i i1 1i i2 2+e e2 2+e e 2 2式中式中U U2020为变压器空载电压。为变压器空载电压。故有故有第35页/共58页三相电压的变换三相电压的变换三相电压的变换三相电压的变换AB

34、CXYZabczyx1)1)三相变压器的结构三相变压器的结构高压绕组：A-X B-Y C-ZX、Y、Z：尾端A、B、C：首端低压绕组：a-x b-y c-za、b、c：首端x、y、z：尾端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联结方式联结方式：高压绕组接法低压绕组接法三相配电变压器动力供电系统（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:第36页/共58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：ACBbca+第37页/共58页（2 2）三相变压器）

35、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：ACBabc+第38页/共58页3.3.电流变换电流变换电流变换电流变换(一次、二次侧电流关系一次、二次侧电流关系)有载运行有载运行 可见，铁心中主磁通的最大值可见，铁心中主磁通的最大值 mm在变压器空载在变压器空载和有载时近似保持不变。即有和有载时近似保持不变。即有 不论变压器空载还是不论变压器空载还是有载，一次绕组上的阻有载，一次绕组上的阻抗压降均可忽略，故有抗压降均可忽略，故有由上式，若由上式，若U U1 1、f f 不变，则不变，则 m m 基本不变，近于常数。基本不变，近于常数。空载空载：有载：有

36、载：+|Z|+第39页/共58页一般情况下：I0 (23)%I1N 很小可忽略。或结论：一次、二次侧电流与匝数成反比。或：1.1.提供产生提供产生 mm的磁势的磁势2.2.提供用于补偿提供用于补偿 作用作用 的磁势的磁势磁势平衡式：磁势平衡式：空载磁势有载磁势第40页/共58页4.4.阻抗变换阻抗变换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，为二次侧所带负载的阻抗模的K 2 倍。+第41页/共58页 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、二次侧变压器二次侧开路（空载）时，一次、二次侧绕组允许的电压值绕组允许的电压值单相：单

37、相：U U1N 1N，一次侧电压，一次侧电压，U U2N2N，二次侧空载时的电压，二次侧空载时的电压三相：三相：U U1N1N、U U2N2N，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 I I1N1N、I I2N2N 变压器满载运行时，一次、二次侧绕组允许的变压器满载运行时，一次、二次侧绕组允许的电流值。电流值。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5.5.变压器额定值变压器额定值变压器额定值变压器额定值第42页/共58页 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

38、能力。单相：单相：三相：三相：容量容量 S SN N 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 P P1 1 输出功率输出功率 P P2 2注意：变压器几个功率的关系（单相）注意：变压器几个功率的关系（单相）效率效率容量：一次侧输入功率：输出功率：变压器运行变压器运行时的功率取时的功率取决于负载的决于负载的性质性质第43页/共58页 变压器的外特性变压器的外特性 当一次侧电压当一次侧电压 U U1和负载功率因数和负载功率因数 coscos 2保持保持不变不变时，时，二次侧输出电压二次侧输出电压 U U2和输出电流和输出电流 I I2的关系，的关系，U U2=f f(I I2

39、)。U U2020：一次侧加额定电：一次侧加额定电压、二次侧开路时，二压、二次侧开路时，二次侧的输出电压。次侧的输出电压。一般供电系统希望要硬特性（随一般供电系统希望要硬特性（随I I2 2的变化，的变化，U U2 2 变化变化不大），电压变化率约在不大），电压变化率约在5%5%左右。左右。电压变化率：电压变化率：coscos 2=0.8=0.8(感性）感性）U2I2U20I2Ncoscos 2=1=1O第44页/共58页 变压器的效率变压器的效率()变压器的损耗包括两部分：变压器的损耗包括两部分：铜损铜损 (P PCuCu)：绕组导线电阻的损耗。绕组导线电阻的损耗。涡流损耗：交变磁通在铁心中

40、产生的感涡流损耗：交变磁通在铁心中产生的感 应电流应电流(涡流涡流)造成的损耗。造成的损耗。磁滞损耗：磁滞现象引起铁心发热，造磁滞损耗：磁滞现象引起铁心发热，造 成的损耗。成的损耗。铁损铁损(P PFeFe)：变压器的效率为变压器的效率为一般一般 95959595%,负载为额定负载的负载为额定负载的(50(50(50(5075)%75)%时，时，最大。最大。输出功率输出功率输入功率输入功率第45页/共58页 当电流流入当电流流入(或流出）两个线圈时，若产生的磁通方或流出）两个线圈时，若产生的磁通方向相同，则两个流入向相同，则两个流入(或流出）端称为同极性端。或流出）端称为同极性端。AXax A

41、X Xax1.1.同极性端同极性端 (同名端同名端 )或者说，当铁心中磁通变化时，在两线圈中产生的或者说，当铁心中磁通变化时，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。感应电动势极性相同的两端为同极性端。同极性端用“”表示。增加+同极性端同极性端和绕组的绕和绕组的绕向有关。向有关。变压器绕组的极性变压器绕组的极性 第46页/共58页联接 23 变压器原一次侧有两个额定电压为变压器原一次侧有两个额定电压为 110V 110V 的绕组：的绕组：2.2.线圈的接法线圈的接法1324 1324 联接 13，2 4当电源电压为220V时：+电源电压为110V时：第47页/共58页问题：问题：如

42、果两绕组的极性端接错，结果如何？如果两绕组的极性端接错，结果如何？结论：结论：在同极性端不明确时，一定要先测定同极性端在同极性端不明确时，一定要先测定同极性端 再通电。再通电。答：有可能烧毁变压器答：有可能烧毁变压器两个线圈中的磁通抵消原因：电流 很大烧毁变压器烧毁变压器感应电势1324 +第48页/共58页使用时，改变滑动端的位置，便可得到不同的输出电使用时，改变滑动端的位置，便可得到不同的输出电压。实验室中用的调压器就是根据此原理制作的。压。实验室中用的调压器就是根据此原理制作的。注注意：一次、二次侧千万不能对调使用，意：一次、二次侧千万不能对调使用，以防变压器损以防变压器损坏。因为坏。因

43、为N N变小时，磁通增大，电流会迅速增加。变小时，磁通增大，电流会迅速增加。特殊变压器特殊变压器1.1.1.1.自耦变压器自耦变压器自耦变压器自耦变压器ABP+第49页/共58页电流表被测电流=电流表读数 N2/N1二次侧不能开路，二次侧不能开路，以防产生高电压；以防产生高电压；2.2.铁心、低压绕组的铁心、低压绕组的 一端接地，以防在一端接地，以防在 绝缘损坏时，在二绝缘损坏时，在二次侧出现过压。次侧出现过压。使用注意事项：使用注意事项：2.2.2.2.电流互感器电流互感器电流互感器电流互感器实现用低量程的电流表测量大电流。实现用低量程的电流表测量大电流。（被测电流）N N1 1（匝数少（匝

44、数少）N N2 2（匝数多（匝数多）ARi1i2第50页/共58页 电磁铁电磁铁1.1.概述概述 电磁铁是利用通电的铁心线圈吸引衔铁或保电磁铁是利用通电的铁心线圈吸引衔铁或保持某种机械零件、工件于固定位置的一种电器。持某种机械零件、工件于固定位置的一种电器。当电源断开时电磁铁的磁性消失，衔铁或其它零当电源断开时电磁铁的磁性消失，衔铁或其它零件即被释放。电磁铁衔铁的动作可使其它机械装件即被释放。电磁铁衔铁的动作可使其它机械装置发生联动。置发生联动。根据使用电源类型分为：根据使用电源类型分为：直流电磁铁：直流电磁铁：用直流电源励磁用直流电源励磁交流电磁铁：交流电磁铁：用交流电源励磁用交流电源励磁第

45、51页/共58页2.2.基本结构基本结构 电磁铁由线圈、铁心及衔铁三部分组成，常见的电磁铁由线圈、铁心及衔铁三部分组成，常见的结构如图所示。结构如图所示。铁心铁心衔铁衔铁衔铁衔铁有时是机械零件、工件有时是机械零件、工件充当衔铁充当衔铁F FF FF FF F线圈线圈线圈线圈衔铁衔铁铁心铁心线圈线圈铁心铁心第52页/共58页3.3.电磁铁吸力的计算电磁铁吸力的计算 电磁铁吸力的大小与气隙的截面积电磁铁吸力的大小与气隙的截面积S S0 0及气隙中的及气隙中的磁感应强度磁感应强度B B0 0的平方成正比。基本公式如下：的平方成正比。基本公式如下：式中：式中：B B0 0 的单位是特的单位是特 斯拉斯

46、拉；S S0 0 的单位是平方米；的单位是平方米；F F 的单位是牛的单位是牛 顿顿（N N）。）。直流电磁铁的吸力：直流电磁铁的吸力：直流电磁铁的吸力依据上述基本公式直接求取。直流电磁铁的吸力依据上述基本公式直接求取。第53页/共58页交流电磁铁的吸力：交流电磁铁的吸力：交流电磁铁中磁场是交变的，设交流电磁铁中磁场是交变的，设则则 吸力瞬时值为吸力瞬时值为:式中：式中：为吸力的最大值。为吸力的最大值。吸力的波形吸力的波形:吸力平均值为吸力平均值为:t tF Fmmf fO第54页/共58页(1)(1)交流电磁铁的吸力在零与最大值之间交流电磁铁的吸力在零与最大值之间脉动。衔铁以两倍电源频率在颤

47、动，引起噪脉动。衔铁以两倍电源频率在颤动，引起噪音，同时触点容易损坏。音，同时触点容易损坏。为了消除这种现象为了消除这种现象，在磁极的部分端面上套一个分磁环（或称，在磁极的部分端面上套一个分磁环（或称短路环），工作时，在分磁环中产生感应电短路环），工作时，在分磁环中产生感应电流，其阻碍磁通的变化，在磁极端面两部分流，其阻碍磁通的变化，在磁极端面两部分中的磁通中的磁通 1 1 和和 2 2 之间产生相位差，应该之间产生相位差，应该两部分的吸力不同时为零，实现消除振动和两部分的吸力不同时为零，实现消除振动和噪音，如图所示。而直流电磁铁吸力恒定不噪音，如图所示。而直流电磁铁吸力恒定不变；变；综合上述

48、：综合上述：1 1 2 2(2)(2)交流电磁铁中交流电磁铁中,为了减少铁损，铁心由钢片叠成；为了减少铁损，铁心由钢片叠成；直流电磁铁的磁通不变，无铁损，铁心用整块软钢制成；直流电磁铁的磁通不变，无铁损，铁心用整块软钢制成；第55页/共58页 (4)(4)直流电磁铁的励磁电流仅与线圈电阻有关，直流电磁铁的励磁电流仅与线圈电阻有关，在吸合过程中，励磁电流不变。在吸合过程中，励磁电流不变。(3)(3)在交流电磁铁中，在交流电磁铁中，线圈电流不仅与线圈电阻有线圈电流不仅与线圈电阻有关，主要的还与线圈感抗有关关，主要的还与线圈感抗有关。在其吸合过程中，随。在其吸合过程中，随着着磁路气隙的减小磁路气隙的

49、减小，线圈感抗增大线圈感抗增大，电流减小电流减小。如果。如果衔铁被卡住，通电后衔铁吸合不上，线圈感抗一直很衔铁被卡住，通电后衔铁吸合不上，线圈感抗一直很小，电流较大，将使线圈严重发热甚至烧毁；小，电流较大，将使线圈严重发热甚至烧毁；4.4.电磁铁的应用电磁铁的应用 电磁铁在生产中获得广泛应用。其主要应用原电磁铁在生产中获得广泛应用。其主要应用原理是：理是：用电磁铁衔铁的动作带动其他机械装置运动，用电磁铁衔铁的动作带动其他机械装置运动，产生机械连动，实现控制要求。产生机械连动，实现控制要求。第56页/共58页应用实例应用实例 图示为应用电磁铁实现制动机床或起重机电图示为应用电磁铁实现制动机床或起重机电动机的基本结构，其中电动机和制动轮同轴。原动机的基本结构，其中电动机和制动轮同轴。原理如下：理如下：M3 抱闸抱闸制动轮制动轮弹弹簧簧电电磁磁铁铁通通电电电磁铁电磁铁动作动作拉开拉开弹簧弹簧抱闸抱闸提起提起松开松开制动轮制动轮 电机电机转动转动断断电电电磁铁电磁铁释放释放弹簧弹簧收缩收缩抱闸抱闸抱紧抱紧抱紧抱紧制动轮制动轮 电机电机制动制动启动过程：启动过程：制动过程：制动过程：第57页/共58页感谢您的观看！第58页/共58页