1、第五章第五章 磁路与变压器磁路与变压器电工技术电工技术高等教育出版社高等教育出版社第五章第五章 磁路与变压器磁路与变压器-重要公式重要公式主磁电动势e的有效值kNNUU 21201221211IkINNI ZkZ2 mfNEU 44.4（5.2.5）（5.5.9）（5.5.12）（5.5.13）变压器的电压、电流、阻抗变换变压器的电压、电流、阻抗变换5.1.1磁路磁路磁路就是磁通的路径磁路就是磁通的路径。磁场集中分布于由铁心构成的闭磁场集中分布于由铁心构成的闭合路径内。合路径内。磁路中的磁路中的磁通磁通由励磁线圈中的由励磁线圈中的励励磁电流产生磁电流产生，经过铁心和空气，经过铁心和空气隙而闭合
2、隙而闭合。5.1.1常见的磁路n常见的磁路 （a）变压器；（b）电磁铁；（c）磁电式电表有气隙，永磁体i有气隙，电流励磁无气隙，电流励磁5.1.1磁场的基本物理量B磁场强度磁感应强度磁通磁导率磁场强弱和方向的矢量，单位为单位为T（特斯拉）确定磁场与激励电流之间关系的矢量，单位为单位为A/m（安每米）（安每米）H通过垂直于磁场方向面积的磁通量单位是韦伯（Wb）。物质影响磁场强弱的能力。单位为H/m(亨每米)，真空的磁导率mH71040 0 r相对磁导率相对磁导率（1）磁场强度磁场强度H是一个用来确定磁场与电流之间关系的矢量，满足安培环流定律：)(IHdl磁场强度是辅助物理量，而磁感应强度B是基本
3、物理量。（5.1.1）在国际单位制中，磁场强度的单位是A/m（安每米）（安每米）。(2)磁感应强度磁感应强度n磁感应强度B是表示磁场内某点的磁场强弱强弱和方向方向的矢量.n在磁场中,长度为l，电流为I,与磁场方向垂直的导体，如果导体所受力为F，则该点磁感应强度为 n单位为单位为T（特斯拉）（特斯拉）n均匀磁场：各点的B大小相等、方向相同。lIF B(3)磁通n在均匀磁场中，若垂直于磁场方向的面积为S则通过该面积的磁通 AB 式中B为磁感应强度又称为磁通密度，磁通的单位是磁通的单位是伏伏秒秒（VS），通常称为韦伯韦伯（Wb）。A或 （5.1.2）(4)磁导率磁导率，物质影响磁场的强弱能力。HB磁
4、导率的国际单位制单位为磁导率的国际单位制单位为H/m(亨每米亨每米)，（5.1.3）磁导率H/m(亨每米)2米米韦伯韦伯（面积）（面积）（磁通）（磁通）（ATB 米米亨亨米米秒秒欧欧米米安安秒秒伏伏米米安安米米韦韦）特特斯斯拉拉 /)/(2MAHTB（秒）（秒）（韦伯）（韦伯）（伏）（伏）dtdNe 电磁感应定律磁通的单位是伏秒，称为韦伯5.1.1-磁导率磁导率n真空的磁导率真空的磁导率n相对磁导率相对磁导率：任意一种物质的磁导率和真空的磁导率的比值。n非磁性材料中 即n磁性材料中即mH7104000r01r01r5.1.2磁性材料的磁性能磁性材料的磁性能 n1高导磁性：铁磁材料导磁率很高（可
5、达10010000数量级）。n磁化曲线：由于磁化曲线是非线性曲线，故磁路是非线性的。5.1.2磁性材料的磁性能磁性材料的磁性能nn磁化曲线 5.1.2磁性材料的磁性能磁性材料的磁性能n铁磁材料的磁化特性（用磁畴理论说明）(a)磁化前 (b)磁化后 磁性物质的磁化 5.1.2磁性材料的磁性能磁性材料的磁性能在外磁场作用下，磁畴将顺着外磁场的方向转动，显示出很强的磁性，使铁磁材料内部的磁感应强度大大增加，如图（b）所示。5.1.2磁性材料的磁性能磁性材料的磁性能n2磁饱和性磁饱和性当外磁场增大到一定值时，其内部所有的磁畴已当外磁场增大到一定值时，其内部所有的磁畴已基本上转向与外磁场一致的方向。因而
6、，当外基本上转向与外磁场一致的方向。因而，当外部磁场再增大时，其磁化磁感应强度部磁场再增大时，其磁化磁感应强度BJ不再继不再继续增加，如图所示续增加，如图所示 5.1.2磁性材料的磁性能磁性材料的磁性能附点膝点饱和点5.1.2磁性材料的磁性能磁性材料的磁性能n图5.1.5 磁滞回线Hc称为矫顽力称为矫顽力Br称为剩磁感应强度5.1.2磁性材料的磁性能磁性材料的磁性能n3磁滞性n当铁磁材料被磁化，磁场强度H由零增加到某值（H=+Hm）后，如果再减少H，此时B并不沿着原来的曲线返回，而是沿着位于其上部的另一条曲线减弱，如图5.1.5所示。5.1.3-1.磁路欧姆定律磁路欧姆定律mmRFAlINlI
7、NA INFm 磁路的长度成反比通过的电流I磁阻磁导率磁路的截面积A磁势磁通匝数N磁通RVI 电阻电阻的长度电阻的截面积A电导率电的欧姆定律ALALR 导电率AlRm 5.1.3 1.磁路欧姆定律磁路欧姆定律图5.1.7带绕组的铁心面积面积A磁路平均磁路平均长度长度L磁通集中在叠片回路中磁通集中在叠片回路中励磁电流励磁电流匝数匝数回回255.1.3磁路基本定律磁路基本定律n2磁路基尔霍夫定律磁路基尔霍夫定律 np117磁路中的任一闭合路径，在任一时刻，沿该闭合路径的各段磁路压降的代数和等于环绕此闭合路径的所有磁通势的代数和n在计算过程中，若磁路是均匀的，则可直接利用求出磁路的磁通势。n若磁路由
8、不同的材料或不同的长度和截面积的若干段组成，即磁路由磁阻不同的几段串联而成，则可利用上式求解。)NI()Hl(HlINF5.2交流铁心线圈电路交流铁心线圈电路n铁心线圈分为两种直流铁心线圈、交流铁心线圈。n直流铁心线圈通直流来励磁n交流铁心线圈通交流来励磁，电磁关系和功率损耗有其特殊规律。5.2交流铁心线圈电路交流铁心线圈电路1电磁关系p119n图5.2.1交流铁芯线圈电路mfNEU 44.4所加电压有效值，伏特(V)反电动势有效值，只考虑大小，不论方向。伏特(V)22赫兹(Hz)韦伯(WbP120-1注意例5-2 p124记记5.2交流铁心线圈电路交流铁心线圈电路n2.铁心损耗n线圈电阻R上
9、的功率损耗称为铜损铜损。n铁损包括磁滞和涡流损耗。叠片叠片选材料选材料回回21书书P120图图5.2.3涡流损耗与应用涡流损耗与应用P120-倒倒1253 电磁铁电磁铁n电磁铁电磁铁是利用通电的铁心线圈吸引衔铁而工作的一种电器。P121电磁铁按其励磁电流种类的不同可分为直流电磁铁和交流电磁铁两种。n直流电磁铁的励磁电流是恒定不变的，其大小只决定于线圈上所加的直流电压U和线圈电阻R的大小。几种电磁铁-图5.3.1-P121(a)马蹄式 (b)螺管式 (c)拍和式 图5.3.1 几种电磁铁 1-线圈 2-铁心 3-衔铁几种交流电磁铁图5.3.2 交流电磁铁的吸力nP121 图5.3.2 -吸力不稳
10、的原因np208图 9.1.3-吸力不稳 的解决办法交流电磁铁两磁极间的吸力nP209 图9.1.4-交流电磁铁nP213 图9.1.10-交流电磁铁54 变压器的分类、作用和构造变压器的分类、作用和构造作用：具有：作用：具有：变电压、变电压、变电流、变电流、变阻抗变阻抗分类：两大类分类：两大类 电力变压器电力变压器 特殊变压器特殊变压器54 变压器的分类、作用和构造变压器的分类、作用和构造n变压器的基本结构 P122图5.4.1 n（a）单相心式 （b）单相壳式55 变压器的工作原理变压器的工作原理n5.5.1 变压器的空载运行变压器的空载运行 P12355 变压器的工作原理变压器的工作原理
11、kNNUU 21201P1245.5.9-k称为变压器的变比称为变压器的变比kNNIII1122 P1255.5.12-反比反比变电压变电压-正比正比变电流变电流-反比反比例5-2 P124直接套用P120-5.2.5式5.5 变压器的变压器的阻抗变换阻抗变换-重点重点n在变压器的副边接上负载阻抗Z，则在原边看进去，可用一个阻抗来等效暗，Z（a）变压器的阻抗变换作用 (b)用阻抗来等效图5.5.3变压器的等效电路变压器的变压器的阻抗变换ZIU 2211ZIU 21221kIIUUZZ ZkZ2 5.5.9式式P1245.5.12式式P12555变压器的阻抗变换作用变压器的阻抗变换作用 阻抗匹配
12、采用适当的匝数比，使变换后的阻抗等于电源的内阻，称之为阻抗匹配。匹配时，负载上可获得最大功率。例5-3-阻抗变换习题（1）当RL=R0匹配时，求匝数比及输出功率。（2）求负载直接联接时，电源的输出功率。6518021 LLRRNNkWRRREPLL55.018018018020220 WRRREPLL058.05518020220 E=20V1805匝数比有变压器的输出功率直接联接时的输出功率56变压器的运行特性变压器的运行特性n图5.6.1变压器的外特性曲线 56变压器的运行特性变压器的运行特性副绕组的电压变化程度说明了变压器的性能%100%222NNUUUUU2N变压器副边的额定电压，即空
13、载电压；U2当电流为额定电流时的副边电压n电压变化率越小，变压器的稳定性越好。一般变压器的电压变化率约为4%6%(5.6.1)P12656变压器的运行特性变压器的运行特性 变压器的损耗与效率变压器的损耗与效率P127 变压器的效率很高，变压器的效率很高，对于大容量的变压器，对于大容量的变压器，其效率一般可达其效率一般可达95%99%。P127例例5-4自己看自己看5.8.1 特殊用途的变压器特殊用途的变压器图5.8.1 自耦变压器自耦变压器220V0-240V中线中线火线火线中线中线使用完毕后，使用完毕后，手柄应退回零位。手柄应退回零位。5.8.1-自耦变压器的自耦变压器的错误错误接法接法22
14、0V0-240V中线中线火线火线无中线无中线注意，不要这样接线！注意，不要这样接线！5.8.2-仪用互感器仪用互感器-P130-重点重点使用互感器可以扩大仪表的测量范围，使仪表与高压隔开，保证仪表安全使用。仪用互感器分为电压互感器和电压互感器和电流互感器两种电流互感器两种。5.8 特殊用途的变压器特殊用途的变压器-重点重点、电压互感器、电压互感器21kUU 21NNk n注意：注意：副绕组副绕组不许短路不许短路，否则烧坏互感器。，否则烧坏互感器。为安全，高压与仪表间高绝缘隔离。为安全，高压与仪表间高绝缘隔离。铁心与副边应安全接地。铁心与副边应安全接地。图5.8.3 电压互感器电压流互感器副边的
15、额定电压一般为100V。58 特殊用途的变压器特殊用途的变压器-重点重点n、电流互感器、电流互感器2121INNI 电流互感器副边的额定电流一般为5A。n注意：注意：副绕组副绕组不许开路不许开路，否则烧坏互感器。，否则烧坏互感器。为安全，高压与仪表间高绝缘隔离。为安全，高压与仪表间高绝缘隔离。铁心与副边应安全接地。铁心与副边应安全接地。原边匝数很少原边匝数很少 小结n磁路由导磁性能良好的铁磁材料构成。铁磁材料具有高导磁性、磁饱和性及磁滞性等特点。按其磁滞回线形状不同可分为软磁材料、硬磁材料和矩磁材料三类。n变压器是利用电磁感应原理制成的一种静止的电气设备，由铁心和绕组组成。其基本作用是改变交流电压，电流和阻抗的大小。分别用公式、和来分析和计算。n变压器的电压变化率一定程度上反映了其供电的质量，表征了电网电压的稳定性，是变压器的主要性能指标之一。n变压器在使用中有时需要把绕组串联以增大电流，但只有额定电流相同的绕组才能串联，额定电压相同的绕组才能并联。n自耦变压器一次、二次侧之间有直接的电联系，使用时应小心。一次侧、二次侧不可接错，否则很容易造成电源被短路或烧坏变压器。如将接地端误接到相线时，有触电的危险。n电流互感器的二次侧不可以开路，电压互感器的二次侧不可以短路。第五章第五章本章结束
