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1、第三章 磁路和变压器第1页，本讲稿共65页2.2.了解变压器的基本结构、工作原理、运行特性和绕组的了解变压器的基本结构、工作原理、运行特性和绕组的了解变压器的基本结构、工作原理、运行特性和绕组的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；同极性端，理解变压器额定值的意义；同极性端，理解变压器额定值的意义；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
2、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。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，了解磁性材料的基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，会分析计算交流铁心线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
3、交流铁心线圈电路；圈电路；圈电路；圈电路；第2页，本讲稿共65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，讨论变压器和电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。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
4、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在电机、变压器及各种铁磁元件中常用磁性材料做在电机、变压器及各种铁磁元件中常用磁性材料做在电机、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它物成一定形状的铁心。铁心的磁导率比周围空气或其它物成一定形状的铁心。铁心的磁导率比周围空气或其它物成一定形状的铁心。铁心的磁导率比周围空气或其它物质的磁导率高的多，质的磁导率高的多，质的磁导率高的多，质的磁导率高的多，磁通的绝大部分经过铁心形成闭合磁通的绝大部分经过铁心形成闭合磁
5、通的绝大部分经过铁心形成闭合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。通路，磁通的闭合路径称为磁路。通路，磁通的闭合路径称为磁路。通路，磁通的闭合路径称为磁路。第3页，本讲稿共65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3.1 磁路及其分析方法磁路及其分析方法第4页，本讲稿共65页3.1.13.1.1 磁场的基本物理量磁场的基本物理量
6、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:
7、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5页，本讲稿共65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
8、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)
9、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，是计算磁场时所引用的一个物理量，是计算磁场时所引用的一个物理量，是计算磁场时所引用的一个物理量，也是矢量，通过它来确定磁场与电流之间的关系。也是矢量，通过它来确定磁场与电流之间的关系。也是矢量，通过它来确定磁场与电流之间的关系。也是矢量，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)第6页，本讲稿共65页 任意选定一个闭合回线的围绕方向，凡是电流方向与任
10、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：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 线线线线(常取磁通作为闭合回线常取磁通作为闭合回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
11、；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）安培环路定律（全电流定律）I I1 1HHI I2 2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
12、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 第7页，本讲稿共65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：
13、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较因为它是一个常数，将其它物质的磁导率和它比较因为它是一个常数，将其它物质的磁导率和它比较因为它是一个常数，将其它物质的磁导率和它比较是很方便的。是很方便的。是很方便的。是很方便的。第8页，本讲稿共65页4 4.磁导率磁导率磁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
14、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。自然界的所有物质按磁导率的大小，大体上可分为磁性材自然界的所有物质按磁导率的大小，大体上可分为磁性材自然界的所有物质按磁导率的大小，大体上可分为磁性材自然界的所有物质按磁导率的大小，大体上可分为磁
15、性材料和非磁性材料。料和非磁性材料。料和非磁性材料。料和非磁性材料。第9页，本讲稿共65页3.1.2 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(如坡如坡如坡如坡莫合金，其莫合金，其莫合金，其莫合金，其 r r 可达可达可达可达 2 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。
16、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中，磁性物质的高导磁性被广泛地应用于电工设备中，磁性物质的高导磁性被广泛地应用于电工设备中，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，便可具有铁心的线圈中通入不
17、太大的励磁电流，便可具有铁心的线圈中通入不太大的励磁电流，便可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。以产生较大的磁通和磁感应强度。以产生较大的磁通和磁感应强度。以产生较大的磁通和磁感应强度。第10页，本讲稿共65页磁性物质由于磁化所产生的磁化磁场不会随着外磁场磁性物质由于磁化所产生的磁化磁场不会随着外磁场磁性物质由于磁化所产生的磁化磁场不会随着外磁场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。的增强而无限的增强。的增强而无限的增强。的增强而无限的增强。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
18、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
19、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磁性物质由于磁化所产生的磁化磁场不会随着外磁场磁性物质由于磁化所产生的磁化磁场不会随着外磁场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，磁性的增强而无限的增强。当外磁场增大到一定程度时，磁性的增强而无限的增强。当外磁场增大到一定程度时，磁性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致，物质的全部磁畴的磁场方向都转向与外部磁场方向一致，物质的全部磁畴的磁场方向都转向与外部磁场方向一致，物质的全部磁畴的磁场方向都转向与外部磁场方向一致，
20、磁化磁场的磁感应强度将趋向某一定值。如图。磁化磁场的磁感应强度将趋向某一定值。如图。磁化磁场的磁感应强度将趋向某一定值。如图。磁化磁场的磁感应强度将趋向某一定值。如图。第11页，本讲稿共65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
21、，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不成正不成正不成正不成正比，磁性物质的磁导率比，磁性物质的磁导率比，磁性物质的磁导率比，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，有磁性物质存在时，有磁性物质存在时，与与与与 I I 不成不成不成不成正比。正比。正比。正比。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
22、重要，其为非线性曲线，实际上极为重要，其为非线性曲线，实际上极为重要，其为非线性曲线，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中通过实验得出中通过实验得出。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第12页，本讲稿共65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关系曲线关系曲线关系曲线关系曲线是一条回形闭合曲线，称为是一条回形闭合曲线，称为是一条回形闭合曲线，称为是一条回
23、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 OHHB BB Br rHHc c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，铁心中的磁感应强度。时，铁心中的磁感应强
24、度。时，铁心中的磁感应强度。时，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永久磁铁的磁性就是由永久磁铁的磁性就是由永久磁铁的磁性就是由剩磁产生的；自励直流发电机剩磁产生的；自励直流发电机剩磁产生的；自励直流发电机剩磁产生的；自励直流发电机的磁极，为了使电压能建立，的磁极，为了使电压能建立，的磁极，为了使电压能建立，的磁极，为了使电压能建立，也必须具有剩磁。也必须具有剩磁。也必须具有剩磁。也必须具有剩磁。第13页，本讲稿共65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 OHHB B B 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
25、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，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
26、的所需的所需的所需的 H H 值。值。值。值。磁性物质不同，其磁滞回线磁性物质不同，其磁滞回线磁性物质不同，其磁滞回线磁性物质不同，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。第14页，本讲稿共65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 硅钢片硅钢片硅钢片硅钢片O O0.1 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 1010
27、3 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15页，本讲稿共65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，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
28、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、坡莫合金即铁氧体等。坡莫合金即铁氧体等。坡莫合金即铁氧体等。坡莫合金即铁氧体等。(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。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
29、来制造一般用来制造一般用来制造一般用来制造永久磁铁。常用的有碳钢及铁镍铝钴合金等。永久磁铁。常用的有碳钢及铁镍铝钴合金等。永久磁铁。常用的有碳钢及铁镍铝钴合金等。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
30、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16页，本讲稿共65页3.1.3 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
31、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匝匝匝匝第17页，本讲稿共65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
32、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：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。第18页，本讲稿共65页3.3.磁路与电路的比较磁路与电路的比较磁路与电
33、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19页，本讲稿共65页4.4.磁路分析的特点磁路分析的特点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，在处理磁路时离不开磁在处理电路时不涉及电场问题，在处理磁路时离不开磁在处理电路时不涉及电场问题，在处理磁路时离不开磁在处理电路时不涉及电场问题，在处理
34、磁路时离不开磁场的概念；例如在讨论电机时，常常要分析电机磁路的气隙场的概念；例如在讨论电机时，常常要分析电机磁路的气隙场的概念；例如在讨论电机时，常常要分析电机磁路的气隙场的概念；例如在讨论电机时，常常要分析电机磁路的气隙中磁感应强度的分布情况。中磁感应强度的分布情况。中磁感应强度的分布情况。中磁感应强度的分布情况。(2)(2)在处理电路时一般可以不考虑漏电流，在处理磁路时一在处理电路时一般可以不考虑漏电流，在处理磁路时一在处理电路时一般可以不考虑漏电流，在处理磁路时一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；般都要考虑漏磁通；般都要考虑漏磁通；般都要考虑漏磁通；(3)
35、(3)磁路欧姆定律和电路欧姆定律只是在形式上相似。由于磁路欧姆定律和电路欧姆定律只是在形式上相似。由于磁路欧姆定律和电路欧姆定律只是在形式上相似。由于磁路欧姆定律和电路欧姆定律只是在形式上相似。由于 不是常数，其随励磁电流而变，磁路欧姆定律不能直接用不是常数，其随励磁电流而变，磁路欧姆定律不能直接用不是常数，其随励磁电流而变，磁路欧姆定律不能直接用不是常数，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；来计算，只能用于定性分析；来计算，只能用于定性分析；来计算，只能用于定性分析；(4)(4)在电路中，当在电路中，当在电路中，当在电路中，当 E E=0=0时，时，时，时，I
36、I=0=0；但在磁路中，由于有剩；但在磁路中，由于有剩；但在磁路中，由于有剩；但在磁路中，由于有剩磁，当磁，当磁，当磁，当 F F=0=0 时，时，时，时，不为零不为零不为零不为零；第20页，本讲稿共65页5.5.磁路的分析计算磁路的分析计算磁路的分析计算磁路的分析计算主要任务主要任务主要任务主要任务: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 (或磁感应强度或磁感应强度或磁感应强度或磁感应强度)，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，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
37、和材料,求产生预求产生预求产生预求产生预定的磁通所需要的磁通势定的磁通所需要的磁通势定的磁通所需要的磁通势定的磁通所需要的磁通势F=NIF=NI ，确定线圈匝数和励磁确定线圈匝数和励磁确定线圈匝数和励磁确定线圈匝数和励磁电流。电流。电流。电流。基本公式基本公式基本公式基本公式: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 段组段组段组段组成，则基本公式为：成，则基本公式为：成，则基本公式为：成，则基本公式为：即即即即称为磁路个段的磁压降称为磁路个段的磁压降称为磁路个段的磁压降称为磁路个段
38、的磁压降第21页，本讲稿共65页3.2 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）（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 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
39、是线性关系。不是线性关系。第22页，本讲稿共65页3.2.2 电压电流关系电压电流关系根据根据根据根据KVL:KVL:+e ee e u uN Ni i式中：式中：式中：式中：R 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，其它各电压、电流、电动势可，其它各电压、电流、电动势可，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：视作正弦量，则电压、电流关系的相量式为：视作正弦量，则电压、电流关系的相量式为：视作
40、正弦量，则电压、电流关系的相量式为：第23页，本讲稿共65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，其电压）较小，其电压）较小，其电压）较小，其电压降也较小，与主磁电动势降也较小，与主磁电动势降也较小，与主磁电动势降也较小，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
41、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。第24页，本讲稿共65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。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，
42、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在交流铁心线圈中，处于交变磁通下的铁心内的在交流铁心线圈中，处于交变磁通下的铁心内的在交流铁心线圈中，处于交变磁通下的铁心内的功率损耗称铁损，用功率损耗称铁损，用功率损耗称铁损，用功率损耗称铁损，用 P PFeFe 表示。它与铁心内磁感应强度表示。它与铁心
43、内磁感应强度表示。它与铁心内磁感应强度表示。它与铁心内磁感应强度的最大值的最大值的最大值的最大值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25页，本讲稿共65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
44、比与磁滞单位体积内的磁滞损耗正比与磁滞单位体积内的磁滞损耗正比与磁滞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。变压器和电机选用磁滞回线狭小的磁性材料制作铁心。变压器和电机选用磁滞回线狭小的磁性材料制作铁心。变压器和电机选用磁滞回
45、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。中使用的硅钢等材料的磁滞损耗较低。中使用的硅钢等材料的磁滞损耗较低。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。第26页，本讲稿共65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交变磁通在铁心内
46、产生交变磁通在铁心内产生交变磁通在铁心内产生感应电动势和电流，称为涡流。涡感应电动势和电流，称为涡流。涡感应电动势和电流，称为涡流。涡感应电动势和电流，称为涡流。涡流在垂直于磁通的平面内环流。流在垂直于磁通的平面内环流。流在垂直于磁通的平面内环流。流在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（通常由于硅提高铁心的电阻率（通常由于硅提高铁心的电阻率（通常由于硅提高铁心的电阻率（通常由于硅钢片
47、）。铁心用彼此绝缘的钢片叠钢片）。铁心用彼此绝缘的钢片叠钢片）。铁心用彼此绝缘的钢片叠钢片）。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。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：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27页，本讲稿共65页3.3 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。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
48、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 及负载功及负载功率因数率因数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）概述概述U I P =I RlI S第28页，本讲稿共65页 电力工业中常采用高压输电低压配电，实现节能并保证电力工业中常采用高压输电低压配电，实现节能并保证电力工业中常采用高压输电低压配电，实现节能并保证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：用电安全。具体如
49、下：用电安全。具体如下：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 10kV降压降压降压降压第29页，本讲稿共65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：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30页，本讲稿共
50、65页变压器的结构变压器的结构第31页，本讲稿共65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32页，本讲稿共