磁性物质不同其磁滞回线和磁化曲线也不同课件.ppt

1、下一页下一页返回返回上一页上一页退出退出 第第5章章 磁路和变压器磁路和变压器5.1 磁场与磁路磁场与磁路 5.2 磁性材料磁性材料5.3 交流铁心线圈电路交流铁心线圈电路 5.4 变压器变压器 下一页下一页返回返回上一页上一页退出退出 在前面的几章中已经讨论过分析与计算各种电路在前面的几章中已经讨论过分析与计算各种电路的基本定律和基本方法。虽然电路是本书所研究的基的基本定律和基本方法。虽然电路是本书所研究的基本对象，但在生产实际中，许多电工设备（例如电机、本对象，但在生产实际中，许多电工设备（例如电机、变压器、电磁铁、电工测量仪器仪表以及其它各种铁变压器、电磁铁、电工测量仪器仪表以及其它各种

2、铁磁元件）中，不仅仅存在电路的问题，同时还存在磁磁元件）中，不仅仅存在电路的问题，同时还存在磁路的问题。在掌握电路的基础上，路的问题。在掌握电路的基础上，本章主要介绍磁场本章主要介绍磁场与磁路的基本概念、磁性材料、交流铁心线圈电路、与磁路的基本概念、磁性材料、交流铁心线圈电路、变压器。变压器。只有同时掌握电路和磁路两方面的内容，才只有同时掌握电路和磁路两方面的内容，才能对各种电工设备做出全面的分析。能对各种电工设备做出全面的分析。 下一页下一页返回返回上一页上一页退出退出5.1 磁场与磁路磁场与磁路5.1.1 磁场的基本知识磁场的基本知识1. 磁感应强度磁感应强度 （磁通密度）（磁通密度）B

3、描述磁场内某点的磁场强弱及方向的物理量称为磁描述磁场内某点的磁场强弱及方向的物理量称为磁感应强度，为了形象地描绘磁场，往往采用磁感应线，感应强度，为了形象地描绘磁场，往往采用磁感应线，常称为磁力线，磁力线是无头无尾的闭合曲线。常称为磁力线，磁力线是无头无尾的闭合曲线。 磁力线的方向与产生它的电流方向满足右手螺旋关系。磁力线的方向与产生它的电流方向满足右手螺旋关系。磁感应强度磁感应强度B的大小的大小: : FB 磁感应强度磁感应强度B的单位的单位: : 特斯拉特斯拉( (T) )，1 1T = 1Wb/m2 均匀磁场均匀磁场: : 各点磁感应强度大小相等，方向相同的磁场。各点磁感应强度大小相等，

4、方向相同的磁场。 下一页下一页返回返回上一页上一页退出退出2. 磁通磁通磁通磁通 的单位的单位: :韦韦 伯伯(Wb) ) 1Wb =1Vs下一页下一页返回返回上一页上一页退出退出3. .磁场强度磁场强度是计算磁场时所引用的一个物理量，也是矢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量，通过它来确定磁场与电流之间的关系HB = 70410/H m0 00下一页下一页返回返回上一页上一页退出退出5.1.2 磁路及其基本定律磁路及其基本定律 磁路：磁路：为了使较小的励磁电流产生足够大的磁通（或磁感应强为了使较小的励磁电流产生足够大的磁通（或磁感应强度），在电机、变压

5、器及各种铁磁元件中常用磁性材料做成一度），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他物质的磁导率定形状的铁心。铁心的磁导率比周围空气或其他物质的磁导率高很多，因此磁通的绝大部分通过铁心而形成一个闭合通路。高很多，因此磁通的绝大部分通过铁心而形成一个闭合通路。这种人为造成的磁通的路径，称为磁路这种人为造成的磁通的路径，称为磁路。 i空气隙空气隙空气隙空气隙线圈线圈铁芯铁芯线圈线圈变压器磁路变压器磁路接触器磁路接触器磁路继电器磁路继电器磁路线圈线圈铁芯铁芯i2i1主磁通主磁通: : 通过磁路（包括空气隙）闭合的磁通。通过磁路（包括空气隙）闭合的磁通。

6、漏磁通：经过磁路周围非铁磁性物质而闭合的磁通。漏磁通：经过磁路周围非铁磁性物质而闭合的磁通。下一页下一页返回返回上一页上一页退出退出1. 安培环路定律安培环路定律描述电流产生磁场的规律描述电流产生磁场的规律 凡导体中有电流流过时，就会产生与该载流导体相交链的磁凡导体中有电流流过时，就会产生与该载流导体相交链的磁通。在磁场中，沿任意一个闭合磁回路的磁场强度线积分等通。在磁场中，沿任意一个闭合磁回路的磁场强度线积分等于该回路所包围的所有电流的代数和，即于该回路所包围的所有电流的代数和，即liHdllH d 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。下一页下

7、一页返回返回上一页上一页退出退出2. 电磁感应定律电磁感应定律描述磁场产生电势的规律描述磁场产生电势的规律 当导体处于变化的磁场（磁通）中时，导体中会产生感应当导体处于变化的磁场（磁通）中时，导体中会产生感应电势，这就是电磁感应现象。这个感应电势的大小和磁通随时电势，这就是电磁感应现象。这个感应电势的大小和磁通随时间的变化率的负值成正比，这就是电磁感应定律。间的变化率的负值成正比，这就是电磁感应定律。 deNdt 下一页下一页返回返回上一页上一页退出退出3 磁路欧姆定律磁路欧姆定律 套装在铁心上用于产生磁通的套装在铁心上用于产生磁通的N匝线圈称为励磁线圈，励磁线圈中的匝线圈称为励磁线圈，励磁线

8、圈中的电流电流i i称为励磁电流。若励磁电流为称为励磁电流。若励磁电流为直流，磁路中的磁通是恒定的，不随直流，磁路中的磁通是恒定的，不随时间变化，这种磁路称为直流磁路，时间变化，这种磁路称为直流磁路，直流电机的磁路属于这一类；若励磁直流电机的磁路属于这一类；若励磁电流为交流，磁路中的磁通是交变的，电流为交流，磁路中的磁通是交变的，随时间变化，这种磁路称为交流磁路，随时间变化，这种磁路称为交流磁路，交流电机、变压器的磁路属于这一类。交流电机、变压器的磁路属于这一类。 下一页下一页返回返回上一页上一页退出退出 假设漏磁通可以不考虑，假设漏磁通可以不考虑， 由全电流定律有由全电流定律有 NiHdll

9、/BH SB/=因可得SlNimRF 在非均匀磁路在非均匀磁路（磁路的材料或截面积不同，或磁场强度不等）（磁路的材料或截面积不同，或磁场强度不等）中，总磁动势等于各段磁压降之和。中，总磁动势等于各段磁压降之和。HLNI总磁动势总磁动势下一页下一页返回返回上一页上一页退出退出5.2 磁性材磁性材料料 铁磁材料（铁磁材料（magnetic material）一般是由铁或铁与钴、）一般是由铁或铁与钴、钨、镍、铝及其他金属的合金构成，迄今为止是最通用的磁钨、镍、铝及其他金属的合金构成，迄今为止是最通用的磁性材料。虽然这些材料的性能差异很大，但决定其性能的基性材料。虽然这些材料的性能差异很大，但决定其性

10、能的基本现象却是共同的。本现象却是共同的。 研究发现，铁磁材料由许许多多的磁畴构成，每个磁畴研究发现，铁磁材料由许许多多的磁畴构成，每个磁畴相当于一个小永磁体，具有较强的磁矩，相当于一个小永磁体，具有较强的磁矩，在没有外磁场作用的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。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。即磁性物质磁性物质能被磁化

11、。能被磁化。 下一页下一页返回返回上一页上一页退出退出1. 高导磁性高导磁性下一页下一页返回返回上一页上一页退出退出2. .磁饱和性磁饱和性下一页下一页返回返回上一页上一页退出退出下一页下一页返回返回上一页上一页退出退出3. .磁滞性磁滞性下一页下一页返回返回上一页上一页退出退出下一页下一页返回返回上一页上一页退出退出下一页下一页返回返回上一页上一页退出退出5.3 交流铁心线圈电路交流铁心线圈电路铁心线圈分为两种。直流铁心线圈通直流励磁（如直流电铁心线圈分为两种。直流铁心线圈通直流励磁（如直流电机的励磁线圈、电磁吸盘以及各种直流电器的线圈）。交机的励磁线圈、电磁吸盘以及各种直流电器的线圈）。交

12、流铁心线圈通交流励磁（如交流电机、变压器以及各种交流铁心线圈通交流励磁（如交流电机、变压器以及各种交流电器的线圈）。流电器的线圈）。 铁心线圈的交流电路如图所示。铁心线圈的交流电路如图所示。 下一页下一页返回返回上一页上一页退出退出u(Ni)i ddtNe tNedd （磁通势）（磁通势）tiLdd 常数iNL下一页下一页返回返回上一页上一页退出退出eeRi u )(ddetiLRi uuuRUUUEIjXIREEIRUR)()()(下一页下一页返回返回上一页上一页退出退出设主磁通设主磁通 sinmt则则 (sin)cosmmd tdeNNN tdtdt 2sin(90 )sin(90 )oo

13、mmfNtEt2mmEfN是主磁电动势是主磁电动势e的幅值，而其有效值为的幅值，而其有效值为24.4422mmmEfNEfN下一页下一页返回返回上一页上一页退出退出(V) SfNB44. 4fN44. 4EUmm下一页下一页返回返回上一页上一页退出退出功率损耗功率损耗1 1、铜损、铜损( ( ) )2 2、铁损、铁损在交变磁通磁路中，铁芯的交变磁化产生的功率损耗。在交变磁通磁路中，铁芯的交变磁化产生的功率损耗。（1 1）磁滞损耗）磁滞损耗下一页下一页返回返回上一页上一页退出退出+ui+uiie下一页下一页返回返回上一页上一页退出退出+ueiie下一页下一页返回返回上一页上一页退出退出5.4 变

14、压变压器器 变压器变压器是一种常见的电气设备，在电力系统和电阻线路中是一种常见的电气设备，在电力系统和电阻线路中应用广泛。应用广泛。变压器除了可变换电压、电流，进行能量变换外，变压器除了可变换电压、电流，进行能量变换外，变压器还用来耦合电路，传递交流信号，并且实现阻抗匹配。变压器还用来耦合电路，传递交流信号，并且实现阻抗匹配。变压器是电力系统的重要设备。变压器是根据电磁感应原理制变压器是电力系统的重要设备。变压器是根据电磁感应原理制成的一种静止电器。它可用来把某一数值的交变电压或电流变成的一种静止电器。它可用来把某一数值的交变电压或电流变换为同频率的另一数值的交变电压或电流，实现电能的经济传换

15、为同频率的另一数值的交变电压或电流，实现电能的经济传输与灵活分配；也可用来变换阻抗、传输信号；还可用来调节输与灵活分配；也可用来变换阻抗、传输信号；还可用来调节电压、测试电量等。电压、测试电量等。下一页下一页返回返回上一页上一页退出退出各式各样的变压器各式各样的变压器下一页下一页返回返回上一页上一页退出退出1. 变压器的分类变压器的分类 变压器的种类很多。变压器的种类很多。 变压器按用途分有：变压器按用途分有：电力变压器、试验用变压器、仪器电力变压器、试验用变压器、仪器用变压器、特殊用途变压器等。用变压器、特殊用途变压器等。 变压器按相数分有：变压器按相数分有：单相和三相变压器两种。单相和三相

16、变压器两种。 变压器按其冷却方式分有：变压器按其冷却方式分有：油浸式变压器（油浸自冷式、油浸式变压器（油浸自冷式、油浸风冷式和强迫油循环等）、干式变压器、充气式变压器、油浸风冷式和强迫油循环等）、干式变压器、充气式变压器、蒸发冷却变压器等。蒸发冷却变压器等。 变压器按其绕组材质分有：变压器按其绕组材质分有：铜绕组和铝绕组两种。铜绕组和铝绕组两种。 变压器按绕组形式分有：变压器按绕组形式分有：自耦变压器自耦变压器（autotransformer）、双绕组变压器、三绕组变压器）、双绕组变压器、三绕组变压器 下一页下一页返回返回上一页上一页退出退出 3. 下一页下一页返回返回上一页上一页退出退出 油

17、浸式电力变压器1信号式温度计；2铬牌；3吸湿器；4储油柜；5油表；6安全气道；7气体继电器；8高压套管；9低压套管；10分接开关；11油箱；12放油阀；13小车下一页下一页返回返回上一页上一页退出退出单相变压器单相变压器1u2u1i2i+变压器的结构变压器的结构变压器的磁路变压器的磁路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铁心铁心一次一次绕组绕组N1二次二次绕组绕组N2铁心铁心下一页下一页返回返回上一页上一页退出退出 3 变压器的工作原理变压器的工作原理 变压器原理图变压器原理图 变压器符号变压器符号 下一页下一页返回返回上一页上一页退出退出电压变换电压变换 原

18、绕组原绕组 11111eeuiR或者或者)()()(1111111111edtdiLiReeiRu 通常原绕组上所加的是正弦电压，上式可用相量表示为：通常原绕组上所加的是正弦电压，上式可用相量表示为： )()()(111111111EIjXIREEIRU 变压器原理图变压器原理图 下一页下一页返回返回上一页上一页退出退出1R1X1由于原绕组的电阻由于原绕组的电阻和感抗感抗(或漏磁通漏磁通）较小较小， 则因而它们两端的电压降也较小，可以忽略不计。则：则因而它们两端的电压降也较小，可以忽略不计。则： 11EU 其有效值其有效值 1114.44mUEfN 同理，可列出副绕组的电压方程：同理，可列出副

19、绕组的电压方程：22222eeuiR或者或者 2222222222)(udtdiLiRueiRe222222UER IjXI224.44mEfN 11224.444.44mmfN EEfN 故 1122ENKEN下一页下一页返回返回上一页上一页退出退出K称为变压器的变比称为变压器的变比（ratio of transformation）。亦即原、）。亦即原、副绕组的匝数比。副绕组的匝数比。由上式表明：变压器原、副绕组的电压比由上式表明：变压器原、副绕组的电压比等于原、副绕组的匝数比。等于原、副绕组的匝数比。 在负载状态下，由于副绕组的电阻和漏抗很小，其上的电压远小于，仍有： 22-EUKNNEE

20、UU=212121在变压器空载时在变压器空载时 KNNEEUU=212120120U是空载时副绕组的端电压。是空载时副绕组的端电压。 下一页下一页返回返回上一页上一页退出退出2. 电流变换电流变换 变压器带负载运行时，副绕组电流的大小取变压器带负载运行时，副绕组电流的大小取决于负载阻抗，而原绕组电流的大小取决于副绕决于负载阻抗，而原绕组电流的大小取决于副绕组电流的大小，这是因为从能量转换的角度看，组电流的大小，这是因为从能量转换的角度看，副绕组向负载输出的功率只能是由原绕组从电源副绕组向负载输出的功率只能是由原绕组从电源吸取，然后通过主磁通传递到副绕组吸取，然后通过主磁通传递到副绕组. 下一页

21、下一页返回返回上一页上一页退出退出2i22Ni11Ni22Ni变压器带负载运行时，由于变压器带负载运行时，由于102211=+NiNiNi用向量表示为：112201I NI NI N 变压器的空载电流是很小的 1122I NI N 原、副绕组的电流关系为原、副绕组的电流关系为 KNNII112210i0i0ii0为变压器的空载电流 下一页下一页返回返回上一页上一页退出退出阻抗变换阻抗变换22IUZ 11IUZ ZKIUKKIKUIUZ22222211 ZKZ2 结论：结论： 变压器一次侧的等效阻抗模，为二次侧所带负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载的阻抗模的K 2 倍。倍。

22、 1U2U1I2IZ+1U1IZ +下一页下一页返回返回上一页上一页退出退出：108800L21 LRRNNK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 ，负载为负载为扬声器，其等效电阻为扬声器，其等效电阻为RL=8 。要。要求求: (1)当当RL折算到原边的等效电阻折算到原边的等效电阻 等于等于信号源内阻信号源内阻时，求变压器的匝时，求变压器的匝数比和信号源输出的功率；数比和信号源输出的功率；（2）当将负载直接与信号源联接）当将负载直接与信号源联接时时,信号源输出多大功率？信号源输出多大功率？I1N2U2IR0+2NRLE信号源信号源+R0E

23、RLI下一页下一页返回返回上一页上一页退出退出 W548008008001202L2L0.RRREP 0LRR W1760888001202L2L0.RRREP （2，为：为：下一页下一页返回返回上一页上一页退出退出V11022055例例5.2 有一电压比为有一电压比为，的降压变压器，如果次级接上的电阻，求变压器初级的输入阻抗的电阻，求变压器初级的输入阻抗。解解1：次级电流次级电流 2=55110=222ZUI21102202121UUNNK1=22=21KII220=1220=111IUZ初级电流初级电流 2=110220=2121UUNNK220=554=2222211ZKZNNZ）（解解

24、2：变压比变压比 输入阻抗输入阻抗 下一页下一页返回返回上一页上一页退出退出例例 下图所示电路中，某交流信号源的电动势下图所示电路中，某交流信号源的电动势 V120=E内阻内阻 800=0R，负载电阻，负载电阻 8=LR试求：试求： （1）信号源输出多大功率？负载电阻吸收多大功率？信号）信号源输出多大功率？负载电阻吸收多大功率？信号源的效率多大？源的效率多大？（2）若要信号源输给负载的功率达到最大，负载电阻应等）若要信号源输给负载的功率达到最大，负载电阻应等于信号源内阻。今用变压器进行阻抗变换，则变压器的匝于信号源内阻。今用变压器进行阻抗变换，则变压器的匝数比应选多少？阻抗变换后信号源的输出功

25、率多大？负载数比应选多少？阻抗变换后信号源的输出功率多大？负载吸收的功率多大？此时信号源的效率又为多少？吸收的功率多大？此时信号源的效率又为多少？ a) 负载与信号源直接相连负载与信号源直接相连 b) 变压器进行阻抗变换变压器进行阻抗变换下一页下一页返回返回上一页上一页退出退出a) 负载与信号源直接相连 b) 变压器进行阻抗变换 c) 图(b)等效电路解：解：1）信号源的输出功率为信号源的输出功率为W8 .17=8+800120=+=+=2L02L0RREERREIEPi 负载吸收的功率负载吸收的功率W176. 0=8)8+800120(=)+(=2L2L0L2RRRERIP 效率效率 %9=

26、8 .17176. 0=iPP下一页下一页返回返回上一页上一页退出退出800=0LRR10=8800=LL21RRNNW5 . 4=800)800+800120(=)+(=2L2L0L2RRRERIPWL09160012022RREPi%50=95 . 4=iPP2）变压器的匝数比应为 负载吸收的功率为：这时信号源输出功率为： 效率为： 下一页下一页返回返回上一页上一页退出退出KNNIIKNNUU112212121 特殊变压器特殊变压器1.1.自耦变压器自耦变压器ABP1u2u1i2iLR1N2N+下一页下一页返回返回上一页上一页退出退出电流表电流表被测电流被测电流=电流表读数电流表读数 N2/N1电流互感器电流互感器（被测电流被测电流）ARi1i2下一页下一页返回返回上一页上一页退出退出电压表电压表被测电压被测电压=电压表读数电压表读数 N1/N2电压互感器电压互感器 VR N1（匝数多（匝数多）保险丝保险丝 N2（匝数少（匝数少）u （被测电压）（被测电压）