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1、 探讨磁路问题是探讨局限于确定路径内的磁场问探讨磁路问题是探讨局限于确定路径内的磁场问题，因此磁场的各个物理量也适用于磁路。磁路主要题，因此磁场的各个物理量也适用于磁路。磁路主要是由具有良好导磁实力的材料构成的。是由具有良好导磁实力的材料构成的。5.1 磁路磁路一、磁场的基本物理量一、磁场的基本物理量1.磁感应强度磁感应强度 B 单位：单位：单位：单位：T T 特斯拉特斯拉特斯拉特斯拉表示磁场内某点的磁场强弱和方向的物理量，是一个表示磁场内某点的磁场强弱和方向的物理量，是一个矢量矢量磁感应线上每一点的切线方向即为该点的磁场方向，磁感应线上每一点的切线方向即为该点的磁场方向，磁感应线的方向与产生
2、该磁场的电流方向符合右螺旋定则。磁感应线的方向与产生该磁场的电流方向符合右螺旋定则。B=A在数值上是与磁场方向垂直的单位面积上通过的磁通。在数值上是与磁场方向垂直的单位面积上通过的磁通。B又称为又称为磁通密度磁通密度磁通磁通 单位：单位：单位：单位：WbWb表示通过表示通过A截面积的磁感应线数。截面积的磁感应线数。一、磁场的基本物理量一、磁场的基本物理量2.磁场强度磁场强度 H 矢量矢量 方向与方向与B相同相同H代表电流本身所产生磁场的强弱，代表电流本身所产生磁场的强弱，反映电流励磁实力与介质性质无关。反映电流励磁实力与介质性质无关。B代表电流及介质被磁化代表电流及介质被磁化后所产生总磁场的强
3、弱后所产生总磁场的强弱 真空真空磁导率磁导率 0 0=4=41010 7 7 HH/m m （亨（亨（亨（亨/米）米）米）米）=HB B磁导率磁导率单位（亨单位（亨单位（亨单位（亨/米）米）米）米）单位：单位：单位：单位：A/mA/m若磁场内各点的若磁场内各点的 B 大小相等，方向相同则称为匀整磁场大小相等，方向相同则称为匀整磁场二、物质的磁性能二、物质的磁性能二、物质的磁性能二、物质的磁性能1.高导磁性高导磁性磁性物质的磁性能磁性物质的磁性能磁性物质的磁性能磁性物质的磁性能物质物质非磁性物质非磁性物质磁性物质或铁磁物质磁性物质或铁磁物质顺磁性物质顺磁性物质反磁性物质反磁性物质 略略大于大于
4、0 0 略略小于小于 0 0按磁导率按磁导率 0 主磁通主磁通 L漏磁通漏磁通ui 磁路磁路相对相对磁导率磁导率 r=/0 对于铁对于铁磁材料磁材料 r=102 105小电流产生强磁场；小电流产生强磁场；绝大部分磁通集中绝大部分磁通集中在由磁性物质所限在由磁性物质所限定的空间内。定的空间内。二、物质的磁性能二、物质的磁性能二、物质的磁性能二、物质的磁性能2.磁饱和性磁饱和性B-Hbca 不是常数不是常数 a b-B与与H成正比增加成正比增加b c-B随随H增加变缓增加变缓c 以后部分以后部分-B基本不随基本不随H增加增加 =HB B磁导率磁导率BH初始磁化曲线初始磁化曲线03.磁滞性磁滞性Hm
5、HmBrHCBHBr HCB Br r剩磁强度剩磁强度-H H=0=0保留的保留的B BHC矫顽磁力矫顽磁力-使使B B=0=0的的H H磁磁性性物物质质硬磁物质硬磁物质Br、HC都大都大软磁物质软磁物质Br、HC都小都小矩磁物质矩磁物质Br大大、HC小小磁滞回线磁滞回线三、磁路欧姆定律三、磁路欧姆定律 lUI F=NI 磁通势磁通势F=RmRm 磁阻：与长度成正磁阻：与长度成正比，与磁路截面积和磁比，与磁路截面积和磁导率成反比。导率成反比。lUI 5.2 5.2 5.2 5.2 铁心线圈电路铁心线圈电路铁心线圈电路铁心线圈电路(电磁铁）电磁铁）电磁铁）电磁铁）一、直流一、直流铁心线圈电路铁心
6、线圈电路 UI=RP=UI=I2R探讨铁心线圈的电压与电探讨铁心线圈的电压与电流之间的关系及其消耗的流之间的关系及其消耗的功率，电磁吸力。功率，电磁吸力。直流磁通直流磁通R线圈的电阻线圈的电阻 lUI 衔铁衔铁直流电磁铁直流电磁铁SSNNF铁心铁心励磁线圈励磁线圈线圈通电产线圈通电产生电磁吸力生电磁吸力Fd dte=N d S dteS=N uFm=iN uR=iR(主磁通主磁通)S(漏磁通漏磁通)由由KVL：u=iR e eS ees SNui 磁通势磁通势5.2 5.2 5.2 5.2 铁心线圈电路铁心线圈电路铁心线圈电路铁心线圈电路二、沟通铁心线圈电路二、沟通铁心线圈电路1、电压电流关系
7、、电压电流关系5.2 5.2 5.2 5.2 铁心线圈电路铁心线圈电路铁心线圈电路铁心线圈电路ees SNui 设设 =msin te=N mcos t=Emsin(t-90)Em=N m=2 f N m=EE =f N m2 =4.44 f N m 二、沟通铁心线圈电路二、沟通铁心线圈电路1、电压电流关系、电压电流关系d dte=N 5.2 5.2 5.2 5.2 铁心线圈电路铁心线圈电路铁心线圈电路铁心线圈电路ees SNui E=4.44 f N m 二、沟通铁心线圈电路二、沟通铁心线圈电路1、电压电流关系、电压电流关系E=j4.44f mN N S LS=i漏电抗漏电抗漏电感漏电感X=
8、2 f LSU=E+（R+j X）I=E+ZI U=E若忽视漏阻抗若忽视漏阻抗结论：当结论：当U和和f确定时，沟通铁心线圈的确定时，沟通铁心线圈的 m基本不变基本不变 m=U4.44 f Ne=Emsin(t-90)=msin t 铁心损耗铁心损耗ees sNui 2、功率、功率S=UIQ=UIsin P=UIcos 铜损铜损Pcu=I2RPFe=Ph+Pe有功功率：有功功率：磁滞损耗磁滞损耗涡流损耗涡流损耗磁滞损耗和磁滞回线所包围的面积成正比磁滞损耗和磁滞回线所包围的面积成正比硅钢片硅钢片 损耗损耗=铜损铜损+铁损铁损线圈发热，线圈发热，铁心发热。铁心发热。lui衔铁衔铁交流电磁铁交流电磁铁
9、F电磁吸力大小是随时间变更的，电磁吸力大小是随时间变更的，F是平均值。是平均值。因为因为U和和f确定，沟通铁心线圈的确定，沟通铁心线圈的 m基本不变，所以基本不变，所以F基基本不变。但吸和前磁阻大，吸和后磁阻小，因此吸和前本不变。但吸和前磁阻大，吸和后磁阻小，因此吸和前磁通势比吸和后大，即励磁电流在吸和前大，吸和后小。磁通势比吸和后大，即励磁电流在吸和前大，吸和后小。一般启动电流比工作电流大几倍到十几倍。一般启动电流比工作电流大几倍到十几倍。磁路欧姆定律：磁路欧姆定律：磁通势磁通势=磁通与磁阻的积磁通与磁阻的积按用途分按用途分:电力变压器，特种用途变压器。电力变压器，特种用途变压器。按相数分按
10、相数分:单相、三相变压器。单相、三相变压器。按绕组数分按绕组数分:双绕组、多绕组及自耦变压器。双绕组、多绕组及自耦变压器。变压器是变换各种沟通电压的电器。它是利变压器是变换各种沟通电压的电器。它是利用电磁感应定律并通过磁路的耦合作用用电磁感应定律并通过磁路的耦合作用,把某一把某一个数量级的沟通电压，变换成同频率的另一个数个数量级的沟通电压，变换成同频率的另一个数量级的沟通电压的能量变换装置。量级的沟通电压的能量变换装置。一、分类一、分类5.4 变压器的基本结构变压器的基本结构变压器铁心变压器铁心:硅钢片叠压而成。硅钢片叠压而成。铁心铁心线圈线圈二、构造二、构造壳式变压器壳式变压器心式变压器心式
11、变压器铁心铁心线圈线圈变压器绕组变压器绕组:高强度漆包线绕制而成。高强度漆包线绕制而成。其它部件其它部件:冷却装置、爱护装置等。冷却装置、爱护装置等。5.3 变压器的工作原理变压器的工作原理一、空载运行及变压原理一、空载运行及变压原理e1es1 s1N1u1AXd dte1=-=-N1d S1 dteS1=-=-N1d dte2=-=-N2 N2e2u20axSZL一次绕组一次绕组二次绕组二次绕组原边原边副边副边 s1N1N2AXax AXax图形符号图形符号U1=E1 E2 E1U1 U20=U1U20=kN1N2一、空载运行及变压原理一、空载运行及变压原理U20=E2 I0U1U20E1E
12、2 4.44 f N1 m 4.44 f N2 mN1N2=E2 U20E1 U1 ES1 结论结论 变比变比U1U20=kN1N2例如变压器铭牌上例如变压器铭牌上10000/230V指变压器在空载指变压器在空载运行时凹凸压绕组的额定电压比运行时凹凸压绕组的额定电压比一次绕组接一次绕组接10000V，低压绕组为二次绕组，低压绕组为二次绕组，空载电压为空载电压为230V，降压降压。匝数多的绕组工作电压高，称为高压绕组。匝数多的绕组工作电压高，称为高压绕组。匝数少的绕组工作电压低，称为低压绕组。匝数少的绕组工作电压低，称为低压绕组。aSZL负载运行负载运行 s1N1N2AXx I1E2 U2 E1
13、 U1 ES1 s2I2u1i1N1 S1(漏磁通漏磁通)eS1i1R1 (主磁通主磁通)e1,e2 i2i2N2 ZLi2N2 2(对对 起阻碍作用起阻碍作用)S2(漏磁通漏磁通)eS2电流在绕组的漏阻抗上产生压降电流在绕组的漏阻抗上产生压降。为保持主磁通为保持主磁通 不变不变,只有增大电流只有增大电流 i1(空载空载电流电流i0)U1+-+E1Z1I1U2+-+E2Z2I2ZLI2kZLU2U1I1Z1E变压器的外特性变压器的外特性cos =0.8cos =1变压器的外特性变压器的外特性 U2=f(I2)在一次绕组的电压在一次绕组的电压U1和负载的功率因数不变的状况下，和负载的功率因数不变
14、的状况下，U2与与I2的关系，称为的关系，称为0U2 I2 U20(2 3)%U2随随I2变更的程度，用电压调整率（电压变更率）表示变更的程度，用电压调整率（电压变更率）表示U2：满载（电流等于额定电流）电压：满载（电流等于额定电流）电压U2N：额定电压（空载电压：额定电压（空载电压U20）U%=U2NU2U2N100%感性感性例例 有一台额定电压为有一台额定电压为10000/230V的变压的变压 器，接在器，接在10000V的沟通电源上向一感性负载供电，电压调整的沟通电源上向一感性负载供电，电压调整率为率为0.03，试求变压器的电压比及空载和满载时的，试求变压器的电压比及空载和满载时的二次电
15、压。二次电压。解：解：U1U20=kN1N2k=10000/230=43.5U20=230V U%=U2NU2U2N100%U2=223VaSZLN1I1=N2 I2N1I1+N2 I2=N1I0 N1I1+N2 I2=0 N1I1=N2 I2二、变流原理二、变流原理 s1N1N2AXx I1E2 U2 E1 U1 ES1 s2I2I1I2 =N2N11 k(I0 小小)结论结论产生主磁通产生主磁通 的的磁通势磁通势有效值有效值I0=I1N(2.5)空载空载电流电流I0当当U和和f确定时，沟确定时，沟通铁心线圈的通铁心线圈的 m基基本不变本不变I1I2 =N2N11 k高压绕组的电流数值小，低
16、压绕组的电流数值大高压绕组的电流数值小，低压绕组的电流数值大变压器铭牌上额定电流变压器铭牌上额定电流I1N/I2N,单位单位AI2ZL=U1I1三、变阻抗原理及阻抗匹配三、变阻抗原理及阻抗匹配kZLU2U1I1Z0ZL=U2I2ZL=kU2I2/k=k 2 U2I2=k 2 ZLZL=k 2 ZLE结论结论可利用变压器可利用变压器进行阻抗匹配进行阻抗匹配例：已知例：已知E=120VE=120V，内阻，内阻R0=800R0=800，R=8R=8。（1 1）当将负载干脆与信号源联接时，信号源输出多大的）当将负载干脆与信号源联接时，信号源输出多大的功率；功率；RR0E+解：（解：（1）P=ER R0
17、 0+R R2R R=0.176W（2 2）为使负载获得最大的功率，折算到原边的为使负载获得最大的功率，折算到原边的等效电阻等效电阻R R L L=R R0 0，求求k和信号源输出的功率和信号源输出的功率kRR0RLE+解：（解：（2）k=N1N2=R R L LR R=10信号源输出的功率信号源输出的功率P=ER R0 0+R R L L2R R L L=4.5WZL=k 2 ZLE E=120V=120V，内阻，内阻R R0 0=800=800，R R=8=8 I2I1=I22R四、功率传递（关系）四、功率传递（关系）损耗损耗 P=P1 P2=PCu+PFePCu=I1 R1+I2 R22
18、 2 效率效率P2 P1 =100%P2+PCu+PFeP2 =100%N=(80 99)%变压器铭牌上给出变压器的额定容量即为额变压器铭牌上给出变压器的额定容量即为额定视在功率，通常定视在功率，通常SN=U2N I2N=U1N I1N变压器从电源输入的有功功率为变压器从电源输入的有功功率为 P1=U1 I1cos 1向负载输出的有功功率为向负载输出的有功功率为P2=U2 I2cos 2PFe=Ph+Pe在规定的负载功率因数下满载在规定的负载功率因数下满载运行时的效率称为额定效率。运行时的效率称为额定效率。例例 有一台额定容量有一台额定容量50kVA、额定电压、额定电压3300/220V的的
19、变压变压 器，高压绕组为器，高压绕组为6000匝，试求：（匝，试求：（1）低压绕组匝）低压绕组匝 数；（数；（2）高压边低压边额定电流；（）高压边低压边额定电流；（3）当原边保持额）当原边保持额 定电压不变，副边达到额定电流，输出功率定电压不变，副边达到额定电流，输出功率39kW，cos 2=0.8时的副边端电压时的副边端电压U2。解：解：N2=N1U2NU1N=40060002203300=（3）P=U2I2Ncos 2I2N=k I1N=600040015.1=227API2N cos 2U2=391032270.8=215VSNU1N（2）I1N=15.1 A=501033300（1）若
20、此时变压器的铜损若此时变压器的铜损PCu=400W，铁损铁损PFe=300W那那么此时变压器的效率为多少？么此时变压器的效率为多少？P1=P损耗损耗+P2=PCu+PFe+P2=39000+300+400=39700P2 P1 =100%=98%5.5 自耦变压器自耦变压器U1N1N2U2ZLI1I2IU1U2=N1N2=kI1I2N2N1=1k1.1.工作原理工作原理工作原理工作原理某某对对称三相称三相负载负载，每相，每相负载负载的的电电阻阻为为4，感抗，感抗为为3，三角形接于星形，三角形接于星形联结联结的的对对称三相称三相电电源上，已知源上，已知电电源相源相电压为电压为220V。求：求：1.各相各相电电流，流，线电线电流；流；2.负载负载消耗的有功功率。消耗的有功功率。