磁路及其分析方法.pptx

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1、12.2.了解变压器的基本结构、工作原理、运行特性和绕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；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和原、副绕组常用的连接了解三相电压的变换方法和原、副绕组常用的连接 方式；方式；本章要求：第第6章章 磁路与铁心线圈电路磁路与铁心线圈电路1.1.理解磁场的基本物理量的意义，了解磁性材料的基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本知识及磁路的基本定律，会分析计算交流

2、铁心线圈电路；圈电路；第1页/共64页26.1 磁路及其分析方法磁路及其分析方法1 1 1 1 磁感应强度磁感应强度磁感应强度磁感应强度: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,磁感应强度是矢量磁感应强度是矢量,用用 B B 表示。表示。磁感应强度的大小磁感应强度的大小:用该点磁场作用于用该点磁场作用于1m1m长长,通有通有 1A1A 电流且垂直于电流且垂直于该磁场的导体上的力该磁场的导体上的力 F F 来衡量，即来衡量，即 B B=F F/(l I)l I)。磁感应强度的方向磁感应强度的方向:电流产生的磁场电流产生的磁场,B B 的方向用右手螺旋定则确定；的

3、方向用右手螺旋定则确定；6.1.1 磁场的基本物理量:磁感应强度、磁感应强度、磁通、磁通、磁场强度、磁导率等。磁场强度、磁导率等。永久磁铁磁场，在磁铁外部，永久磁铁磁场，在磁铁外部，B B 的方向由的方向由N N极到极到S S极。极。第2页/共64页32 2 磁通磁通磁通磁通磁通：磁通：磁感应强度磁感应强度 B B与垂直与该磁场方向的面积与垂直与该磁场方向的面积S S的的 乘积，称为通过该面积的乘积，称为通过该面积的磁通磁通，用，用 表示表示,即即 =BS =BS 或或 B=B=/S/S 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 磁场，也称磁场，也

4、称匀强磁场匀强磁场。磁感应强度的单位磁感应强度的单位:国际单位制国际单位制:特特 斯拉斯拉(T T)T T=Wb/mWb/m2 2 (韦伯韦伯/米米2 2)电磁制单位电磁制单位:高斯高斯(GsGs)1T=101T=104 4 GsGs 磁感应强度磁感应强度在数值上可以看成为与磁场方向垂直的单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位面积所通过的磁通,故又称故又称磁通密度磁通密度。简称。简称磁密磁密。第3页/共64页4磁通的单位：磁通的单位：3 3 3 3 磁场强度磁场强度磁场强度磁场强度H H ：计算磁场时所引用的一个物理量。计算磁场时所引用的一个物理量。国际单位制国际单位制:韦

5、韦 伯伯(WbWb)WbWb=伏伏 秒秒电磁制单位电磁制单位:麦克斯韦麦克斯韦(MxMx)1Wb=101Wb=108 8 Mx Mx 借助磁场强度建立了借助磁场强度建立了磁场与产生该磁场与产生该磁场的电流之间的关系。磁场的电流之间的关系。磁场强度方向与产生磁场的电流方向之磁场强度方向与产生磁场的电流方向之间符合右手螺旋定则。间符合右手螺旋定则。I IH H单位：单位：国际单位制国际单位制:安每米（安每米（A/mA/m)电磁制单位电磁制单位:奥斯特奥斯特（OOe e）1 A/m=41 A/m=41010-8-8 OeOe第4页/共64页5 真空的磁导率为常数，用真空的磁导率为常数，用 0 0表示

6、，有：表示，有：4 4 磁导率磁导率磁导率磁导率磁导率：磁导率：表示磁场媒质磁性的物理量，衡量物质的导表示磁场媒质磁性的物理量，衡量物质的导 磁能力磁能力,用符号用符号 表示。表示。、B B、H H的关系为的关系为相对磁导率：相对磁导率：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的比的比值，用值，用 r r 表示表示。磁导率的单位：亨磁导率的单位：亨/米（米（H/mH/m）第5页/共64页6 根据上述有根据上述有可见，相对磁导率也就是当磁场媒质是某种物质时可见，相对磁导率也就是当磁场媒质是某种物质时某点的磁感应强度与在同样电流值下真空时该点的某点的磁感应强度与在

7、同样电流值下真空时该点的磁感应强度之比值。磁感应强度之比值。第6页/共64页7 在物质的分子中，由于电子环绕原子核运动和本在物质的分子中，由于电子环绕原子核运动和本身自转运动而形成分子电流，相应产生分子电流磁场。身自转运动而形成分子电流，相应产生分子电流磁场。由于不同物质的分子电流磁场的属性不同，使物质呈由于不同物质的分子电流磁场的属性不同，使物质呈现为磁性物质和非磁性物质。现为磁性物质和非磁性物质。6.1.2 磁性材料的磁性能 磁性材料主要指铁、镍、钴及其合金等。在此主磁性材料主要指铁、镍、钴及其合金等。在此主要介绍其磁性能。要介绍其磁性能。第7页/共64页8磁性物质磁性物质 磁性物质内部形

8、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，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，称这些小区域为磁畴。整齐，显示磁性，称这些小区域为磁畴。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。在外磁场作用下，磁畴方向发生变化，使之与外在外磁场作用下，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，称为磁磁场方向趋于一致，物质整体显示出磁性来，称为磁化。即磁性物质能被磁化

9、。化。即磁性物质能被磁化。磁磁畴畴 非磁性物质没有磁畴结构，不具有磁化特性。非磁性物质没有磁畴结构，不具有磁化特性。外外磁磁场场第8页/共64页91 1 高导磁性高导磁性 磁性材料的磁性材料的 r r1,1,可达数百、数千、乃至数万可达数百、数千、乃至数万之值。能被强烈的磁化，之值。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。磁性材料在外磁场作用下磁性材料在外磁场作用下,磁畴转向与外磁场相磁畴转向与外磁场相同的方向，产生一个很强的与外磁场同方向的磁化同的方向，产生一个很强的与外磁场同方向的磁化磁场，磁性物质内的磁感应强度大大增加，即磁性磁场，磁性物质内的磁感应强度大大增加，即磁性物

10、质被强烈的磁化。磁力线集中于磁性物质中通过。物质被强烈的磁化。磁力线集中于磁性物质中通过。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。实现用小的励磁电流产生较大的磁通和磁有铁心。实现用小的励磁电流产生较大的磁通和磁感应强度。感应强度。第9页/共64页10磁性物质由于磁化所产生的磁化磁场不会随着外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

11、与外部磁时，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达到饱和值。如场方向一致，磁化磁场的磁感应强度达到饱和值。如图。图。2 2 磁饱和性磁饱和性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 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 磁感应强度直线；磁感应强度直线；B B 为为B BJ J曲线和曲线和B B0 0直线的纵坐标直线的纵坐标 相加即磁场的相加即磁场的 B B-H H 磁化曲线。磁化曲线。OOH HB BB B0 0B BJ JB B a a b b第10页/共64页11 B

12、B-H 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。OOH HB 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，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，不是常数，随随H H而变，如图。而变，如图。有磁性物质存在时，有磁性物质存在时，与与I I不成不成正比。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上极为重要，其

13、为非线性曲线，实际上极为重要，其为非线性曲线，实际中通过实验得出中通过实验得出。OOH HB,B,B B 第11页/共64页123 3 磁滞性磁滞性 当铁心线圈中通有交变电流（大小和方向都变当铁心线圈中通有交变电流（大小和方向都变化）时，铁心受到交变磁化。在电流变化一次时，化）时，铁心受到交变磁化。在电流变化一次时，磁感应强度磁感应强度B B随磁场强度随磁场强度H H而变化，变化关系如图。而变化，变化关系如图。磁滞性：磁滞性：磁性物质中，当磁性物质中，当 H H 已减已减到零时到零时 B B 并未回到零，这种磁感并未回到零，这种磁感应强度滞后于磁场强度变化的性应强度滞后于磁场强度变化的性质称为

14、磁性物质的质称为磁性物质的磁滞性。磁滞性。磁滞回线：磁滞回线：在铁心反复交变磁化在铁心反复交变磁化的情况下，表示的情况下，表示 B B 与与 H H 变化关系变化关系的闭合曲线的闭合曲线 1234561 1234561（如图）称（如图）称为为磁滞回线。磁滞回线。OOH HB B2 23 36 65 51 14 4第12页/共64页13剩磁感应强度（剩磁）：剩磁感应强度（剩磁）：当线圈当线圈中电流减到零值（即中电流减到零值（即H H=0=0）时铁）时铁心在磁化时所获得的磁性还未完心在磁化时所获得的磁性还未完全消失。这时铁心中保留的磁感全消失。这时铁心中保留的磁感应强度称为应强度称为剩磁感应强度剩

15、磁感应强度 B Br r（剩（剩磁）如图。磁）如图。矫顽磁力：矫顽磁力：如果要使铁心的剩磁如果要使铁心的剩磁消失，通常改变线圈中的励磁电消失，通常改变线圈中的励磁电流方向，也就是改变磁场强度流方向，也就是改变磁场强度H H的方向来进行反向磁化。使的方向来进行反向磁化。使B B=0=0的的 H H 值称为值称为矫顽磁力矫顽磁力H HC C(如图如图)。OOH HB B2 23 36 65 51 14 4B Br rH HCC 磁性物质不同，其磁滞回线和磁化曲线也不同。磁性物质不同，其磁滞回线和磁化曲线也不同。第13页/共64页14 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)

16、铸铁铸铁 (b)(b)铸钢铸钢 (c)(c)硅钢硅钢片片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/T1.81.81.61.61.41.41.21.21.01.00.80.80.60.60.40.40.20.2a ab ba ab bc cc c第14页/共64页15按磁性物质的磁性能，磁性材料分

17、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。一般用具有较小的矫顽磁力，磁滞回线较窄。一般用来制造电机、电器及变压器等的铁心。常用的有铸来制造电机、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。铁、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。一般具有较大的矫顽磁力，磁滞回线较宽。一般用来制造永久磁铁。常用的有碳钢及铁镍铝钴合金用来制造永久磁铁。常用的有碳钢及铁镍铝钴合金等。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，磁滞回具有较小的矫顽磁力

18、和较大的剩磁，磁滞回线接近矩形，稳定性良好。在计算机和控制系统中线接近矩形，稳定性良好。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。锰铁氧体等。第15页/共64页166.1.3 磁路的分析方法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，则有一、引例一、引例S Sx

19、x H Hx xI IN N匝匝第16页/共64页17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 为磁路的截面积。为磁路的截面积。二、磁路的欧姆定律二、磁路的欧姆定律 若某磁路的磁通为若某磁路的磁通为 ，磁通势为磁通势为F F ，磁阻为，磁阻为R Rmm，则则即有：即有：此即此即磁路的欧姆定律。磁路的欧姆定律。第17页/共64页18三、三、磁路与电路的比较磁路与电路的比较1 1、形式比较、形式比较 磁路磁路磁通势磁通势F F磁

20、通磁通 磁阻磁阻电路电路电动势电动势 E E 电阻电阻电流电流 I I N NI I+_ _E EI IR R第18页/共64页192 2、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）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；不开磁场的概念；（2 2）在处理电路时一般可以不考虑漏电流，在处理磁）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；路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，磁路欧姆定律不不是常

21、数，其随励磁电流而变，磁路欧姆定律不能直接用来计算，它只能用于定性分析；能直接用来计算，它只能用于定性分析；（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；（5 5）磁路的基本物理量单位较复杂，学习时应注意。）磁路的基本物理量单位较复杂，学习时应注意。第19页/共64页20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

22、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 段组成，段组成，则基本公式为：则基本公式为：即即第20页/共64页21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：（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

23、磁路材料的磁化曲线 B Bi i=f=f(H H i 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21页/共64页22【例例1 1】一个具有闭合的均匀的铁心线圈，其匝数为一个具有闭合的均匀的铁心线圈，其匝数为300300，铁心中的磁感应强度为铁心中的磁感应强度为 0.9T0.9T，磁路的平均长度，磁路的平均长度为为45cm45cm，试求：，试求：(1)(1)铁心材料为铸铁时线圈中的电流；铁心材料

24、为铸铁时线圈中的电流；(2)(2)铁心材料为硅钢片时线圈中的电流。铁心材料为硅钢片时线圈中的电流。【解解】（1 1）用铸铁材料，）用铸铁材料，B B=0.9 T=0.9 T 时时,据磁化曲线，据磁化曲线，查出磁场强度查出磁场强度 H H=9000 A/m=9000 A/m，则，则（2 2）用硅钢片材料，）用硅钢片材料，B B=0.9 T=0.9 T 时时,据磁化曲线，据磁化曲线，查出磁场强度查出磁场强度 H H=260 A/m=260 A/m，则，则第22页/共64页23分析本例：分析本例：（1 1）由于所用铁心材料的不同，要得到同样的）由于所用铁心材料的不同，要得到同样的磁感应强度，则所需要

25、的磁通势或励磁电流的大磁感应强度，则所需要的磁通势或励磁电流的大小相差较大。因此，采用磁导率高的铁心材料，小相差较大。因此，采用磁导率高的铁心材料，可使线圈的用铜量大为降低。可使线圈的用铜量大为降低。（2 2）在上面两种情况下，如线圈中通有同样大）在上面两种情况下，如线圈中通有同样大小的电流小的电流0.39A,0.39A,则铁心中的磁场强度是相等的则铁心中的磁场强度是相等的,都是都是260 A/m260 A/m。从磁化曲线可查出，铸铁时从磁化曲线可查出，铸铁时 B B=0.05T,=0.05T,硅钢片时硅钢片时 B B=0.9T,=0.9T,两者相差两者相差1717倍倍,磁通也相差磁通也相差1

26、717倍倍,如要得到相同的如要得到相同的磁通，则铸铁铁心的截面积必须增加磁通，则铸铁铁心的截面积必须增加1717倍，因此，倍，因此，采用磁导率高的铁心材料，可使铁心的用铁量大采用磁导率高的铁心材料，可使铁心的用铁量大为降低。为降低。第23页/共64页24根据对铁心线圈通入的电流不同铁心线圈可分为：直流铁心和交流铁心。直流铁心：通入恒定电流，产生恒定磁通，不产生 感应电动势。电压一定的情况下，线圈中的电流只和 线圈本身电阻R R有关。功率损耗：I I2 2R R6.2 交流铁心线圈电路第24页/共64页256.2.1 电磁关系 +e ee e u uN Ni i 交流铁心线圈电路交流铁心线圈电路

27、如图，主要分析其电磁如图，主要分析其电磁关系、电压电流关系及关系、电压电流关系及功率损耗等。功率损耗等。基本关系基本关系（磁通势）主磁通主磁通 ：产生的磁通中产生的磁通中,通过铁心闭合的部分通过铁心闭合的部分漏磁通漏磁通 ：经过空气或其它非导磁媒质闭合的部分经过空气或其它非导磁媒质闭合的部分漏磁电感漏磁电感第25页/共64页26 漏磁电感为常数漏磁电感为常数 漏磁通主要经过空气隙或非磁性物质，励磁漏磁通主要经过空气隙或非磁性物质，励磁电流电流 i i与漏磁通与漏磁通 之间可认为成线性关系，铁心之间可认为成线性关系，铁心线圈的漏磁电感为常数，即有线圈的漏磁电感为常数，即有 铁心线圈为非线性电感元

28、件铁心线圈为非线性电感元件 主磁通通过铁心，励磁主磁通通过铁心，励磁电流电流 i i与主磁通与主磁通 之间是非线之间是非线性关系，主磁电感性关系，主磁电感 L L随励磁电随励磁电流流 i i 而变化，如图。而变化，如图。OOL,L,L Li i第26页/共64页276.2.2 电压电流关系瞬时值形式瞬时值形式 +e ee e u uN Ni i其中：其中：R R 为铁心线圈电阻，为铁心线圈电阻，L L 为漏磁电感，为漏磁电感，第27页/共64页28相量形式相量形式 当当 u u 是正弦电压时，其它各电压、电流、电动是正弦电压时，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：

29、势可视作正弦量，则电压、电流关系的相量式为：其中：其中：R R 为线圈电阻；为线圈电阻；X X =L L 漏磁感抗漏磁感抗主磁感应电动势主磁感应电动势漏磁感应电动势漏磁感应电动势第28页/共64页29主磁感应电动势主磁感应电动势设主磁通设主磁通 则则幅值幅值有效值有效值第29页/共64页30分析可知：分析可知：电源电压电源电压 分三个分量：分三个分量：由于线圈电阻由于线圈电阻 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，与主磁电动势相比可以忽略，故有电压降也较小，与主磁电动势相比可以忽略，故有其中：其中：B Bm m 铁心中磁感应强度的最大值，单位铁心中

30、磁感应强度的最大值，单位TT；S S 铁心截面积，单位铁心截面积，单位mm2 2。电阻上的电压降；电阻上的电压降；平衡漏磁电动势的电压分量；平衡漏磁电动势的电压分量；平衡主磁电动势的电压分量。平衡主磁电动势的电压分量。第30页/共64页316.2.3 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。一、铜损（一、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 PCu Cu 表示。表示。P PCu Cu=RIRI2 2 其中：其中：R R 线圈电阻；线圈电阻；I I

31、线圈中通过的电流。线圈中通过的电流。二、铁损（二、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31页/共64页32（1 1）磁滞损耗（）磁滞损耗（P Ph h）由磁滞所产生的铁损称为由磁滞所产生的铁损称为磁滞损耗（磁滞损耗（P Ph h）磁滞损耗的大小：磁滞损耗的大小：交变磁化一交变磁化一周周 在铁心的单位体积内所产生的磁在铁心的单位体积内所产生的磁滞损耗能量与磁滞回线所包围的面滞损耗能量与磁滞回线所包围的面

32、积成正比。积成正比。OOH HB B2 23 36 65 51 14 4 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。减少磁滞损耗措施：减少磁滞损耗措施：选用磁滞回线狭小的磁性材料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其磁滞损耗制作铁心。变压器和电机中使用的硅钢等其磁滞损耗较低。较低。第32页/共64页33（2 2）涡流损耗（）涡流损耗（P Pe e）涡流损耗涡流损耗:由涡流所产生的铁损。由涡流所产生的铁损。涡流涡流：交变磁通在铁心内产生感交变磁通在铁心内产生感应电动势和感应电流，其感应电流应电动势和感应电流，其感应电流称为涡流。涡流在垂直于磁通

33、的平称为涡流。涡流在垂直于磁通的平面内环流。面内环流。涡流涡流损耗转化为热能，引起损耗转化为热能，引起铁心发热。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。铁心用提高铁心的电阻率。铁心用彼此绝缘的钢片叠成（如图），彼此绝缘的钢片叠成（如图），把涡流限制在较小的截面内。把涡流限制在较小的截面内。第33页/共64页34综合上述，铁心线圈交流电路的有功功率为：综合上述，铁心线圈交流电路的有功功率为：铁损几乎与铁心内磁感应强度的最大值铁损几乎与铁心内磁感应强度的最大值B Bmm的平的平方成正比，因此方成正比，因此 B Bmm不宜选的过大，一般取不宜选的过大，一般取 0.81.2T0

34、.81.2T。6.2.4 交流铁心线圈的等效电路 用一个不含铁心的交流电路来等效替代铁心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。线圈交流电路。等效条件：等效条件：在同样电压作用下，功率、电流及各量在同样电压作用下，功率、电流及各量之间的相位关系保持不变。之间的相位关系保持不变。第34页/共64页35等效电路的求取等效电路的求取(1)(1)将实际铁心线圈的线圈电阻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

35、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 i第35页/共64页36(2)(2)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，用具有电阻理想铁心线圈有能量的损耗和储放，用具有电阻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是和铁心是和铁心能量损耗能量损耗(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是和铁心能是和铁心能量储放相应的等效感抗。其参数为：量储放相应的等效感抗。其参数为：+u ui iR RX X +u uR Ru u X X0 0 R R0

36、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：+e ee e u u第36页/共64页37【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。）铁心线圈的等效电阻和感抗。

37、【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37页/共64页38【例例2 2】要绕制一个铁心线圈，已知电源电压要绕制一个铁心线圈，已知电源电压 U U=220 V220 V，频率，频率 f f=50Hz=50Hz，今量得铁心截面为，今量得铁心截面为30.2 cm30.2 cm2 2,铁心由硅钢片叠成，设叠片间隙系数为铁心由硅钢片叠成，设叠片间隙系数为0.91(0.91(一般取一般取0.90.93)0.90.93)。（。（1 1）如取）如取 B Bmm=1.2T=1.2T，问线圈匝数应为多，问线圈匝数应为多少少?(2)?(

38、2)如磁路平均长度为如磁路平均长度为 60cm,60cm,问励磁电流应多大问励磁电流应多大?【解解】铁心的有效面积为铁心的有效面积为(1)(1)线圈匝数为线圈匝数为(2)(2)查磁化曲线图，查磁化曲线图，B B=1.2=1.2T T时时,=700=700/，则，则第38页/共64页396.3 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：在能量传输过程中，当输送功率及负载功率因数 一定时：（电能损耗小）节省金属材料（经济）概述第39页/共64页40 电力工业中常采

39、用高压输电低压配电，实现节能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：并保证用电安全。具体如下：发电厂发电厂1.051.05万伏万伏输电线输电线2222万伏万伏升压升压仪器仪器3636伏伏降压降压实验室实验室380/220380/220伏伏降压降压变电站变电站 1 1万伏万伏降压降压降压降压第40页/共64页411.1.结构结构作用：构成磁路作用：构成磁路绕组绕组原绕组原绕组(初级绕组、一次绕组）初级绕组、一次绕组）副绕组副绕组(次级绕组、二次绕组）次级绕组、二次绕组）由高导磁硅钢片叠成由高导磁硅钢片叠成厚厚0.35mm 0.35mm 或或 0.5mm0.5mm铁芯铁

40、芯6.3.1 变压器的工作原理单相变压器单相变压器单相变压器单相变压器N1作用：构成电路作用：构成电路+一、结构和分类一、结构和分类副绕组副绕组N2铁心铁心原绕组原绕组第41页/共64页42变压器的结构变压器的结构第42页/共64页43二、变压器的工作原理二、变压器的工作原理 原、副绕组互不相连，能量的传递靠磁耦合原、副绕组互不相连，能量的传递靠磁耦合变压器符号变压器符号+第43页/共64页441.1.电磁关系电磁关系二、变压器的工作原理二、变压器的工作原理二、变压器的工作原理二、变压器的工作原理原边接交流电 源,副边开路。(1)空载运行情况+1 i0(i0N1)1空载时，铁心中主磁通 是由原

41、绕组磁势产生的。第44页/共64页451.1.电磁关系电磁关系二、变压器的工作原理二、变压器的工作原理二、变压器的工作原理二、变压器的工作原理 原边接交流电原边接交流电 源源,副边接负载。副边接负载。(2)(2)带负载运行情况带负载运行情况+2 1 i1(i1N1)1Zi1i2+u2+e2+e 2i2(i2N2)2有载时，铁心中主磁通 是由原、副绕组磁势共同产生的合成磁通。第45页/共64页462.2.电压变换（设加正弦交流电压）电压变换（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)原、副边主磁通感应电动势原、副边主磁通感应电动势第4

42、6页/共64页47根据KVL：对原边，变压器原边等效电路如图 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)原、副边电压原、副边电压式中式中 R R1 1 为原绕组的电阻为原绕组的电阻;X X1 1=L L 1 1 为原绕组的感抗为原绕组的感抗(漏磁感抗，由漏磁产生漏磁感抗，由漏磁产生)。第47页/共64页48（匝比）（匝比）K K为为变比变比对副边，对副边，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 为副绕组的电阻为副绕组的电阻;X X2 2=L L 2 2 为副绕组的感抗；为副绕组

43、的感抗；为副绕组的端电压。为副绕组的端电压。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48页/共64页49三相电压的变换三相电压的变换ABCXYZabczyx1)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)三相变压器的联接方式三相变压器的联接方式联接方式联接方式：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

44、、超高压供电系统常用接法常用接法:第49页/共64页50（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联接联接联接联接线电压之比：线电压之比：ACBbca+第50页/共64页51（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/联接联接联接联接线电压之比：线电压之比：ACBabc+第51页/共64页523.3.电流变换电流变换电流变换电流变换(原副边电流关系原副边电流关系)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 不论变压器空载还不论变

45、压器空载还是有载，原绕组上的阻是有载，原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 mm 基本不变，近于常数。基本不变，近于常数。空载空载：有载：有载：+Z2+第52页/共64页53一般情况下：I0 (23)%I1N 很小可忽略。或：结论：原、副边电流与匝数成反比。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53页/共64页544.4.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：变压器原边的等效阻抗模，为副边所带负载

46、的阻抗模的K 2 倍。+第54页/共64页55(1)(1)变压器的匝数比应为变压器的匝数比应为：信号源R0RL+R R0 0+【解解】【例例1 1】如图，交流信号源的电动势 E=120V，内阻 R 0=800，负载为扬声器，其等效电阻为RL=8。要求:（1）当RL折算到原边的等效电阻 时，求变压器的匝数比和信号源输出的功率；（2）当将负载直接与信号源联接时,信号源输出多大功率？第55页/共64页56信号源的输出功率：信号源的输出功率：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。（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，输出功率输出功率为：第5

47、6页/共64页576.3.2 变压器的外特性与效率一、变压器的外特性一、变压器的外特性 当原边电压当原边电压 U U1和负载功率因数和负载功率因数 coscos 2保持不变保持不变时，副边输出电压时，副边输出电压 U U2和输出电流和输出电流 I I2的关系的关系 U U2020：原边加额定电：原边加额定电压、副边开路时，副边压、副边开路时，副边的输出电压。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 变变化不大），电压变化率约在化不大），电压变化率约在5%5%左右。左右。电压变化率：电压变化率：U2I2U20I2Ncoscos

48、2=1=1coscos 2=0.8=0.8(感性）感性）第57页/共64页586.3.3 变压器的效率变压器的效率()为减少涡流损耗，铁心一为减少涡流损耗，铁心一般由导磁钢片叠合成。般由导磁钢片叠合成。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：交变磁通在铁芯中产生的感涡流损耗：交变磁通在铁芯中产生的感 应电流应电流(涡流涡流)造成的损耗。造成的损耗。磁滞损耗：磁滞现象引起铁芯发热，造磁滞损耗：磁滞现象引起铁芯发热，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 95%

49、,95%,95%,95%,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58页/共64页59【例例1 1】有一带电阻负载的三相变压器，其额有一带电阻负载的三相变压器，其额 定数据如下：定数据如下：S SN N=100kVA,=100kVA,U U1N1N=6000V,=6000V,f f=50Hz=50Hz。U U2N2N=U U2020=400V,=400V,绕组连接成绕组连接成 。由试验测得由试验测得:P PFeFe =600 W=600 W，额定负载时的，额定负载时的 P PCuCu =2400W=2400W

50、。试求试求 (1)(1)变压器的额定电流；变压器的额定电流；(2)(2)满载和半载时的效率。满载和半载时的效率。【解解】(1)(1)额定电流额定电流第59页/共64页60(2)(2)满载和半载时的效率满载和半载时的效率第60页/共64页61 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 AX Xax一、同极性端一、同极性端 (同名端同名端 )或者说，当铁芯中磁通变化时，在两线圈中产生的或者说，当铁芯中磁通变化时，在两线圈中产生的感应电动势极性相同的两端为同