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1、电工第六章磁路与铁心线圈电路本讲稿第一页，共五十五页第第6章章 磁路与铁心线圈电路磁路与铁心线圈电路6.2 6.2 交流铁心线圈电路交流铁心线圈电路交流铁心线圈电路交流铁心线圈电路6.3 6.3 变压器变压器变压器变压器6.4 6.4 电磁铁电磁铁电磁铁电磁铁 6.1 6.1 磁路及其分析方法磁路及其分析方法磁路及其分析方法磁路及其分析方法本讲稿第二页，共五十五页2.2.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
2、，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；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；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；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6章章 磁路与铁心线圈电路磁路与铁心线圈电路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。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
3、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，会分析计算交流铁心线圈电路；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，会分析计算交流铁心线圈电路；本讲稿第三页，共五十五页 在很多电工设备（像变压器、电机、电磁铁电工在很多电工设备（像变压器、电机、电磁铁电工测量仪器等）中，不仅有电路的问题，同时还有磁路测量仪器等）中，不仅有电路的问题，同时还有磁路的问题。只有同时掌握
4、了电路和磁路的基本理论，才的问题。只有同时掌握了电路和磁路的基本理论，才能对以上电工设备进行全面分析。能对以上电工设备进行全面分析。本章结合磁路和铁心线圈电路的分析，讨论变压本章结合磁路和铁心线圈电路的分析，讨论变压器和电磁铁的工作原理，作为应用实例。器和电磁铁的工作原理，作为应用实例。磁路和电路往往是相关的，因此在这里要研究磁路和磁路和电路往往是相关的，因此在这里要研究磁路和电路的关系以及磁和电的关系。电路的关系以及磁和电的关系。在电机、变压器及各种铁磁元件中常用磁性材料做成在电机、变压器及各种铁磁元件中常用磁性材料做成在电机、变压器及各种铁磁元件中常用磁性材料做成在电机、变压器及各种铁磁元
5、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一定形状的铁心。铁心的磁导率比周围空气或其它物质的一定形状的铁心。铁心的磁导率比周围空气或其它物质的一定形状的铁心。铁心的磁导率比周围空气或其它物质的磁导率高的多，磁导率高的多，磁导率高的多，磁导率高的多，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。本讲稿第四页，共五十五页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
6、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_ _+N NS SN NS SI If f四极直流电机和交流接触器的磁路四极直流电机和交流接触器的磁路四极直流电机和交流接触器的磁路四极直流电机和交流接触器的磁路6.1 磁路及其分析方法磁路及其分析方法本讲稿第五页，共五十五页6.1.1 磁场的基本物理量磁场的基本物理量1 1.磁感应强度磁感应强度磁感应强度磁感应强度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。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。磁感应强度磁感应强度
7、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
8、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。本讲稿第六页，共五十五页2.2.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。说明说明说明说明:如果不是均匀如果不是均匀如果不是均匀如果不是均匀磁场，则取磁场，则取磁场，则取磁场，则取B B的平均值。的平均值。的平均值。的平均值。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
9、为与磁场方向垂直在数值上可以看成为与磁场方向垂直在数值上可以看成为与磁场方向垂直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的单位面积所通过的磁通的单位面积所通过的磁通的单位面积所通过的磁通,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 s3 3.磁场强度磁场强度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 ：是计算磁场时所引用的一个物理量，也是计算磁场时所引用的一个物理量，也是计算磁场时所引用的一个物理量，也是计算磁场时所引用的一个物理量，也是矢量，通过它来确
10、定磁场与电流之间的关系。是矢量，通过它来确定磁场与电流之间的关系。是矢量，通过它来确定磁场与电流之间的关系。是矢量，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)本讲稿第七页，共五十五页 任意选定一个闭合回线的围绕方向，凡是电流方向与任意选定一个闭合回线的围绕方向，凡是电流方向与任意选定一个闭合回线的围绕方向，凡是电流方向与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流作为正、反闭合回线围绕方向之间符合右螺旋定则的电流作为正、反闭合回线围绕方向之间符合右螺
11、旋定则的电流作为正、反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。之为负。之为负。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电流正负的规定电流正负的规定：即：即：即：即：安培环路定律（全电流定律）安培环路定律（全电流定律）安培环路定律（全电流定律
12、）安培环路定律（全电流定律）I1HI2所以安培环路定律将所以安培环路定律将所以安培环路定律将所以安培环路定律将电流与磁场强度联系起来。电流与磁场强度联系起来。电流与磁场强度联系起来。电流与磁场强度联系起来。在在在在均匀磁场中均匀磁场中均匀磁场中均匀磁场中 Hl=IN Hl=IN 本讲稿第八页，共五十五页由实验可测得：真空的磁导率为：由实验可测得：真空的磁导率为：由实验可测得：真空的磁导率为：由实验可测得：真空的磁导率为：4.4.磁导率磁导率磁导率磁导率 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，衡量物质表示磁场媒质
13、磁性的物理量，衡量物质 的导磁能力的导磁能力的导磁能力的导磁能力。它与磁场强度的乘积就等于磁感。它与磁场强度的乘积就等于磁感。它与磁场强度的乘积就等于磁感。它与磁场强度的乘积就等于磁感应强度，即：应强度，即：应强度，即：应强度，即：磁导率磁导率磁导率磁导率 的单位：的单位：的单位：的单位：亨亨亨亨/米（米（米（米（H/mH/m）因为它是一个常数，将其它物质的磁导率和它比因为它是一个常数，将其它物质的磁导率和它比因为它是一个常数，将其它物质的磁导率和它比因为它是一个常数，将其它物质的磁导率和它比较是很方便的。较是很方便的。较是很方便的。较是很方便的。本讲稿第九页，共五十五页4 4.磁导率磁导率磁
14、导率磁导率相对磁导率相对磁导率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和真空的磁导率和真空的磁导率 0 0的比值的比值的比值的比值。也即当磁场媒质是某种物质时某点的磁感应强度也即当磁场媒质是某种物质时某点的磁感应强度也即当磁场媒质是某种物质时某点的磁感应强度也即当磁场媒质是某种物质时某点的磁感应强度B B与在与在与在与在同样电流下真空时该点的磁感应强度同样电流下真空时该点的磁感应强度同样电流下真空时该点的磁感应强度同样电流下真空时该点的磁感应强度B B0 0之比的倍数。之比的倍数。之比的倍数。之比的倍数
15、。自然界的所有物质按磁导率的大小，大体上可分为自然界的所有物质按磁导率的大小，大体上可分为自然界的所有物质按磁导率的大小，大体上可分为自然界的所有物质按磁导率的大小，大体上可分为磁性材料和非磁性材料。磁性材料和非磁性材料。磁性材料和非磁性材料。磁性材料和非磁性材料。本讲稿第十页，共五十五页6.1.2 磁性材料的磁性能磁性材料的磁性能1.1.高导磁性高导磁性高导磁性高导磁性 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(如坡莫合如坡莫合如坡莫合如坡莫合金，其金，其金，其金，其 r r 可达可达可达可达 2
16、 2 10105 5)。磁性材料磁性材料磁性材料磁性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。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中，如电
17、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磁电具有铁心的线圈中通入不太大的励磁电具有铁心的线圈中通入不太大的励磁电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。流，便可以产生较大的磁通和磁感应强度。流，便可以产生较大的磁通和磁感应强度。流，便可以产生较大的磁通和磁感应强度。本讲稿第十一页，共五十五页磁性物质由于磁化所产生的磁化磁场不会随着外磁场的磁性物质由于磁化所产生的磁化磁场不会随着外磁场的磁性物质由于磁化所产生的磁化磁场不会随着外磁场的磁性物
18、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。增强而无限的增强。增强而无限的增强。增强而无限的增强。2 2.磁饱和性磁饱和性磁饱和性磁饱和性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
19、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
20、向都转向与外部磁时，磁性物质的全部磁畴的磁场方向都转向与外部磁时，磁性物质的全部磁畴的磁场方向都转向与外部磁时，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将趋向某一定值。场方向一致，磁化磁场的磁感应强度将趋向某一定值。场方向一致，磁化磁场的磁感应强度将趋向某一定值。场方向一致，磁化磁场的磁感应强度将趋向某一定值。如图。如图。如图。如图。本讲稿第十二页，共五十五页 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；ab
21、ab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 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 与与与与 HH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，随不是常数，随不是常数，随不是常数，随HH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
22、质存在时，有磁性物质存在时，与与与与 I I 不不不不成正比。成正比。成正比。成正比。磁性物质的磁化曲线在磁路磁性物质的磁化曲线在磁路磁性物质的磁化曲线在磁路磁性物质的磁化曲线在磁路计算上极为重要，其为非线性曲计算上极为重要，其为非线性曲计算上极为重要，其为非线性曲计算上极为重要，其为非线性曲线，实际中通过实验得出线，实际中通过实验得出线，实际中通过实验得出线，实际中通过实验得出。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本讲稿第十三页，共五十五页3 3.磁滞性磁滞性磁滞性磁滞性 磁性材料在交变磁场中反复磁化，其磁性材料在交变
23、磁场中反复磁化，其磁性材料在交变磁场中反复磁化，其磁性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。磁滞性：磁滞性：磁滞性：磁滞性：磁性材料中磁性材料中磁性材料中磁性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O OHBB Br rHHc c剩磁感应强度剩磁感应强度
24、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。例如例如例如例如:永久磁铁的磁性就是由剩永久磁铁的磁性就是由剩永久磁铁的磁性就是由剩永久磁铁的磁性就是由剩磁产生的；自励直流发电机的磁产生的；自励直流发电机的磁产生的；自励直流发电机的磁产生的；自励直流发电机的磁极，为了使电压能建立，也磁极，为了使电压能建立，也磁极，为了使电压能建立，也磁极，为了使电压能建立，也必须具有剩磁。必须具有剩磁。必须具
25、有剩磁。必须具有剩磁。本讲稿第十四页，共五十五页3.3.磁滞性磁滞性磁滞性磁滞性磁滞回线磁滞回线磁滞回线磁滞回线O OHBB Br rHHc c但剩磁也存在着有害的一面，例但剩磁也存在着有害的一面，例但剩磁也存在着有害的一面，例但剩磁也存在着有害的一面，例如，当工件在平面磨床上加工完如，当工件在平面磨床上加工完如，当工件在平面磨床上加工完如，当工件在平面磨床上加工完毕后，由于电磁吸盘有剩磁，还毕后，由于电磁吸盘有剩磁，还毕后，由于电磁吸盘有剩磁，还毕后，由于电磁吸盘有剩磁，还将工件吸住。为此要通入反向去将工件吸住。为此要通入反向去将工件吸住。为此要通入反向去将工件吸住。为此要通入反向去磁电流，
26、去掉剩磁，才能取下工磁电流，去掉剩磁，才能取下工磁电流，去掉剩磁，才能取下工磁电流，去掉剩磁，才能取下工件。件。件。件。矫顽磁力矫顽磁力矫顽磁力矫顽磁力HHc 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。磁性物质不同，其磁滞回磁性物质不同，其磁滞回磁性物质不同，其磁滞回磁性物质不同，其磁滞回线和磁化曲线也不同。线和磁化曲线也不同。线和磁化曲线也不同。线和磁化曲线也不同。本讲稿第十五页，共五十五页 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 铸铁铸铁 b 铸钢铸钢 c 硅钢片硅钢片O0.1 0.2
27、 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 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本讲稿第十六页，共五十五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：按磁性物质的磁性能，
28、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。一般用来制造电一般用来制造电一般用来制造电一般用来制造电机、电器及变压器等的铁心。常用的有铸铁、硅钢、坡莫机、电器及变压器等的铁心。常用的有铸铁、硅钢、坡莫机、电器及变压器等的铁心。常用的有铸铁、硅钢、坡莫机、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。合金即铁氧体等。合金即铁氧体等。合金即铁氧体等。(2)(2)永磁材料永磁材料永磁材
29、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。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，磁滞回线接近矩形，具有较小的矫顽磁力和较大的剩磁，磁滞回线接近矩形，具有较小的矫顽磁力和较大的剩磁，磁滞回线接近矩形，具有较小的矫顽磁力和较大的剩磁，磁滞回线接近矩形
30、，稳定性良好。稳定性良好。稳定性良好。稳定性良好。在计算机和控制系统中用作记忆元件、开关元在计算机和控制系统中用作记忆元件、开关元在计算机和控制系统中用作记忆元件、开关元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。件和逻辑元件。常用的有镁锰铁氧体等。件和逻辑元件。常用的有镁锰铁氧体等。件和逻辑元件。常用的有镁锰铁氧体等。本讲稿第十七页，共五十五页6.1.3 磁路的分析方法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
31、中媒质是均环形线圈如图，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匝匝匝匝本讲稿第十八页，共五十五页式中：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
32、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；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，则即有：即有：即有：
33、即有：此即此即此即此即磁路的欧姆定律。磁路的欧姆定律。磁路的欧姆定律。磁路的欧姆定律。本讲稿第十九页，共五十五页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本讲稿第二十页，共五十五页6.2 交流铁心线圈电路交流铁心线圈电路6.2.1 电磁关系电磁关系 +e+e+uNi（磁通势）（磁通势）主
34、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 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。本讲稿第二十一页，共五十五页6.2.2 电压电流关系电压电流关系根据根据根据根据KVL:KVL:+ee uNi式中：式中：式中：式中：R
35、 R是线圈导线的电阻是线圈导线的电阻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是漏磁电感是漏磁电感 当当当当 u u 是正弦电压时是正弦电压时是正弦电压时是正弦电压时，其它各电压、电流、电动势可视，其它各电压、电流、电动势可视，其它各电压、电流、电动势可视，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：作正弦量，则电压、电流关系的相量式为：作正弦量，则电压、电流关系的相量式为：作正弦量，则电压、电流关系的相量式为：本讲稿第二十二页，共五十五页设主磁通设主磁通 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
36、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，相比可忽略，相比可忽略，相比可忽略，故有故有故有故有式中：式中：式中：式中：B Bmm是是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。本讲稿第二十三页，共五十五页6.2.3 功率损耗功率损耗
37、 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
38、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。它与铁心内磁感应强度的表示。它与铁心内磁感应强度的表示。它与铁心内磁感应强度的表示。它与铁心内磁感应强度的最大值最大值最大值最大值B Bmm的平方成正比。的平方成正比。的平方成正比。的平方成正比。铁损由磁滞和涡流产生。铁损由
39、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。+ui本讲稿第二十四页，共五十五页（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与单位体积内的磁滞损耗正比与单位体积内的磁滞损耗正比与单位体积内的磁滞损耗正比与磁滞回线的面积和磁场交变的频率磁滞回线的面积和磁场交变的频率磁滞回线的面积和磁场交变的频率磁滞回线的面积和磁场交
40、变的频率 f f。O OHB 磁滞损耗转化为热能，引起铁磁滞损耗转化为热能，引起铁磁滞损耗转化为热能，引起铁磁滞损耗转化为热能，引起铁心发热。心发热。心发热。心发热。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磁性材料制作铁心。变压器和电选用磁滞回线狭小的磁性材料制作铁心。变压器和电选用磁滞回线狭小的磁性材料制作铁心。变压器和电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。机中使用的硅钢等材料的磁滞损耗较低。机中使用的硅钢等材料的磁滞损耗较低。机中使用的硅钢等材料的磁滞损耗较低。设计时应适当选择值以减小铁
41、心饱和程度。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。设计时应适当选择值以减小铁心饱和程度。本讲稿第二十五页，共五十五页(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交变磁通在铁心内产生感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电流，称为涡流。涡流在应电动势和电流，称为涡流。涡流在应电动势和电流，称为涡流。涡流在应电动势和电流，称为涡流。涡流在垂直于磁通的平面
42、内环流。垂直于磁通的平面内环流。垂直于磁通的平面内环流。垂直于磁通的平面内环流。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（通常由于硅钢片）提高铁心的电阻率（通常由于硅钢片）提高铁心的电阻率（通常由于硅钢片）提高铁心的电阻率（通常由于硅钢片）。铁心用彼此绝缘的钢片叠成，把涡流。铁心用彼此绝缘的钢片叠成，把涡流。铁心用彼此绝缘的钢片叠成，把涡流。铁心用彼此绝缘的钢片叠成，把涡流限制在较小的截面内。限制在较小的截面内。
43、限制在较小的截面内。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：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：本讲稿第二十六页，共五十五页6.3 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。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 c
44、os 及负载及负载功率因数功率因数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）6.3.1 概述概述U I P =I RlI S本讲稿第二十七页，共五十五页 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降压降压实验室实验室380/220V降压降压变电站变电站 10k
45、V降压降压降压降压本讲稿第二十八页，共五十五页单相变压器单相变压器+Z Z 变压器的结构变压器的结构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铁心铁心本讲稿第二十九页，共五十五页变压器的结构变压器的结构本讲稿第三十页，共五十五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
46、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心式心式变压器符号变压器符号本讲稿第三十一页，共五十五页6.3.2 变压器的工作原理变压器的工作原理 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。单相变压器单相变压器+Z Z 一次一次绕组绕组N1二次二次绕组绕组N2铁心铁心本讲稿第三十二页，共五十五页(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，一次侧接交流电源，二次侧开路
47、。二次侧开路。+1 i0(i0N1)1空载时，空载时，铁心中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。本讲稿第三十三页，共五十五页(2)带负载运行情况带负载运行情况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，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，铁心有载时，铁心中主磁通中主磁通 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 本讲稿第三十四页，共五十五页2.2.电压变换电压变换电压变换电压变换（设加正弦交
48、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）有效值有效值有效值有效值:同同同同 理：理：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 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本讲稿第三十五页，共五十五页根据根据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，比较可忽略不计，则则+(2)(2)一
49、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;X X1 1=L L 1 1 为为为为一次侧一次侧绕组的感抗绕组的感抗绕组的感抗绕组的感抗(漏磁感抗，由漏磁产生漏磁感抗，由漏磁产生漏磁感抗，由漏磁产生漏磁感抗，由漏磁产生)。本讲稿第三十六页，共五十五页（匝比）（匝比）K为变比为变比对二次侧，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 R2 为为二次二次绕组的电阻绕组的电阻;X2=L 2 2 为为二次二次绕
50、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变压器空载时变压器空载时:+u2+i1 1i2+e2+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。故有故有故有故有本讲稿第三十七页，共五十五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(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的结构高压绕组：高压绕组：U2、V2、W2:尾端尾端U1、V1、W1:首端首端低压绕组：低压绕组：u1、v1、w1:首端首端u2、v2、w2:尾端尾端(2)(2)三相变压器的联结