1、电工基础电工基础1项目项目6 磁路与变压器磁路与变压器2任务一任务一磁路与铁磁材料的认识磁路与铁磁材料的认识3任务一任务一 磁路与铁磁材料的认识磁路与铁磁材料的认识1.磁感应强度磁感应强度一、磁路的基本物理量一、磁路的基本物理量磁感应强度是用来描述磁场内某点磁场强弱和方向的物理量磁感应强度是用来描述磁场内某点磁场强弱和方向的物理量。磁感应强度方向与产生磁场的电流方向之间满足右手螺旋定磁感应强度方向与产生磁场的电流方向之间满足右手螺旋定则。则。4可用垂直于磁场的通电导体所受的力的大小来衡量可用垂直于磁场的通电导体所受的力的大小来衡量lIFB 特斯拉（简称特特斯拉（简称特T）B在电磁单位制中用高斯
2、（在电磁单位制中用高斯（Gs），），1T=104Gs。 l磁感应强度磁感应强度B大小大小l单位：单位：5磁场中通电导体的磁场中通电导体的长度，单位米（长度，单位米（m）导体中流过的电导体中流过的电流，单位安（流，单位安（A）导体所受的磁场力的导体所受的磁场力的大小，单位牛（大小，单位牛（N）在均匀磁场中，磁感应强度在均匀磁场中，磁感应强度B与垂直于与垂直于B的某一截面积的某一截面积S的的乘积，称为通过该截面的磁通乘积，称为通过该截面的磁通（也称为磁通量），即（也称为磁通量），即BS 韦伯韦伯(Wb)在电磁单位制中用麦克斯韦在电磁单位制中用麦克斯韦(Mx)，1Wb=108Mx。 2.磁通磁通 磁
3、感应强度磁感应强度B在数值上可以看成为与磁场方向相垂直在数值上可以看成为与磁场方向相垂直的单位面积所通过的磁通，故又称的单位面积所通过的磁通，故又称磁通密度磁通密度，简称，简称磁密磁密。 l单位：单位：6表征磁场的另一个矢量物理量，它表示励磁电流表征磁场的另一个矢量物理量，它表示励磁电流 I 在空间在空间产生的磁化力。产生的磁化力。3.磁磁场场强度强度lIdlH安培安培/米（米（A/m)l单位：单位：7I磁导率磁导率是表示介质导磁能力的物理量。是表示介质导磁能力的物理量。真空的磁导率为真空的磁导率为0=410-7H/m，是个常数。空气的磁导率，是个常数。空气的磁导率与之接近。与之接近。0r对非
4、磁性材料，如铜、铝、纸张、空气等，其对非磁性材料，如铜、铝、纸张、空气等，其r1。 4.磁磁导率导率l单位：单位：磁介质中磁感应强度与磁场强度之比称磁导率或绝对磁导率。磁介质中磁感应强度与磁场强度之比称磁导率或绝对磁导率。HBl相对磁导率相对磁导率 任意一种物质的磁导率任意一种物质的磁导率和真空的磁导率和真空的磁导率0的的比值，称为该物质的相对磁导率比值，称为该物质的相对磁导率r，即，即亨亨/米米(H/m)8 常用磁性材料的磁导率常用磁性材料的磁导率材料名称材料名称铸铁铸铁硅钢片硅钢片镍锌铁氧体镍锌铁氧体锰锌铁氧体锰锌铁氧体坡莫合金坡莫合金相对磁导相对磁导率率r2004007000100001
5、010003005000210421059磁性材料主要是指钢、铁、镍、钴及其合金等材料，是制磁性材料主要是指钢、铁、镍、钴及其合金等材料，是制造电机、变压器和各种电器元件铁心的主要材料。从工程应用观造电机、变压器和各种电器元件铁心的主要材料。从工程应用观点，磁性材料的磁性能可用磁化曲线及其磁饱和性、高导磁性、点，磁性材料的磁性能可用磁化曲线及其磁饱和性、高导磁性、磁滞回线及其磁滞性来表征。磁滞回线及其磁滞性来表征。 任务一任务一 磁路与铁磁材料的认识磁路与铁磁材料的认识1.高导磁性高导磁性二二、铁铁磁磁材料性能材料性能磁性材料的磁导率很高，具有被强烈磁化（呈现磁性）磁性材料的磁导率很高，具有被
6、强烈磁化（呈现磁性）的特性的特性。10l磁化曲线磁化曲线2.磁饱和性磁饱和性当铁心线圈的励磁电流当铁心线圈的励磁电流I从零增大时，磁性材料被磁化力从零增大时，磁性材料被磁化力磁化产生磁感应强度磁化产生磁感应强度B，B值随磁场强度值随磁场强度H (由电流由电流I引起引起)值变化值变化曲线称为磁性材料的曲线称为磁性材料的BH磁化曲线。磁化曲线。 磁性物质磁场不随外磁场的增强而增强磁性物质磁场不随外磁场的增强而增强，称，称磁感应强度磁感应强度B达饱和值。达饱和值。11l磁滞回线磁滞回线3.磁滞性磁滞性当铁心线圈中通有交变电流时，当铁心线圈中通有交变电流时，铁心就受到交变磁化，磁感应强度铁心就受到交变
7、磁化，磁感应强度B随磁场强度随磁场强度H的变化。当的变化。当H回到零回到零值时，值时，B还未回到零值。这种磁感还未回到零值。这种磁感应强度应强度H滞后于磁场强度滞后于磁场强度B变化的性变化的性质，称为磁性材料的磁滞性！质，称为磁性材料的磁滞性！表示表示B和和H变化关系的闭合曲变化关系的闭合曲线称为磁滞回线！线称为磁滞回线！-HcHB0BrHc12l磁滞回线磁滞回线3.磁滞性磁滞性-HcHB0BrHc在铁心反复交变磁化的情在铁心反复交变磁化的情况下，当况下，当H=0（即励磁电流（即励磁电流i=0）时，铁心中保留的磁感应强度，时，铁心中保留的磁感应强度，称为剩磁感应强度称为剩磁感应强度Br。欲使剩
8、磁。欲使剩磁消失，必须改变励磁电流方向，消失，必须改变励磁电流方向，以得到反向的磁场强度。使以得到反向的磁场强度。使B=0的的H值，称为矫顽磁力值，称为矫顽磁力Hc。 13 根据磁性材料的磁滞回线，可将磁性材料分为三种类型：根据磁性材料的磁滞回线，可将磁性材料分为三种类型： 磁滞回线较窄，矫顽磁力较小，磁滞回线较窄，矫顽磁力较小，磁滞损耗较小。磁滞损耗较小。任务一任务一 磁路与铁磁材料的认识磁路与铁磁材料的认识1.软磁材料软磁材料三三、磁性物质的分类、磁性物质的分类常用的材料有铸铁、硅钢、坡莫常用的材料有铸铁、硅钢、坡莫合金和软磁铁氧体等。合金和软磁铁氧体等。一般用来制造电机、变压器及电一般用
9、来制造电机、变压器及电器等的铁心等。器等的铁心等。14磁滞回线较宽，矫顽磁力较大，磁滞回线较宽，矫顽磁力较大，磁滞损耗较大。磁滞损耗较大。任务一任务一 磁路与铁磁材料的认识磁路与铁磁材料的认识2.硬磁材料硬磁材料三三、磁性物质的分类、磁性物质的分类常用的有碳钢及铁镍铝钴合金等。常用的有碳钢及铁镍铝钴合金等。 一般用来制造永久磁铁。一般用来制造永久磁铁。 15磁滞回线接近矩形，剩磁大，矫顽磁滞回线接近矩形，剩磁大，矫顽磁力小，稳定性良好。矩磁材料去掉外磁磁力小，稳定性良好。矩磁材料去掉外磁场后，与饱和磁化时方向相同的剩磁能稳场后，与饱和磁化时方向相同的剩磁能稳定地保持下去，所以具有记忆性。定地保
10、持下去，所以具有记忆性。 3.矩磁材料矩磁材料任务一任务一 磁路与铁磁材料的认识磁路与铁磁材料的认识三三、磁性物质的分类、磁性物质的分类在数字信息存储系统中，用作记忆在数字信息存储系统中，用作记忆元件和逻辑元件。元件和逻辑元件。常用的有：镁锰铁氧体及常用的有：镁锰铁氧体及1J51型铁型铁镍合金等。镍合金等。 16任务一任务一 磁路与铁磁材料的认识磁路与铁磁材料的认识1.磁滞损耗磁滞损耗四、磁滞损耗和涡流损耗四、磁滞损耗和涡流损耗铁磁材料在交变磁场的作用下而反复磁化过程中，磁畴铁磁材料在交变磁场的作用下而反复磁化过程中，磁畴之间不停地互相摩擦，消耗能量，因此引起损耗。这种损耗之间不停地互相摩擦，
11、消耗能量，因此引起损耗。这种损耗称为磁滞损耗。称为磁滞损耗。无外磁场情况无外磁场情况有外磁场情况有外磁场情况l磁畴磁畴17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。2.涡流涡流损耗损耗由涡流所产生的功率损耗。由涡流所产生的功率损耗。交变磁通在铁心内产生感应电动势交变磁通在铁心内产生感应电动势和电流，称为涡流。涡流在垂直于磁通和电流，称为涡流。涡流在垂直于磁通的平面内环流。的平面内环流。l涡流涡流18任务一任务一 磁路与铁磁材料的认识磁路与铁磁材料的认识1.安培环路定律（全电流定律）安培环路定律（全电流定律）五、磁路定律五、磁路定律在磁路中，磁场强度沿在磁路中，磁场强度
12、沿任一闭合路径任一闭合路径 的线积分等于的线积分等于此闭合路径所包围的电流的此闭合路径所包围的电流的代数和。代数和。lIdlH若闭合回路上各点的磁场若闭合回路上各点的磁场强度相等且其方向与闭合回路强度相等且其方向与闭合回路的切线方向一致的切线方向一致。则。则FNIIHlFNI称为磁动势称为磁动势单位单位：安培（安培（A）N为线圈的匝数，为线圈的匝数，l为磁路的平均长度为磁路的平均长度。19BH m)/(RFSlNI磁路欧姆定律磁路欧姆定律2.磁路欧姆磁路欧姆定律定律设一段磁路长为设一段磁路长为l，磁路面积为，磁路面积为S的环形线圈，磁力线的环形线圈，磁力线均匀分布于横截面上，这时均匀分布于横截
13、面上，这时B、H与与 之间的关系为之间的关系为SB 根据安培环路定律得磁路的欧姆定律根据安培环路定律得磁路的欧姆定律得：得：式中：式中：Rm称为磁阻，是反映磁路对磁通称为磁阻，是反映磁路对磁通阻碍作用的物理量；阻碍作用的物理量； F 称为磁动势，称为磁动势，单位是安单位是安匝，磁通匝，磁通就是由就是由F 产生的。产生的。20m)/(RFSlNI2.磁路欧姆磁路欧姆定律定律空气隙空气隙的磁导率的磁导率 很小，而且是常数，所以空气隙中的磁很小，而且是常数，所以空气隙中的磁阻很大，且磁阻是线性的。阻很大，且磁阻是线性的。铁磁材料铁磁材料的磁导率的磁导率 不是常数，它随励磁电流而变，所以不是常数，它随
14、励磁电流而变，所以铁磁材料的磁阻是非线性的，但磁阻很小铁磁材料的磁阻是非线性的，但磁阻很小（很多情况可以忽（很多情况可以忽略）略）。21任务一任务一 磁路与铁磁材料的认识磁路与铁磁材料的认识六、交流铁心线圈六、交流铁心线圈线圈又叫绕组，是由线圈又叫绕组，是由导线缠绕而成，缠绕一圈导线缠绕而成，缠绕一圈称为一匝。称为一匝。线圈的匝与匝之间彼线圈的匝与匝之间彼此绝缘此绝缘。l线圈线圈变压器、交流电动机及各种交流电器的铁芯线圈都通入变压器、交流电动机及各种交流电器的铁芯线圈都通入交流电来励磁交流电来励磁。由硅钢片叠压制成的铁心磁路。由硅钢片叠压制成的铁心磁路。22六、交流铁心线圈六、交流铁心线圈iu
15、在交流系统中，电压和磁通的波形非常接近于时间的正在交流系统中，电压和磁通的波形非常接近于时间的正弦函数。弦函数。式中式中： m为铁心磁通的幅值；为铁心磁通的幅值； Bm为磁密的幅值；为磁密的幅值； =2 f为角频率为角频率 ，f 为电源频率为电源频率。假设假设线圈线圈的横截面积为的横截面积为S ，铁心磁通铁心磁通 正弦变化正弦变化。tSBtmmsinsin23六、交流铁心线圈六、交流铁心线圈iu在在 匝绕组中感应的电势为匝绕组中感应的电势为大多数情况下，线圈的电阻很小，漏磁通大多数情况下，线圈的电阻很小，漏磁通 较小，可以忽较小，可以忽略不计略不计，则：，则：tSBtmmsinsin)90si
16、n(2costfNtNdtdNdtdemme)90sin(2tfNeum电压的有效值电压的有效值：mmm124.4422UNfNfN24六、交流铁心线圈六、交流铁心线圈iu即当铁芯线圈上加以正弦交流电压时，铁芯线圈中的磁即当铁芯线圈上加以正弦交流电压时，铁芯线圈中的磁通也是按正弦规律变化通也是按正弦规律变化。在相位上，电压超前于磁通在相位上，电压超前于磁通90，在，在数值上，端电压有效值为数值上，端电压有效值为e)90sin(2tfNeumtSBtmmsinsinmfNU44.425任务二任务二 变压器变压器2627l主要功能主要功能电压变换电压变换电流变换电流变换阻抗变换阻抗变换隔离隔离稳压
17、（磁饱和变压器）稳压（磁饱和变压器）l分类分类任务二任务二 变压器变压器28电源变压器电源变压器环形变压器环形变压器控制变压器控制变压器整流变压器整流变压器任务二任务二 变压器变压器29三相干式变压器三相干式变压器接触式调压器接触式调压器30连接发电机与电网的升压变压器连接发电机与电网的升压变压器连接发电机的封闭母线连接发电机的封闭母线与电网相连的高压出线端与电网相连的高压出线端任务二任务二 变压器变压器一、变压器的基本结构一、变压器的基本结构尽管变压器的种类很多，而且用途、电压等级和容量又各不尽管变压器的种类很多，而且用途、电压等级和容量又各不相同，但其基本结构是相同的。相同，但其基本结构是
18、相同的。变压器主要是由两个或两个以变压器主要是由两个或两个以上绕组（线圈）绕在一个公共铁上绕组（线圈）绕在一个公共铁心柱上，心柱上，铁心铁心和和绕组绕组组合成变压组合成变压器的主体。器的主体。31一、变压器的基本结构一、变压器的基本结构铁心构成变压器的磁路。铁心构成变压器的磁路。铁芯一般是由导磁性能较好的硅铁芯一般是由导磁性能较好的硅钢片叠制而成，硅钢片的表面涂有绝缘漆，为了减少涡流损钢片叠制而成，硅钢片的表面涂有绝缘漆，为了减少涡流损耗，一般由耗，一般由0.350.55mm的表面绝缘的硅钢片交错叠压而成。的表面绝缘的硅钢片交错叠压而成。任务二任务二 变压器变压器1u2u1i2i+一次绕组一次
19、绕组(原边线圈原边线圈)接电源接电源闭合铁心闭合铁心二次绕组二次绕组(副边线圈副边线圈)接负载接负载1.铁心铁心322. 绕组绕组即变压器线圈，即变压器线圈，是变压器的电路是变压器的电路，用绝缘导线绕制而成。，用绝缘导线绕制而成。一、变压器的基本结构一、变压器的基本结构任务二任务二 变压器变压器1u2u1i2i+一次绕组一次绕组(原边线圈原边线圈)接电源接电源闭合铁心闭合铁心二次绕组二次绕组(副边线圈副边线圈)接负载接负载333. 其它其它外壳外壳、油箱、储油柜、防爆管、瓦斯报警器、高压绝缘管套油箱、储油柜、防爆管、瓦斯报警器、高压绝缘管套以及继电保护装置以及继电保护装置34 绕组 铁心 绕组
20、 铁心 （a）心式）心式 （b）壳式）壳式l基本结构形式基本结构形式35l符号符号36二二、变压器的、变压器的工作原理工作原理1u+交流电源交流电源2u+负载负载 1utedd11i1 tedd 222e+1e+11eu 22eu N1N2tNdd2tNdd2 dd1tN dd1tN1u2u dd11tNu tNudd 221i1. 电压变换作用电压变换作用37 dd11tNu tNudd 22kNNUU21211u+交流电源交流电源2u+负载负载 2e+1e+N1N21i改变匝数比，就能改变输出电压。改变匝数比，就能改变输出电压。l结论结论若若k 1，降压变压器；而降压变压器；而kU2I2U
21、20I2N Ol外特性外特性调整率调整率%UUUU10020220表示副绕组输出电压表示副绕组输出电压U2随着输出电流随着输出电流I2的增加而下降的程度的增加而下降的程度44任务二任务二 变压器变压器三、实际变压器的外特性与效率三、实际变压器的外特性与效率在额定功率时，变压器的输出功率在额定功率时，变压器的输出功率P2和输入功率和输入功率 P1的比值，的比值，叫做变压器的效率。叫做变压器的效率。l效率效率效效率率%10012PP45铜损铜损 ( PCu) ：绕组导线电阻的损耗。与负载大小绕组导线电阻的损耗。与负载大小（正比于电流平方）有关。（正比于电流平方）有关。 铁损铁损( PFe )：磁滞
22、损耗：磁滞损耗：涡流损耗涡流损耗46四、变压器同名端判断四、变压器同名端判断任务二任务二 变压器变压器当电流从两个线圈的某一对端子流入时，若两线圈中产生当电流从两个线圈的某一对端子流入时，若两线圈中产生的磁通是相互增强的，则这对端子就称为同名端的磁通是相互增强的，则这对端子就称为同名端。l 同名端同名端 1212 1212用用“”、 “*”、 “”表示。表示。增加增加 同极性端同极性端和绕组的绕和绕组的绕向有关。向有关。 47同名端也可定义为，当一个变大的电流从第一个线圈的一同名端也可定义为，当一个变大的电流从第一个线圈的一端子流入时，在另一个线圈中的会感应电动势，则感应电势高端子流入时，在另
23、一个线圈中的会感应电动势，则感应电势高的一端为第一个线圈电流流入端的同名端。的一端为第一个线圈电流流入端的同名端。 1212+l 同名端判断同名端判断 48l实验方法测实验方法测同名端同名端21USS21U20U1VR49测试注意点：测试注意点：（1）若变压器的高压绕组（即匝数较多的绕组）接电）若变压器的高压绕组（即匝数较多的绕组）接电池，电表应选用最小量程，使指针摆动幅度较大，以利于观池，电表应选用最小量程，使指针摆动幅度较大，以利于观察；若变压器的低压绕组（即匝数较少的绕组）接电池，电察；若变压器的低压绕组（即匝数较少的绕组）接电池，电压表应选用较大量程，以免损坏电表。压表应选用较大量程，
24、以免损坏电表。（2）接通电源瞬间，指针会向某一个方向偏转，但断）接通电源瞬间，指针会向某一个方向偏转，但断开电源时，由于自感作用，指针将向相反方向倒转。如果接开电源时，由于自感作用，指针将向相反方向倒转。如果接通和断开电源的间隔时间太短，很可能只看到断开时指针的通和断开电源的间隔时间太短，很可能只看到断开时指针的偏转方向，而把测量结果搞错。所以接通电源后要等几秒钟偏转方向，而把测量结果搞错。所以接通电源后要等几秒钟后再断开电源，也可以多测几次，以保证测量的准确。后再断开电源，也可以多测几次，以保证测量的准确。50任务一任务一 磁路与铁磁材料的认识磁路与铁磁材料的认识1.自耦变压器自耦变压器五、
25、特殊变压器五、特殊变压器 原、副绕组共用同一个绕组的变压器称为自耦变压器。原、副绕组共用同一个绕组的变压器称为自耦变压器。N2N1u2u1ZL511.自耦变压器自耦变压器五、特殊变压器五、特殊变压器N2N1u2u1ZLKNNIIKNNUU112212121 522.仪用互感器仪用互感器互感器是电力系统中提供测量和保护用的重要设备，互互感器是电力系统中提供测量和保护用的重要设备，互感器可以把高电压改变成低电压，把大电流改变成小电流。感器可以把高电压改变成低电压，把大电流改变成小电流。 五、特殊变压器五、特殊变压器53使测量仪表和继电器与高压装置在电气方面很好地隔离，使测量仪表和继电器与高压装置在
26、电气方面很好地隔离，保证工作人员的安全。保证工作人员的安全。使测量仪表标准化小型化，采用小截面的电缆进行远距使测量仪表标准化小型化，采用小截面的电缆进行远距离测量。离测量。当电路发生短路时，互感器使仪表和电流线圈不受冲击当电路发生短路时，互感器使仪表和电流线圈不受冲击电流的影响。电流的影响。2.仪用互感器仪用互感器作用：作用：将大电流变换为小电流。将大电流变换为小电流。l 电流互感器电流互感器特点：特点：电流互感器原绕组线径较粗，匝数很少，与被测电流互感器原绕组线径较粗，匝数很少，与被测电路负载串联；副绕组线径较细，匝数很多，与电流表及功电路负载串联；副绕组线径较细，匝数很多，与电流表及功率表
27、、电度表、继电器的电流线圈串联。率表、电度表、继电器的电流线圈串联。注意：注意：五、特殊变压器五、特殊变压器副绕组电路不允许副绕组电路不允许开开路路542.仪用互感器仪用互感器作用：作用：将高电压变换成低电压。将高电压变换成低电压。l 电压互感器电压互感器特点：特点：电压互感器的原绕组匝数很多，并联于待测电路电压互感器的原绕组匝数很多，并联于待测电路两端；副绕组匝数较少，与电压表及电度表、功率表、继电两端；副绕组匝数较少，与电压表及电度表、功率表、继电器的电压线圈并联。器的电压线圈并联。 注意：注意：副绕组电路不允许副绕组电路不允许短短路路五、特殊变压器五、特殊变压器553.电焊变压器电焊变压
28、器电焊变压器是为焊接金属工件而设计的特殊变压器。电焊变压器是为焊接金属工件而设计的特殊变压器。特点：特点：空载时应有足够的电弧引燃电压（一般为空载时应有足够的电弧引燃电压（一般为5580V），以便引燃电弧；电弧产生后，电压应迅速下降，在额），以便引燃电弧；电弧产生后，电压应迅速下降，在额定焊接电流时，电压为定焊接电流时，电压为3040V；在短路时（焊条与工件接；在短路时（焊条与工件接触），短路电流不能超过额定电流的触），短路电流不能超过额定电流的1.5倍；具有良好的调节倍；具有良好的调节特性，能在大范围内调节焊接电流的大小，以适应不同规格特性，能在大范围内调节焊接电流的大小，以适应不同规格的焊条和不同焊接工艺要求。的焊条和不同焊接工艺要求。五、特殊变压器五、特殊变压器56作业57END58
