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1、电工技术磁路与变压器第1页，本讲稿共66页一、一、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铁磁材料做成一在电机、变压器及各种铁磁元件中常用铁磁材料做成一在电机、变压器及各种铁磁元件中常用铁磁材料做成一在电机、变压器及各种铁磁元件中常用铁磁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定形状的铁心。铁心的磁导率比周围空气或其它物质的磁定形状的铁心。铁心的磁导率比周围空气或其它物质的磁定形状的铁心。铁心的磁导率比周围空气或其它物质的磁导率高的多，导率高的多，导率高的多，导率高的多，磁通的绝大部分经过铁心形成闭合通路，磁通的绝大部分经过铁心形成闭合通路，磁通的绝大部分经
2、过铁心形成闭合通路，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。磁通的闭合路径称为磁路。磁通的闭合路径称为磁路。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71 磁路的基本知识磁路的基本知识磁路分为直流磁路和交流磁路。磁路分为直流磁路和交流磁路。第2页，本讲稿共66页二、二、磁场的基本物理量磁场的基本物理量1、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。表示磁场内某点磁场强弱和方向的物理量。表示磁场内某点磁场强弱和方向的物理量。表示磁场内某点磁场
3、强弱和方向的物理量。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:单位正电荷在磁场中以单位速度沿单位正电荷在磁场中以单位速度沿单位正电荷在磁场中以单位速度沿单位正电荷在磁场中以单位速度沿与磁场垂直方向运动时所受的最大磁场力。与磁场垂直方向运动时所受的最大磁场力。与磁场垂直方向运动时所受的最大磁场力。与磁场垂直方向运动时所受的最大磁场力。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。磁感应强度磁感应强度磁感应强
4、度磁感应强度B B的单位的单位的单位的单位: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，也称匀强磁场匀强磁场匀强磁场匀强磁场。第3页，本讲稿共66页2、磁通磁通磁通磁通磁通磁通磁通磁通 ：穿过垂直于穿过垂直于穿过垂直于穿过垂直于B B方向的面积方向的面积方向的面积方向的面积S S中的磁力线总数。中的磁力线总数。中的磁力线总数。中的磁力线总数。如果不
5、是均匀如果不是均匀如果不是均匀如果不是均匀磁场，则磁场，则磁场，则磁场，则在在在在均匀磁场中均匀磁场中均匀磁场中均匀磁场中 =B S =B S 或或或或 B=B=/S S 磁感应强度磁感应强度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垂直的单位在数值上可以看成为与磁场方向垂直的单位在数值上可以看成为与磁场方向垂直的单位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面积所通过的磁通面积所通过的磁通面积所通过的磁通,故又称故又称故又称故又称磁通密度磁通密度磁通密度磁通密度。磁通磁通磁通磁通 的单位的单位的单位的单位:韦韦韦韦 伯伯伯伯(WbWb)1Wb=1V 1Wb=1Vs s
6、3、磁导率、磁导率表示物质导磁性能的物理量表示物质导磁性能的物理量。真空中的磁导率真空中的磁导率0=410-7H/m.相对磁导率相对磁导率r=/0单位：亨单位：亨/米米 H/m第4页，本讲稿共66页4、磁场强度磁场强度磁场强度磁场强度磁场强度磁场强度HH ：介质中某点的磁感应强度介质中某点的磁感应强度介质中某点的磁感应强度介质中某点的磁感应强度 B B 与介质与介质与介质与介质 磁导率磁导率磁导率磁导率 之比。之比。之比。之比。磁场强度磁场强度磁场强度磁场强度HH的单位的单位的单位的单位 ：安培安培安培安培/米（米（米（米（A/mA/m)三、铁磁材料三、铁磁材料根据导磁性能的好坏，自然界的物质
7、可分两类：铁根据导磁性能的好坏，自然界的物质可分两类：铁磁性的材料，如铁、钴、镍、钢等；另一类为非铁磁性的材料，如铁、钴、镍、钢等；另一类为非铁磁性的材料，如铜、铝、纸、空气等。磁性的材料，如铜、铝、纸、空气等。第5页，本讲稿共66页1 1 1 1、磁导率高、磁导率高、磁导率高、磁导率高 铁磁材料内部形成许多小区域，其分子间存在的一种特殊铁磁材料内部形成许多小区域，其分子间存在的一种特殊铁磁材料内部形成许多小区域，其分子间存在的一种特殊铁磁材料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，称的作用力使每一区域内的分子磁场排列整齐，显示磁性，称的作用
8、力使每一区域内的分子磁场排列整齐，显示磁性，称的作用力使每一区域内的分子磁场排列整齐，显示磁性，称这些小区域为磁畴。这些小区域为磁畴。这些小区域为磁畴。这些小区域为磁畴。在外磁场作用下，磁畴方向发生变化，使之与外磁场方向在外磁场作用下，磁畴方向发生变化，使之与外磁场方向在外磁场作用下，磁畴方向发生变化，使之与外磁场方向在外磁场作用下，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。即趋于一致，物质整体显示出磁性来，称为磁化。即趋于一致，物质整体显示出磁性来，称为磁化。即趋于一致，物质整体显示出磁性来，称为磁化。即铁磁材料铁磁材料铁磁材料铁磁材料能被磁化。能被磁化。能
9、被磁化。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铁磁材料中，各个磁畴排列杂乱在没有外磁场作用的普通铁磁材料中，各个磁畴排列杂乱在没有外磁场作用的普通铁磁材料中，各个磁畴排列杂乱在没有外磁场作用的普通铁磁材料中，各个磁畴排列杂乱无章，磁场互相抵消，整体对外不显磁性。无章，磁场互相抵消，整体对外不显磁性。无章，磁场互相抵消，整体对外不显磁性。无章，磁场互相抵消，整体对外不显磁性。磁磁磁磁畴畴畴畴铁磁材料的特点铁磁材料的特点第6页，本讲稿共66页 铁磁材料的磁导率通常都很高，即铁磁材料的磁导率通常都很高，即铁磁材料的磁导率通常都很高，即铁磁材料的磁导率通常都很高，即
10、 r r 1 1(如坡莫如坡莫如坡莫如坡莫合金，其合金，其合金，其合金，其 r r 可达可达可达可达 2 2 10105 5)。铁磁材料铁磁材料铁磁材料铁磁材料能被强烈的磁化，能被强烈的磁化，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。具有很高的导磁性能。具有很高的导磁性能。铁磁材料的高导磁性被广泛地应用于电工设备中，铁磁材料的高导磁性被广泛地应用于电工设备中，铁磁材料的高导磁性被广泛地应用于电工设备中，铁磁材料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心。如电机、变压器及各种铁磁元件的线圈中都放有铁心。如电机、变压器及各种铁磁
11、元件的线圈中都放有铁心。如电机、变压器及各种铁磁元件的线圈中都放有铁心。在这种在这种在这种在这种具有铁心的线圈中通入不太大的励磁电流，便具有铁心的线圈中通入不太大的励磁电流，便具有铁心的线圈中通入不太大的励磁电流，便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。可以产生较大的磁通和磁感应强度。可以产生较大的磁通和磁感应强度。可以产生较大的磁通和磁感应强度。非铁磁材料没有磁畴结构，所以不具有磁化结构。非铁磁材料没有磁畴结构，所以不具有磁化结构。第7页，本讲稿共66页2、磁饱和性磁饱和性B BJ J 磁场内铁磁材料的磁化磁场磁场内铁磁材料的磁化磁场磁场内铁磁材料的磁化磁场
12、磁场内铁磁材料的磁化磁场 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 磁场内不存在铁磁材料时的磁场内不存在铁磁材料时的磁场内不存在铁磁材料时的磁场内不存在铁磁材料时的 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。O OHHB BB B0 0B BJ JB B a a b b磁化曲线磁化曲线磁化曲线磁化曲线铁磁材料由于磁化所产生
13、的磁化磁场不会随着外磁铁磁材料由于磁化所产生的磁化磁场不会随着外磁铁磁材料由于磁化所产生的磁化磁场不会随着外磁铁磁材料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，场的增强而无限的增强。当外磁场增大到一定程度时，场的增强而无限的增强。当外磁场增大到一定程度时，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磁性物质的全部磁畴的磁场方向都转向与外部磁场方向磁性物质的全部磁畴的磁场方向都转向与外部磁场方向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。如图。一致，磁化磁场
14、的磁感应强度将趋向某一定值。如图。一致，磁化磁场的磁感应强度将趋向某一定值。如图。一致，磁化磁场的磁感应强度将趋向某一定值。如图。第8页，本讲稿共66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；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 0
15、B BJ JB B a a b b 有铁磁材料存在时，有铁磁材料存在时，有铁磁材料存在时，有铁磁材料存在时，B B 与与与与 HH不成不成不成不成正比，铁磁材料的磁导率正比，铁磁材料的磁导率正比，铁磁材料的磁导率正比，铁磁材料的磁导率 不是常数，不是常数，不是常数，不是常数，随随随随HH而变。而变。而变。而变。有铁磁材料存在时，有铁磁材料存在时，有铁磁材料存在时，有铁磁材料存在时，与与与与 I I 不成不成不成不成正比。正比。正比。正比。铁磁材料的磁化曲线在磁路计算上铁磁材料的磁化曲线在磁路计算上铁磁材料的磁化曲线在磁路计算上铁磁材料的磁化曲线在磁路计算上极为重要，其为非线性曲线，实际中极为重
16、要，其为非线性曲线，实际中极为重要，其为非线性曲线，实际中极为重要，其为非线性曲线，实际中通过实验得出通过实验得出通过实验得出通过实验得出。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第9页，本讲稿共66页3 3、磁滞性磁滞性 铁磁材料在交变磁场中反复磁化，其铁磁材料在交变磁场中反复磁化，其铁磁材料在交变磁场中反复磁化，其铁磁材料在交变磁场中反复磁化，其B B-HH关系曲线是关系曲线是关系曲线是关系曲线是一条回形闭合曲线，称为一条回形闭合曲线，称为一条回形闭合曲线，称为一条回形闭合曲线，称为磁滞回线磁滞回线磁滞回线磁滞回线。磁滞
17、性：磁滞性：磁滞性：磁滞性：铁磁材料中铁磁材料中铁磁材料中铁磁材料中磁感应强度磁感应强度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。外磁场变化的性质。外磁场变化的性质。磁滞回线磁滞回线磁滞回线磁滞回线剩磁感应强度剩磁感应强度剩磁感应强度剩磁感应强度B Br r(剩磁剩磁剩磁剩磁)：当线圈中电流减小到零当线圈中电流减小到零当线圈中电流减小到零当线圈中电流减小到零(HH=0)=0)时，时，时，时，铁心中的磁感应强度。铁心中的磁感应强度。铁心中的磁感应强度。铁心中的磁感应强度。矫顽磁力矫顽磁力矫顽磁力矫顽磁力HHc
18、c：使使使使 B B=0=0 所需的所需的所需的所需的 H H 值。值。值。值。铁磁材料不同，其磁滞回线铁磁材料不同，其磁滞回线铁磁材料不同，其磁滞回线铁磁材料不同，其磁滞回线和磁化曲线也不同。和磁化曲线也不同。和磁化曲线也不同。和磁化曲线也不同。O OHHB B+B+Br rHHc c+Hm-Hm-Hc+Bm-Br-Bm第10页，本讲稿共66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 铸铁铸铁铸铁铸铁 b b 铸钢铸钢铸钢铸钢 c c 硅钢硅钢硅钢硅钢片片片片O O0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7
19、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 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 c第11页，本讲稿共66页按铁磁材料的磁性能，铁磁材料分为三种类型：按铁磁材料的磁性能，铁磁材料分为三种类型：按铁磁材料的磁性能，铁磁材料分为三种类型：按铁磁材料的磁性能，铁
20、磁材料分为三种类型：(1)(1)软磁材料软磁材料软磁材料软磁材料 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。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。一般用来制造一般用来制造一般用来制造一般用来制造电机、电器及变压器等的铁心。常用的有铸铁、硅钢、电机、电器及变压器等的铁心。常用的有铸铁、硅钢、电机、电器及变压器等的铁心。常用的有铸铁、硅钢、电机、电器及变压器等的铁心。常用的有铸铁、硅钢、坡莫合金、铁氧体等。坡莫合金、铁氧体等。坡莫合金、铁氧体等。坡莫合金、铁氧体等。(2)(2)永磁材料永磁材料永磁材料永磁材料 具有较大的矫顽磁力，磁滞回线较宽
21、。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。具有较大的矫顽磁力，磁滞回线较宽。一般用来制一般用来制一般用来制一般用来制造永久磁铁。常用的有碳钢及铁镍铝钴合金等。造永久磁铁。常用的有碳钢及铁镍铝钴合金等。造永久磁铁。常用的有碳钢及铁镍铝钴合金等。造永久磁铁。常用的有碳钢及铁镍铝钴合金等。(3)(3)矩磁材料矩磁材料矩磁材料矩磁材料 具有较小的矫顽磁力和较大的剩磁，磁滞回线接近矩具有较小的矫顽磁力和较大的剩磁，磁滞回线接近矩具有较小的矫顽磁力和较大的剩磁，磁滞回线接近矩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。形，稳定性良好。形，稳定性良好。形，稳定性
22、良好。在计算机和控制系统中用作记忆元件、在计算机和控制系统中用作记忆元件、在计算机和控制系统中用作记忆元件、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。常用的有镁锰铁氧体等。开关元件和逻辑元件。常用的有镁锰铁氧体等。开关元件和逻辑元件。常用的有镁锰铁氧体等。开关元件和逻辑元件。常用的有镁锰铁氧体等。第12页，本讲稿共66页四、四、磁路欧姆定律磁路欧姆定律磁路的欧姆定律是分析磁路的基本定律磁路的欧姆定律是分析磁路的基本定律磁路的欧姆定律是分析磁路的基本定律磁路的欧姆定律是分析磁路的基本定律 环形线圈如图，其中介质是均环形线圈如图，其中介质是均环形线圈如图，其中介质是均环形线圈如图，其中
23、介质是均 匀的，磁导率匀的，磁导率匀的，磁导率匀的，磁导率为为为为 ，试计算线圈内部试计算线圈内部试计算线圈内部试计算线圈内部 的磁通的磁通的磁通的磁通 。解：解：解：解：根据安培环路定律，有根据安培环路定律，有根据安培环路定律，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设磁路的平均长度为设磁路的平均长度为 l l，则有，则有，则有，则有1.1.引例引例引例引例S Sx x HHx xI IN N匝匝匝匝即有：即有：即有：即有：第13页，本讲稿共66页式中：式中：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；为磁通势，由其产生磁通；为磁通势，由其
24、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；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；为磁路的平均长度；为磁路的平均长度；S S 为磁路的截面积。为磁路的截面积。为磁路的截面积。为磁路的截面积。2.2.磁路的欧姆定律磁路的欧姆定律磁路的欧姆定律磁路的欧姆定律 若某磁路的磁通为若某磁路的磁通为若某磁路的磁通为若某磁路的磁通为 ，磁通势为磁通势为磁通势为磁通势为F F ，磁阻为，磁阻为，磁阻为，磁阻为R Rmm，则，则，则，则此即此即此即此即磁路的欧姆定律。磁路的欧姆定律。磁
25、路的欧姆定律。磁路的欧姆定律。当磁路中含有空气隙时，由于其磁阻较大，要得到相等当磁路中含有空气隙时，由于其磁阻较大，要得到相等当磁路中含有空气隙时，由于其磁阻较大，要得到相等当磁路中含有空气隙时，由于其磁阻较大，要得到相等的磁感应强度，必须增大励磁电流（设线圈匝数一定）。的磁感应强度，必须增大励磁电流（设线圈匝数一定）。的磁感应强度，必须增大励磁电流（设线圈匝数一定）。的磁感应强度，必须增大励磁电流（设线圈匝数一定）。第14页，本讲稿共66页3.3.磁路与电路的比较磁路与电路的比较磁路与电路的比较磁路与电路的比较 磁路磁路磁路磁路磁通势磁通势磁通势磁通势F F磁通磁通磁通磁通 磁阻磁阻磁阻磁阻
26、电路电路电路电路电动势电动势电动势电动势 E E电流密度电流密度电流密度电流密度 J J 电阻电阻电阻电阻磁感应强度磁感应强度磁感应强度磁感应强度B B电流电流电流电流 I I N NI I+_ _E EI IR R第15页，本讲稿共66页在计算磁路时，往往是预先给定铁芯中磁通在计算磁路时，往往是预先给定铁芯中磁通或磁感应强度或磁感应强度B B，然后根据所给的磁路及各段磁路的尺寸和材料来计算产生然后根据所给的磁路及各段磁路的尺寸和材料来计算产生预定的磁通所需的磁通势预定的磁通所需的磁通势F=IN。但是由于铁磁材料的磁导率。但是由于铁磁材料的磁导率不是常数，它随励磁电流而改变，因此不能直接利用不
27、是常数，它随励磁电流而改变，因此不能直接利用F=R Rm m来计算磁通势来计算磁通势F。实际上在计算磁路时，要用磁场强度实际上在计算磁路时，要用磁场强度H来计算来计算均匀磁路均匀磁路如果磁路是由几段不同材料组成，即磁路是由几段磁阻不同如果磁路是由几段不同材料组成，即磁路是由几段磁阻不同的材料串联而成，那么的材料串联而成，那么计算磁路的基本公式计算磁路的基本公式式中：式中：称为各段磁路的磁压降。称为各段磁路的磁压降。第16页，本讲稿共66页如：继电器的磁路，由三段串联而成如：继电器的磁路，由三段串联而成0如果已知磁通如果已知磁通和各段的材料及尺寸，求磁通势如下和各段的材料及尺寸，求磁通势如下（1
28、）首先求出各段磁路的磁感应强度）首先求出各段磁路的磁感应强度B：（2）根据各段材料的磁化曲线）根据各段材料的磁化曲线B=f（H）找出相应的找出相应的H1、H2，对于空气隙，对于空气隙，磁场强度磁场强度 H0=B0/0（3）计算各段磁路的磁压降）计算各段磁路的磁压降Hl（4）求出磁通势）求出磁通势 IN=H1l1+H2l2+H0B1=/s/s1 1 B B2 2=/s/s2 2 B B0 0=/s/s1 1第17页，本讲稿共66页例例 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，铁心材料为铸钢。磁路中含有一空气隙，其长度等，铁心材料为铸钢。磁路中含有一空气
29、隙，其长度等于于0.2cm。设线圈中通有。设线圈中通有1A的电流，如要得到的电流，如要得到0.9T的的磁感应强度，试求线圈的匝数。磁感应强度，试求线圈的匝数。解：解：磁路的平均长度为磁路的平均长度为从铸钢的磁化曲线可查出：当从铸钢的磁化曲线可查出：当B=0.9T时，时，H=500A/m,于是于是空气隙中的磁场强度为空气隙中的磁场强度为则有则有 总磁通势为总磁通势为线圈匝数为线圈匝数为可见，当磁路中含有空气隙的时候，由于其磁阻较大，磁通可见，当磁路中含有空气隙的时候，由于其磁阻较大，磁通势差不多都用在空气隙上面。势差不多都用在空气隙上面。第18页，本讲稿共66页7-2 交流铁心线圈电路交流铁心线
30、圈电路一、一、电磁关系电磁关系 +e e+e e +u uN Ni i（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 ：经过空气或其它经过空气或其它经过空气或其它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。非导磁媒质闭合的磁通。非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 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。根据根据根据根据KVL:KVL:式中：式中：式中：式中：R R是线圈导线的是线圈导线的是线圈导线的是线圈导线的电阻电阻电阻电阻
31、 第19页，本讲稿共66页 对于漏磁通，主要不经过铁心，所以励磁电流对于漏磁通，主要不经过铁心，所以励磁电流i与与之间可认为成线性关系，铁心线圈的漏磁电感之间可认为成线性关系，铁心线圈的漏磁电感 但是主磁通通过铁心，所以但是主磁通通过铁心，所以i与与之间不存在线性关系。之间不存在线性关系。铁心线圈的主磁电感铁心线圈的主磁电感L L不是常数，它随励磁电流而变化。因不是常数，它随励磁电流而变化。因此铁心线圈是一个非线性元件。此铁心线圈是一个非线性元件。根据根据根据根据KVL:KVL:式中：式中：式中：式中：R R是线圈导是线圈导是线圈导是线圈导线的电阻线的电阻线的电阻线的电阻 当当u是正弦电压时，
32、式中各量可视作正弦量，有是正弦电压时，式中各量可视作正弦量，有漏磁感应电动势漏磁感应电动势漏磁感抗漏磁感抗第20页，本讲稿共66页设主磁通设主磁通设主磁通设主磁通 则则则则有效值有效值有效值有效值 由于线圈电阻由于线圈电阻由于线圈电阻由于线圈电阻 R R 和感抗和感抗和感抗和感抗X X （或漏磁通（或漏磁通（或漏磁通（或漏磁通 ）较小，其电）较小，其电）较小，其电）较小，其电压降也较小，与主磁电动势压降也较小，与主磁电动势压降也较小，与主磁电动势压降也较小，与主磁电动势 E E 相比可忽略，故有相比可忽略，故有相比可忽略，故有相比可忽略，故有式中：式中：式中：式中：B Bmm是是是是铁心中磁感
33、应强度的最大值，单位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，单位是铁心截面积，单位是铁心截面积，单位mm2 2。主磁感应电动势的计算主磁感应电动势的计算第21页，本讲稿共66页二、功率损耗二、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。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（铜损（铜损（P PCuCu）在交流铁心线圈中在交流铁心线圈中在交流铁心线圈中在交流铁心线圈中,线圈电阻线圈
34、电阻线圈电阻线圈电阻R R上的功率损耗称铜损，用上的功率损耗称铜损，用上的功率损耗称铜损，用上的功率损耗称铜损，用 P PCu Cu 表示。表示。表示。表示。P PCu Cu=RIRI2 2式中：式中：式中：式中：R R是线圈的电阻；是线圈的电阻；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。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（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的功在交流铁心线圈中，处于交变磁通下的铁心内的功在交流铁心线圈中，处于交变磁通下的铁心内的功在交流铁心线圈中，处于交变磁通下的铁心内的功率损
35、耗称铁损，用率损耗称铁损，用率损耗称铁损，用率损耗称铁损，用 P PFeFe 表示。表示。表示。表示。铁损由磁滞和涡流产生。铁损由磁滞和涡流产生。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，本讲稿共66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正比于磁滞单位体积内的磁滞损耗正比于磁滞单位体
36、积内的磁滞损耗正比于磁滞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回线的面积和磁场交变的频率回线的面积和磁场交变的频率回线的面积和磁场交变的频率 f f。O OHHB B 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：选用磁滞回线狭小的铁磁材料制作铁心。变压器和电机中使选用磁滞回线狭小的铁磁材料制作铁心。变压器和电机中使选用磁滞回线狭小的铁磁材料制作铁心。变压器和电机中使选用磁滞回线狭小的铁磁材料制作铁心。变压器
37、和电机中使用的硅钢等材料的磁滞损耗较低。用的硅钢等材料的磁滞损耗较低。用的硅钢等材料的磁滞损耗较低。用的硅钢等材料的磁滞损耗较低。第23页，本讲稿共66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
38、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。铁心线圈交流电路的有功功率为：铁
39、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：铁心线圈交流电路的有功功率为：第24页，本讲稿共66页7-3 变压器的结构和工作原理变压器的结构和工作原理 变压器是利用电磁感应原理传输电能或信号的器件，在变压器是利用电磁感应原理传输电能或信号的器件，在电力系统和电子线路中应用广泛。电力系统和电子线路中应用广泛。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
40、负载功率及负载功率因数因数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 S第25页，本讲稿共66页 电力工业中常采用高压输电低压配电，实现节能并保电力工业中常采用高压输电低压配电，实现节能并保电力工业中常采用高压输电低压配电，实现节能并保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：证用电安全。具体如下：证用电安全。具体如下：证用电安全。具体如下：发电厂发电厂10.5kV输电线输电线220kV升压升压仪器仪器36V降压降压工业或民用工业或民用380/220V降压降压变电站变电站 10kV降压降压降压降压第26
41、页，本讲稿共66页一、变压器的结构一、变压器的结构变压器的磁路变压器的磁路绕组：绕组：绕组：绕组：一次绕组一次绕组一次绕组一次绕组二次绕组二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铁心铁心第27页，本讲稿共66页变压器的结构变压器的结构第28页，本讲稿共66页变压器的分类变压器的分类电压互感器电压互感器电压互感器电压互感器 电流互感器电流互感器电流互感器电流互感器 按用途分按用途分按用途分按用途分电力变压器电力变压器电力变压器
42、电力变压器 (输配电用输配电用输配电用输配电用)仪用变压器仪用变压器仪用变压器仪用变压器 整流变压器整流变压器整流变压器整流变压器 按相数分按相数分按相数分按相数分三相变压器三相变压器三相变压器三相变压器 单相变压器单相变压器单相变压器单相变压器 按制造方式按制造方式按制造方式按制造方式壳式壳式壳式壳式心式心式心式心式变压器符号变压器符号变压器符号变压器符号第29页，本讲稿共66页二、二、二、二、变压器的工作原理变压器的工作原理单相变压器单相变压器+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
43、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，本讲稿共66页1、空载运行情况空载运行情况一次侧接交流电源，二一次侧接交流电源，二次侧开路。次侧开路。+1 i0(i0N1)空载时，空载时，铁心中主铁心中主磁通磁通 是是由由一次绕组一次绕组磁通势产磁通势产生的。生的。第31页，本讲稿共66页根据根据KVL：变压器一次侧等效电路如图变压器一次侧等效电路如图 由于电阻由于电阻 R1 和感抗和感抗 X X1 1(或漏磁通或漏磁通)较小较小,其两端的电其两端的电压也较小压也较小,与主磁电动势与主磁电动势 E1 1比较可忽略不计，则比较可忽略不计，则+(1)(1)
44、一次、二次侧电压一次、二次侧电压一次、二次侧电压一次、二次侧电压式中式中式中式中 R R1 1 为为为为一次侧一次侧绕组的电阻绕组的电阻绕组的电阻绕组的电阻;第32页，本讲稿共66页有效值有效值:同同 理：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 则则则则(2)(2)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，本讲稿共66页（匝比）（匝比）（匝比）（匝比）K K为为为为变比变比变比变比对二次侧，对二次侧，对二次侧，对二次侧，根据根据KVL：结论：改变
45、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。式中式中式中式中 R R2 2 为为为为二次二次二次二次绕组的电阻绕组的电阻绕组的电阻绕组的电阻;变压器空载时变压器空载时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式中式中式中式中U U2020为变压器空载电压。为变压器空载电压。为变压器空载电压。为变压器空载电压。故有故有故有故有第34页，本讲稿共66页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 i1(i1N1)i1i2(i2N2)有载时，铁心有载时，铁心中主磁
46、通中主磁通 是是由由一次、二次绕组一次、二次绕组磁通势共同产生磁通势共同产生的合成磁通。的合成磁通。2i2+e2+e 2+u2 Z Z 2 21 1第35页，本讲稿共66页有载运行有载运行有载运行有载运行 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在变压器空载和有在变压器空载和有在变压器空载和有在变压器空载和有载时近似保持不变。即有载时近似保持不变。即有载时近似保持不变。即有载时近似保持不变。即有 不论变压器空载还是有不论变压器空载还是有不论变压器空载还是有不论变压器空载还是有载，一次绕组上的阻抗压载，一次绕组上的阻抗压载，一
47、次绕组上的阻抗压载，一次绕组上的阻抗压降均可忽略，故有降均可忽略，故有降均可忽略，故有降均可忽略，故有由上式，若由上式，若由上式，若由上式，若U U1 1、f f 不变，则不变，则不变，则不变，则 m m 基本不变，近于常数。基本不变，近于常数。基本不变，近于常数。基本不变，近于常数。空载空载空载空载：有载：有载：有载：有载：+|Z|+第36页，本讲稿共66页一般情况下：一般情况下：I0 (23)%I1很小可很小可忽忽略。略。或或结论：一次、二次侧电流与匝数成反比。结论：一次、二次侧电流与匝数成反比。或：或：1 1.提供产生提供产生提供产生提供产生 mm的磁通势的磁通势的磁通势的磁通势2 2.
48、提供用于补偿提供用于补偿提供用于补偿提供用于补偿 作用作用作用作用 的磁通势的磁通势的磁通势的磁通势磁磁磁磁通通通通势平衡式：势平衡式：势平衡式：势平衡式：空载磁通势空载磁通势有载磁通势有载磁通势第37页，本讲稿共66页3 3、阻抗变换作用阻抗变换作用阻抗变换作用阻抗变换作用由图可知：由图可知：由图可知：由图可知：结论：结论：变压器一次侧的等效阻抗模，为二次侧所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 2 倍。倍。+第38页，本讲稿共66页(1)(1)变压器的匝数比应为变压器的匝数比应为变压器的匝数比应为变压器的匝数比应为：信号源信号源R0RL+R R0 0+解解
49、解解:例例例例1:1:如图，交流信号源的电动势如图，交流信号源的电动势 E=120V，内阻，内阻 R 0=800，负负载为扬声器，其等效电阻为载为扬声器，其等效电阻为RL=8。要求。要求:（1）当）当RL折折算到原边的等效电阻算到原边的等效电阻 时，时，求变压器的匝数比和信号源输出求变压器的匝数比和信号源输出的功率；（的功率；（2）当将负载直接与）当将负载直接与信号源联接时信号源联接时,信号源输出多大信号源输出多大功率？功率？第39页，本讲稿共66页信号源的输出功率：信号源的输出功率：信号源的输出功率：信号源的输出功率：电子线路中，常利用阻抗匹配实现最大输出功率。电子线路中，常利用阻抗匹配实现
50、最大输出功率。电子线路中，常利用阻抗匹配实现最大输出功率。电子线路中，常利用阻抗匹配实现最大输出功率。结论：接入变压器以后，输出功率大大提高。结论：接入变压器以后，输出功率大大提高。结论：接入变压器以后，输出功率大大提高。结论：接入变压器以后，输出功率大大提高。原因：原因：原因：原因：满足了最大功率输出的条件：满足了最大功率输出的条件：满足了最大功率输出的条件：满足了最大功率输出的条件：（2）将负载直接接到信号源上时）将负载直接接到信号源上时）将负载直接接到信号源上时）将负载直接接到信号源上时，输出功率输出功率输出功率输出功率为：为：第40页，本讲稿共66页1 1、额定电压额定电压额定电压额定