第3章磁路和变压器课件.ppt

1、第第3章章 磁路和变压器磁路和变压器3.3 变压器变压器3.4 电磁铁电磁铁 3.1 磁路及其分析方法磁路及其分析方法3.2 交流铁心线圈电路交流铁心线圈电路2023-8-20磁路和变压器22.了解了解变压器的基本结构、工作原理、运行特性和绕组变压器的基本结构、工作原理、运行特性和绕组的同极性端，的同极性端，理解理解变压器额定值的意义；变压器额定值的意义；3.掌握掌握变压器电压、电流和阻抗变换作用；变压器电压、电流和阻抗变换作用；4.了解了解三相电压的变换方法；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.了解了解电磁铁的基本工作原理及其应用知识。电磁铁的基本

2、工作原理及其应用知识。1.理解理解磁场的基本物理量的意义，磁场的基本物理量的意义，了解了解磁性材料的基本磁性材料的基本知识及磁路的基本定律，知识及磁路的基本定律，了解了解磁路分析方法；磁路分析方法；2023-8-20磁路和变压器33.1 磁路及其分析方法磁路及其分析方法3.1.1 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B:表示磁场内某点磁场强弱和方向的物理表示磁场内某点磁场强弱和方向的物理量，是一个矢量。量，是一个矢量。磁感应强度磁感应强度B的方向的方向:电流的方向之间符合右手螺旋定则。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B的单位的单位:特斯拉特斯拉(T

3、)，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，也各点磁感应强度大小相等，方向相同的磁场，也 称称匀强磁场匀强磁场。2023-8-20磁路和变压器42、磁通磁通磁通磁通 ：磁感应强度磁感应强度B与垂直于磁场与垂直于磁场方向的面积方向的面积S的乘积。的乘积。在在均匀磁场中均匀磁场中 =B S 或或 B=/S磁感应强度磁感应强度B在数值上可以看成为与磁场方向垂直的单位面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积所通过的磁通,故又称故又称磁通密度磁通密度。磁通磁通 的单位的单位:韦韦伯伯(Wb)1Wb=1Vs3、磁场强度磁场强度磁场强度磁场强度H：

4、计算磁场时引用的一个物理量，是矢量，通计算磁场时引用的一个物理量，是矢量，通过它来确定磁场与电流之间的关系。过它来确定磁场与电流之间的关系。磁场强度磁场强度H的单位的单位：安培安培/米米（A/m)2023-8-20磁路和变压器5真空的磁导率为常数，用真空的磁导率为常数，用 0表示，有：表示，有：4、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 的导磁能力的导磁能力。H/m10470 相对磁导率相对磁导率 r：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的比值的比值。0r 磁导率磁导率 的单位：的单位：亨亨/米（米（H

5、/m）0BB HH0 BH2023-8-20磁路和变压器63.1.2 磁性材料的磁性能磁性材料的磁性能1.非磁性物质非磁性物质 非磁性物质分子电流的磁场方向杂乱无章，几乎不受外磁非磁性物质分子电流的磁场方向杂乱无章，几乎不受外磁场的影响而互相抵消，不具有磁化特性。场的影响而互相抵消，不具有磁化特性。非磁性材料的磁导率都是常数，有：非磁性材料的磁导率都是常数，有：所以磁通所以磁通 与产生此磁通的电流与产生此磁通的电流 I 成正比，呈线性关系。成正比，呈线性关系。当磁场媒质是非磁性材料时，有：当磁场媒质是非磁性材料时，有：即即 B与与 H 成正比，呈线性关系。成正比，呈线性关系。由于由于lNIH

6、SB ,OHB 0,r 1B=0 H()(I)2.磁性物质磁性物质2023-8-20磁路和变压器7 磁性物质内部形成许多小区域，其分子间存在的一种特殊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。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。能被磁化。磁磁畴畴外外磁磁场场 在没有外磁场作

7、用的普通磁性物质中，各个磁畴排列杂乱无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。章，磁场互相抵消，整体对外不显磁性。磁磁畴畴2023-8-20磁路和变压器8 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 1(如坡莫合金，如坡莫合金，其其 r 可达可达 2 105)。磁性材料磁性材料能被强烈的磁化，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。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，如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

8、种铁磁元件的线圈中都放有铁心。在电机、变压器及各种铁磁元件的线圈中都放有铁心。在这种这种具有铁心的线圈中通入不太大的励磁电流，便可以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。产生较大的磁通和磁感应强度。（1）高导磁性高导磁性2023-8-20磁路和变压器9（2）磁饱和性磁饱和性OHBBab磁化曲线磁化曲线 磁性物质由于磁化所产生的磁化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不会随着外磁场的增强而无限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。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，磁化磁场

9、的磁感应强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。度将趋向某一定值。B-H 磁化曲线的特征：磁化曲线的特征：Oa段：段：B 与与H几乎成正比地增加；几乎成正比地增加；ab段：段：B 的增加缓慢下来；的增加缓慢下来；b点以后：点以后：B增加很少，达到饱和。增加很少，达到饱和。有磁性物质存在时，有磁性物质存在时，B 与与 H不不成正比，磁性物质的磁导率成正比，磁性物质的磁导率 不是常数，随不是常数，随H而变。而变。有磁性物质存在时，有磁性物质存在时，与与 I 不成正比。不成正比。磁性物质的磁化曲线在磁路计算上极为重要，其为非线性磁性物质的磁化曲线在磁路计算上极为重

10、要，其为非线性曲线，实际中通过实验得出曲线，实际中通过实验得出。（3）磁滞性磁滞性 磁性材料在交变磁场中反复磁化，磁性材料在交变磁场中反复磁化，其其B-H关系曲线是一条回形闭合曲线，关系曲线是一条回形闭合曲线，称为称为磁滞回线。磁滞回线。磁滞性：磁滞性：磁性材料中磁性材料中磁感应强度磁感应强度B的变化总是滞后于外磁场的变化总是滞后于外磁场变化的性质。变化的性质。剩磁感应强度剩磁感应强度Br(剩磁剩磁)：当线圈中电流减小到零当线圈中电流减小到零(H=0)时，时，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Hc：使：使 B=0 所需的所需的 H 值。值。磁滞回线磁滞回线OHBBrHc2

11、023-8-20磁路和变压器10 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 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1.0 103H/(A/m)H/(A/m)1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 103B/T1.81.61.41.21.00.80.60.40.2ababcc2023-8-20磁路和变压器11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)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。一般用来制造电一般用来制

12、造电机、电器及变压器等的铁心。常用的有铸铁、硅钢、坡莫合机、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。金即铁氧体等。(2)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。一般用来制造永一般用来制造永久磁铁。常用的有碳钢及铁镍铝钴合金等。久磁铁。常用的有碳钢及铁镍铝钴合金等。(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，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、开关元件和逻辑元件。常用的有镁锰铁氧体等。件和

13、逻辑元件。常用的有镁锰铁氧体等。2023-8-20磁路和变压器123.1.3 磁路的分析方法磁路的分析方法1、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一定形状的铁心。铁心的磁导率比周围空气或其它物质一定形状的铁心。铁心的磁导率比周围空气或其它物质的磁导率高的多，的磁导率高的多，磁通的绝大部分经过铁心形成闭合通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。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交流接触器的磁路交流接触器的磁路2023-8-20磁路和变压器132、磁路的欧姆定律

14、、磁路的欧姆定律（分析磁路的基本定律）（分析磁路的基本定律）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线围绕方向之间符合右螺旋定则符合右螺旋定则的电流作为正，反之为负。的电流作为正，反之为负。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；lH 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。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：IlH d安培环路定律（全电流定律）安培环路定律（全电

15、流定律）I1HI2在均匀磁场中在均匀磁场中 Hl=IN lINH 或或2023-8-20磁路和变压器14例：例：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，磁导率为匀的，磁导率为，试试计算线圈内部计算线圈内部 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lSlHlNI B IlHd设磁路的平均长度为设磁路的平均长度为 l，则有，则有x HxN匝匝即有：即有：SlNImRF式中：式中：F=NI 为磁通势为磁通势，由其产生磁通；，由其产生磁通；Rm 称为磁阻称为磁阻，表示磁路对磁通的阻碍作用；，表示磁路对磁通的阻碍作用；l 为磁路的平均长度为磁路的平均长度；S

16、为磁路的截面积为磁路的截面积。磁路的欧磁路的欧姆定律姆定律2023-8-20磁路和变压器153、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F磁通磁通 磁阻磁阻电路电路电动势电动势 E电流密度电流密度 J 电阻电阻磁感应强度磁感应强度B电流电流 ISlR mSlNIRF mSlR SlEREI NI+_EIR2023-8-20磁路和变压器164、磁路分析的特点、磁路分析的特点(1)在处理电路时不涉及电场问题，在处理电路时不涉及电场问题，在处理磁路时离不开磁场在处理磁路时离不开磁场的概念；的概念；(2)在处理电路时一般可以不考虑漏电流，在在处理电路时一般可以不考虑漏电流，在处理磁路时一

17、般处理磁路时一般都要考虑漏磁通；都要考虑漏磁通；(3)磁路欧姆定律和电路欧姆定律磁路欧姆定律和电路欧姆定律只是在形式上只是在形式上相似。由于相似。由于 不是常数，其随励磁电流而变不是常数，其随励磁电流而变，磁路欧姆定律不能直接用来，磁路欧姆定律不能直接用来计算，只能用于定性分析；计算，只能用于定性分析；(4)在电路中，当在电路中，当 E=0时，时，I=0；但在磁路中，由于；但在磁路中，由于有剩磁有剩磁，当，当 F=0 时，时，不为零不为零；2023-8-20磁路和变压器175、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 (或磁感应强度或磁感应

18、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,求产生预定的磁求产生预定的磁通所需要的磁通势通所需要的磁通势F=NI，确定线圈匝数和励磁电流。确定线圈匝数和励磁电流。基本公式基本公式:nn2211lHlHlHNI 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 段组成，则段组成，则基本公式为：基本公式为：niiilHNI1即即2023-8-20磁路和变压器182023-8-2019基本步骤基本步骤:（由磁通（由磁通 求磁通势求磁通势F=NI）(1)求各段磁感应强度求各段磁感应强度 Bi 各段磁路截面积不同，通过同一磁通各段磁路截面

19、积不同，通过同一磁通 ，故有：，故有：nnSBBSB ,.,S ,2211(2)求各段磁场强度求各段磁场强度Hi:根据各段磁路材料的磁化曲线根据各段磁路材料的磁化曲线 Bi=f(Hi),求求B1，B2，相对应的相对应的 H1，H2，。(3)计算各段磁路的磁压降计算各段磁路的磁压降 （Hi li）(4)根据下式求出磁通势（根据下式求出磁通势（NI）niiilHNI1磁路和变压器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+uNiu(Ni)i ddtNe tNedd（磁通势）（磁通势）主磁通主磁通 ：通过铁心闭合的磁通。通过铁心闭合的磁通。漏磁通漏磁通 ：经过空气

20、或其它非导经过空气或其它非导磁媒质闭合的磁通。磁媒质闭合的磁通。tiLdd 线圈线圈铁心铁心 i，铁心线圈的漏磁电感铁心线圈的漏磁电感 常数常数 iNL 与与i不是线性关系。不是线性关系。2023-8-2020磁路和变压器2023-8-20213.2.2 电压电流关系电压电流关系根据根据KVL:+ee uNieeRi u 式中：式中：R是线圈导线的电阻是线圈导线的电阻 L 是漏磁电感是漏磁电感)(ddetiLRi 当当 u 是正弦电压时是正弦电压时，其它各电压、电流、电动势可视作正弦，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：量，则电压、电流关系的相量式为：)()(EE

21、IRU )(jEIXIR 磁路和变压器2023-8-2022设主磁通设主磁通 则则t,sinm)sin(ddddmttNtNe tN cosm )90t(sin2m fN)90(sinm tE 有效值有效值mmm444222 fN.fNEE EU (V)444444mmSfNB.fN.EU 式中：式中：Bm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T；S 是铁心截面积，单位是铁心截面积，单位m2。)(jEIXIRU 磁路和变压器2023-8-20233.2.3 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。1.铜

22、损（铜损（Pcu）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上的功上的功率损耗称铜损，用率损耗称铜损，用 Pcu 表示。表示。Pcu=RI2式中：式中：R是线圈的电阻；是线圈的电阻；I 是线圈中电流的有效值。是线圈中电流的有效值。2.铁损（铁损（PFe）在交流铁心线圈中，处于交变磁通下的铁心内的功率损在交流铁心线圈中，处于交变磁通下的铁心内的功率损耗称铁损，用耗称铁损，用 PFe 表示。表示。铁损由磁滞和涡流产生。铁损由磁滞和涡流产生。+ui磁路和变压器24（1）磁滞损耗（）磁滞损耗（Ph）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（Ph）。）。磁滞损耗的

23、大小：磁滞损耗的大小：单位体积内的磁滞损耗正比于磁滞回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线的面积和磁场交变的频率 f。OHB磁滞损耗转化为热能，引起铁心发热。磁滞损耗转化为热能，引起铁心发热。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。电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心饱和程度。设计时应适当选择值以减小铁心饱和程度。2023-8-20磁路和变压器2023-8-2025(2)涡流损耗（涡流损耗（Pe）涡流损耗涡流损耗:由涡

24、流所产生的功率损耗。由涡流所产生的功率损耗。涡流涡流：交变磁通在铁心内产生感应电动交变磁通在铁心内产生感应电动势和电流，称为涡流。涡流在垂直于磁势和电流，称为涡流。涡流在垂直于磁通的平面内环流。通的平面内环流。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。减少涡流损耗措施：减少涡流损耗措施：提高铁心的电阻率。铁心用彼此绝缘的钢提高铁心的电阻率。铁心用彼此绝缘的钢片叠成，把涡流限制在较小的截面内。片叠成，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：Fe2cosPRIUIP 磁路和变压器2023-8-2026 先将实际铁心线圈的线圈电

25、阻先将实际铁心线圈的线圈电阻R、漏磁感抗、漏磁感抗X 分出，得到分出，得到用理想铁心线圈表示的电路；用理想铁心线圈表示的电路；+ueu iRX +uRu 实际铁心线圈电路实际铁心线圈电路理想铁心线圈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 +ee ui3.2.4 等效电路等效电路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。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。等效条件：等效条件：在同样电压作用下，功率、电流及各量之间的在同样电压作用下，功率、电流及各量之间的相位关系保持不变。相位关系保持不变。磁路和变压器2023-8-2027+ueu iRX +uRu X0

26、R0 2Fe0IPR 2Fe0IQX 式中：式中：PFe为铁损，为铁损，QFe为铁心储放能量的无功功率。为铁心储放能量的无功功率。IUIUXRZ 20200故有：故有：+ee u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，可用具有电阻理想铁心线圈有能量的损耗和储放，可用具有电阻R0和感和感抗抗X0串联的电路等效。其中：电阻串联的电路等效。其中：电阻R0是和铁心能量损耗是和铁心能量损耗(铁损铁损)相应的等效电阻，感抗相应的等效电阻，感抗X0是和铁心能量储放相应的等效感抗。是和铁心能量储放相应的等效感抗。其参数为：其参数为：等效电路等效电路磁路和变压器例例1:有一

27、交流铁心线圈，电源电压有一交流铁心线圈，电源电压 U=220 V电路中电流电路中电流 I=4 A，功率表读数，功率表读数P=100W，频率，频率f=50Hz，漏磁通和线圈，漏磁通和线圈电阻上的电压降可忽略不计，试求电阻上的电压降可忽略不计，试求:(1)铁心线圈的功率因数；铁心线圈的功率因数；（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。11404220100cos.UIP 解解:(1)(2)铁心线圈的等效阻抗模为铁心线圈的等效阻抗模为 554220 IUZ等效电阻为等效电阻为0R.IPRRR 2564100220等效感抗为等效感抗为0X.RXXX 6 5425655Z222202

28、023-8-2028磁路和变压器2023-8-20正弦交流电路29例例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=220 V，频率，频率 f=50Hz，今量得铁心截面为，今量得铁心截面为30.2 cm2,铁心由硅钢片叠成，设铁心由硅钢片叠成，设叠片间隙系数为叠片间隙系数为0.91(一般取一般取0.90.93)。（。（1）如取）如取 Bm=1.2T，问线圈匝数应为多少问线圈匝数应为多少?(2)如磁路平均长度为如磁路平均长度为 60cm,问励磁电流问励磁电流应多大应多大?2cm 527910230.S 铁心的有效面积为铁心的有效面积为(1)线圈匝数为线圈匝数为(2)查

29、磁化曲线图，查磁化曲线图，B=1.2T时时,=700，则，则3001052721504442204444m .SfB.UN A13002106070022m NlHI解解:2023-8-20303.3 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。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：3.3.1 变压器的工作原理变压器的工作原理变压器符号变压器符号磁路和变压器2023-8-20正弦

30、交流电路31 电力工业中常采用电力工业中常采用高压输电低压配电高压输电低压配电，实现节能并保，实现节能并保证用电安全。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 10kV降压降压降压降压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1u2uLZ1i2i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

31、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。2023-8-20磁路与变压器322023-8-2033(1)空载运行情况空载运行情况1.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。二次侧开路。0i02i1u+20u+2e+1e+1e+11N2N 1u dd11tNe i0(i0N1)1 dd011tiLe tNedd 22 空载时，铁心空载时，铁心中主磁通中主磁通 是是由一次绕组磁由一次绕组磁通势产生的。通势产生的。磁路和变压器2023-8-2034(2)带负载运行情况带负载运行情况1.电磁关系电磁关系一次侧接交流电源，一次侧接交流电源，二次侧接

32、负载。二次侧接负载。1u+1e+1e+11N2N 1u dd11tNe 1 dd111tiLe tNedd 22 i1(i1N1)i1i2(i2N2)2有载时，铁心中主有载时，铁心中主磁通磁通 是是由一次、由一次、二次绕组磁通势共二次绕组磁通势共同产生的合成磁通。同产生的合成磁通。2i2+e2+e 2+u2 Z dd2tiLe22 磁路和变压器2023-8-20352.电压变换电压变换（设加正弦交流电压）（设加正弦交流电压）t)sin(tNtNm111 dddde tN cosm1 )90t(sinm1 E1m144.4NfE 222111mmfNEE 有效值有效值:同同 理：理：)90t(s

33、inm22 Ee2m244.4NfE 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t,sinm(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磁路和变压器2023-8-2036根据根据KVL：1111111111jEIXIREEIRU 变压器一次侧等效电路如图变压器一次侧等效电路如图1m1111444Nf.EUEU 由于电阻由于电阻 R1 和感抗和感抗 X1(或漏磁通或漏磁通)较小较小,其两端的电压也较其两端的电压也较小小,与主磁电动势与主磁电动势 E1比较可忽略不计，则比较可忽略不计，则1E1R1I1U1E+(2)一次、二次侧电压一次、二次侧电压式中式中 R1 为

34、为一次侧一次侧绕组的电阻绕组的电阻;X1=L 1 为为一次侧一次侧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)。磁路和变压器2023-8-2037KNNEEUU 2121201（匝比）（匝比）K为为变比变比对二次侧，对二次侧，根据根据KVL：2m220224440Nf.EUU,I 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。222222222jUIXIRUEIRE 2式中式中 R2 为为二次二次绕组的电阻绕组的电阻;X2=L 2 为为二次二次绕组的感抗；绕组的感抗；为为二次二次绕组的端电压。绕组的端电压。2U变压器空载时变压器空载时:+u21u+

35、1e+1e+1N2Ni1i2+e2+e 2式中式中U20为变压器空载电压。为变压器空载电压。故有故有磁路和变压器2023-8-2038三相电压的变换三相电压的变换ABCXYZabczyx1)三相变压器的结构三相变压器的结构高压绕组：高压绕组：A-X B-Y C-ZX、Y、Z：尾端：尾端A、B、C：首端：首端低压绕组：低压绕组：a-x b-y c-za、b、c：首端：首端x、y、z：尾端：尾端2)三相变压器的联结方式三相变压器的联结方式/000YYYYYYYY、联结方式：联结方式：高压绕组接法高压绕组接法低压绕组接法低压绕组接法:YY0/三相配电变压器三相配电变压器:Y/动力供电系统（井下照明）

36、动力供电系统（井下照明）:Y0/高压、超高压供电系统高压、超高压供电系统常用接法常用接法:磁路和变压器2023-8-2039（1）三相变压器）三相变压器Y/Y0联结联结线电压之比：线电压之比：A311PUU CB1UKUU312P bKUU12 ca+KUUUUUU 2P1P2P1P2133磁路和变压器2023-8-2040（2）三相变压器）三相变压器Y0/联结联结线电压之比：线电压之比：A311PUU CB1UKUUU312P2 abc+KUUUUUUPPPP333212121 磁路和变压器2023-8-20413.电流变换电流变换(一次、二次侧电流关系一次、二次侧电流关系)有载运行有载运行

37、2222ZUIZ 1m11 44 4 Nf.EU 可见，铁心中主磁通的最大值可见，铁心中主磁通的最大值 m在变压器空载和有载时在变压器空载和有载时近似保持不变。即有近似保持不变。即有 不论变压器空载还是有载，不论变压器空载还是有载，一次绕组上的阻抗压降均可一次绕组上的阻抗压降均可忽略，故有忽略，故有由上式，若由上式，若U1、f 不变，则不变，则 m 基本不变，近于常数。基本不变，近于常数。空载空载：m10 Ni有载：有载：m2211 NiNi+|Z|2i1u2e1i1e1N2N+2u磁路和变压器2023-8-2042一般情况下：一般情况下：I0 (23)%I1N 很小可很小可忽忽略。略。221

38、1 NiNi 所所以以或或2211NINI 2211NINI 所所以以KNNII11221 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：221011NiNiNi 1.提供产生提供产生 m的磁势的磁势2.提供用于补偿提供用于补偿 作用作用的磁势的磁势22Ni磁势平衡式：磁势平衡式：102211NiNiNi 空载磁势空载磁势有载磁势有载磁势磁路和变压器2023-8-20434.阻抗变换阻抗变换由图可知：由图可知：22IUZ 11IUZ ZKIUKKIKUIUZ22222211 ZKZ2 结论：结论：变压器一次侧的等效阻抗模，为二次侧所变压器一次侧的等效阻抗模，为

39、二次侧所带负载的阻抗模的带负载的阻抗模的K 2 倍。倍。1U2U1I2IZ+1U1IZ+磁路和变压器(1)变压器的匝数比应为：变压器的匝数比应为：信号源信号源IER0RL+108800LL21 RRNNKIE1N2U2ILR2NR0+【解解】【例例6.5.1】如图，交流信号源的如图，交流信号源的电动势电动势 E=120V，内阻，内阻 R 0=800，负载为扬声器，其等效电阻为负载为扬声器，其等效电阻为RL=8。要求。要求:（1）当）当RL折算到原边折算到原边的等效电阻的等效电阻 时，求变压时，求变压器的匝数比和信号源输出的功率；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）当将

40、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？0LRR 2023-8-2044磁路和变压器信号源的输出功率：信号源的输出功率：W548008008001202L2L0.RRREP 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。0LRR 原因：满足了最大功率输出的条件：原因：满足了最大功率输出的条件：W1760888001202L2L0.RRREP （2）将负载直接接到信号源上时，输出功率为：）将负载直接接到信号源上时，输出功率为：1.变压器的型号变压器的

41、型号变压器的铭牌和技术数据变压器的铭牌和技术数据S J L 1000/10 变压器额定容量变压器额定容量(KVA)铝线圈铝线圈 冷却方式冷却方式J:油浸自冷式油浸自冷式F:风冷式风冷式相数相数S:三相三相D:单相单相 高压绕组的额定电压高压绕组的额定电压(KV)2023-8-2046磁路和变压器2023-8-2047 额定电压额定电压 U1N、U2N 变压器二次侧变压器二次侧开路（空载）开路（空载）时，一次、二次侧绕组允许时，一次、二次侧绕组允许的电压值的电压值单相：单相：U1N，一次侧电压，一次侧电压，U2N，二次侧空载时的电压，二次侧空载时的电压三相：三相：U1N、U2N，一次、二次侧的线

42、电压，一次、二次侧的线电压 额定电流额定电流 I1N、I2N 变压器变压器满载满载运行时，一次、二次侧绕组允许的电流值。运行时，一次、二次侧绕组允许的电流值。单相：一次、二次侧绕组允许的电流值单相：一次、二次侧绕组允许的电流值三相：一次、二次侧绕组线电流三相：一次、二次侧绕组线电流5.变压器额定值变压器额定值磁路和变压器2023-8-2048 额定容量额定容量 SN:传送功率的最大能力。传送功率的最大能力。单相：单相：三相：三相：N1N1N2N2NIUIUS N1N1N2N2N33IUIUS 容量容量 SN 输出功率输出功率 P2 一次侧输入功率一次侧输入功率 P1 输出功率输出功率 P2注意

43、：变压器几个功率的关系（单相）注意：变压器几个功率的关系（单相）效率效率N1N1NIUS 容量：容量：21PP 一次侧输入功率：一次侧输入功率：cos222IUP 输出功率：输出功率：变压器运行时变压器运行时的功率取决于的功率取决于负载的性质负载的性质磁路和变压器2023-8-20493.3.2 变压器的外特性变压器的外特性当一次侧电压当一次侧电压 U1和负载功率因数和负载功率因数 cos 2保持不变时，二次侧保持不变时，二次侧输出电压输出电压 U2和输出电流和输出电流 I2的关系，的关系，U2=f(I2)。U20：一次侧加额定电压、：一次侧加额定电压、二次侧开路时，二次侧的二次侧开路时，二次

44、侧的输出电压。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I2的变化，的变化，U2 变化不大），变化不大），电压变化率约在电压变化率约在5%左右。左右。电压变化率：电压变化率：%100%20220 UUUU)(22IfU cos 2=0.8(感性）感性）U2I2U20I2Ncos 2=1O磁路和变压器2023-8-20503.3.3 变压器的效率变压器的效率()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(PCu)：绕组导线电阻的损耗。绕组导线电阻的损耗。涡流损耗：交变磁通在铁心中产生的感涡流损耗：交变磁通在铁心中产生的感 应电流应电流(涡流涡流)造成的损耗。

45、造成的损耗。磁滞损耗：磁滞现象引起铁心发热，造磁滞损耗：磁滞现象引起铁心发热，造 成的损耗。成的损耗。铁损铁损(PFe)：FeCu2212PPPPPP 变压器的效率为变压器的效率为一般一般 95%,负载为额定负载的负载为额定负载的(5075)%时，时，最大。最大。输出功率输出功率输入功率输入功率磁路和变压器2023-8-2051 当电流流入当电流流入(或流出）两个线圈时，若或流出）两个线圈时，若产生的磁通方向相同产生的磁通方向相同，则两个流入则两个流入(或流出）端称为或流出）端称为同极性端。同极性端。AXax AXax1.同极性端同极性端(同名端同名端)或者说，当铁心中磁通变化时，在两线圈中产

46、生的或者说，当铁心中磁通变化时，在两线圈中产生的感应电感应电动势极性相同动势极性相同的两端为同极性端。的两端为同极性端。同极性端用同极性端用“”表示表示。增加增加+同极性端和绕同极性端和绕组的绕向有关。组的绕向有关。3.3.4 变压器绕组的极性变压器绕组的极性 磁路和变压器2023-8-2052联接联接 23 Nf.Um2444220 变压器原一次侧有两个额定电压为变压器原一次侧有两个额定电压为 110V 的绕组：的绕组：2.线圈的接法线圈的接法NN1324 NN1324 联接联接 13，2 4ii Nf.U444110m 当电源电压为当电源电压为220V时：时：220u+110u+电源电压为

47、电源电压为110V时：时：磁路和变压器2023-8-2053问题：问题：如果两绕组的极性端接错，结果如何？如果两绕组的极性端接错，结果如何？结论：结论：在同极性端不明确时，一定要先测定同极性端再通电。在同极性端不明确时，一定要先测定同极性端再通电。答：有可能烧毁变压器答：有可能烧毁变压器两个线圈中的磁通抵消两个线圈中的磁通抵消原因：原因：电流电流 很大很大11Rui 1111eRiu 烧毁变压器烧毁变压器感应电势感应电势0e1324NNi +u磁路和变压器2023-8-2054KNNIIKNNUU112212121 使用时，改变滑动端的位置，便可得到不同的输出电压。实使用时，改变滑动端的位置，

48、便可得到不同的输出电压。实验室中用的调压器就是根据此原理制作的。验室中用的调压器就是根据此原理制作的。注意：一次、二注意：一次、二次侧千万不能对调使用，次侧千万不能对调使用，以防变压器损坏。因为以防变压器损坏。因为N变小时，磁变小时，磁通增大，电流会迅速增加。通增大，电流会迅速增加。3.3.5 特殊变压器特殊变压器1.自耦变压器自耦变压器ABP1u2u1i2iLR1N2N+磁路和变压器2023-8-2055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/N11.二次侧不能开路，以二次侧不能开路，以防产生高电压；防产生高电压；2.铁心、低压绕组的铁心、低压绕组的 一一端接地，以防在端接

49、地，以防在 绝缘绝缘损坏时，在二次侧出损坏时，在二次侧出现过压。现过压。使用注意事项：使用注意事项：2.电流互感器电流互感器实现用低量程的电流表测量大电流。实现用低量程的电流表测量大电流。（被测电流）（被测电流）N1（匝数少（匝数少）N2（匝数多（匝数多）ARi1i2磁路和变压器2023-8-20563.4 电磁铁电磁铁1.概述概述 电磁铁是利用通电的铁心线圈吸引衔铁或保持某种机电磁铁是利用通电的铁心线圈吸引衔铁或保持某种机械零件、工件于固定位置的一种电器。当电源断开时电磁械零件、工件于固定位置的一种电器。当电源断开时电磁铁的磁性消失，衔铁或其它零件即被释放。电磁铁衔铁的铁的磁性消失，衔铁或其

50、它零件即被释放。电磁铁衔铁的动作可使其它机械装置发生联动。动作可使其它机械装置发生联动。根据使用电源类型分为：根据使用电源类型分为：直流电磁铁：直流电磁铁：用直流电源励磁用直流电源励磁交流电磁铁：交流电磁铁：用交流电源励磁用交流电源励磁磁路和变压器2023-8-20572.基本结构基本结构 电磁铁由线圈、铁心及衔铁三部分组成，常见的结构如图电磁铁由线圈、铁心及衔铁三部分组成，常见的结构如图所示。所示。铁心铁心衔铁衔铁衔铁衔铁有时是机械零件、工件充有时是机械零件、工件充当衔铁当衔铁FFFF线圈线圈线圈线圈衔铁衔铁铁心铁心线圈线圈铁心铁心磁路和变压器2023-8-20583.电磁铁吸力的计算电磁铁