磁路和铁心线圈电路.ppt

,电工与电子技术,I,Electrotechnics,&Electronics,电路基本概念、定律,稳 态电路分析,正弦信号,电路,暂态电路,分析,（,I,）,电学部分,直流,电路,单相电路,三相电路,许多电工设备（电机、变压器、电磁铁等）中，不仅有,电路,问题，同时还有,磁路,问题,磁路和电路往往是相关联的，本章将研究磁路和电路的关系以及磁和电的关系。,磁路基本概念、定律,电磁场分析,电机理论,电机控制电路,（,II,）,磁学部分,第六章,磁路与铁心线圈电路,6.1,磁场的基本物理量（,0.5,学时）,6.2,磁性材料的磁性能（,0.5,学时）,6.3,磁路及其基本定律（,1,学时）,6.4,交流铁心线圈电路（,1.5,学时）,6.5,变压器（,1.5,学时）,6.6,电磁铁（,0.5,学时）,第六章 磁路与铁心线圈电路,6.1,磁场的基本物理量（,0.5,学时）,6.2,磁性材料的磁性能（,0.5,学时）,6.3,磁路及其基本定律（,1,学时）,6.4,交流铁心线圈电路（,1,学时）,6.5,变压器（,1.5,学时）,6.6,电磁铁（,0.5,学时）,第六章 磁路与铁心线圈电路,6-1,磁场的基本物理量,一、磁感应强度,B,是一个表示,磁场中各点的磁场强弱和方向的物理量。,在均匀磁场中，磁感应强度等于垂直穿过单位面积的磁力线数目,大小：磁场内某一点的磁感应强度可用该点磁场作用于长,1,米，通有,1A,电流的导体上的力,F,来衡量。,方向：与电流之间符合右手螺旋法则,磁感应强度的大小，习惯上用磁力线的疏密来描述,如果磁场内各点的磁感应强度的大小相等，方向相同，这样的磁场则称为,均匀磁场,。,电磁单位,:,高斯,（,Gs,）,1T=10,4,Gs,磁感应强度,B,单位：,特斯拉,（,T,）,6-1,磁场的基本物理量,二、磁通,单位：韦伯（,Wb,）,电磁单位：麦克斯韦（,Mx,）,1Wb=10,8,Mx,磁通具有连续性，磁力线是闭合的空间曲线,B,与垂直于磁场方向的面积,S,的乘积。,如果不是均匀磁场，,B,取平均值。,磁通就是指垂直于磁场的某一面积,S,上所穿过的磁力线的数目,S,6-1,磁场的基本物理量,三、磁场强度,安培环路定律（全电流定律）,是磁场强度矢量 沿任意闭合回线,l,的线积分,是穿过该闭合回线所围区域中电流的,代数和,电流正负号的确定：,任意选择一个闭合回线的围绕方向，凡电流与该方向之间符合右手螺旋定则的电流为正，反之为负。,磁场强度 是计算磁场时所引用的一个物理量（矢量），用来确定磁场和电流之间的关系。,6-1,磁场的基本物理量,l,I,3,I,2,I,1,例,6-1,磁场的基本物理量,四、磁导率,若放入,铜、铝、木材,等物质，通电线圈周围的磁场几乎无变化。,实验证明，在通电线圈中放入,铁、钴、镍,等物质后，,通电线圈周围的磁场将大为增强，磁感应强度,B,增大；,表明磁感应强度,B,与磁场中介质的导磁性质有关,材料导磁性能好，是指其被磁化后能产生很大的附加磁场,这类物质有铁、钴、镍及其合金，称为,铁磁性物质或磁性物质,。,6-1,磁场的基本物理量,用磁导率,来表示物质的导磁性能。,磁导率值大的材料，导磁性能好。,真空磁导率：,6-1,磁场的基本物理量,的单位是,H/m(,亨,/,米）,对非磁性材料而言，,=,0,，,r,=1,自然界的所有物质按磁化的特性来分，大体上可分成,磁性材料,和,非磁性材料,两大类。,在非磁性材料的磁场中，,与,B,成正比，,B,与,H,成正比，,而,H,与电流,I,有线性关系，因此,与电流,I,也有线性关系。,=,kI,6-1,磁场的基本物理量,x,H,I,S,磁动势：,F,=,NI,，单位：,A,可见，磁场内某一点的磁场强度,H,只与电流大小、线圈匝数以及该点的几何位置有关，而与磁场媒介的磁性（,）,无关。,求环形线圈半径为,x,处的磁场强度和磁感应强度。,例,6-1,磁场的基本物理量,6.1,磁场的基本物理量（,0.5,学时）,6.2,磁性材料的磁性能（,0.5,学时）,6.3,磁路及其基本定律（,1,学时）,6.4,交流铁心线圈电路（,1.5,学时）,6.5,变压器（,1.5,学时）,6.6,电磁铁（,0.5,学时）,第六章 磁路与铁心线圈电路,6.1,磁场的基本物理量（,0.5,学时）,6.2,磁性材料的磁性能（,0.5,学时）,6.3,磁路及其基本定律（,1,学时）,6.4,交流铁心线圈电路（,1,学时）,6.5,变压器（,1.5,学时）,6.6,电磁铁（,0.5,学时）,第六章 磁路与铁心线圈电路,6-2,磁性材料的磁性能,一、高导磁性,磁性材料的磁导率很高，,具有被强烈磁化（呈现磁性）的特性,磁性材料,铸 铁,硅 钢,坡莫合金,200400,800010000,20000200000,磁性物质的磁畴,分子中由于电子运动产生电流,分子电流，也便产生磁场。每个分子相当于一个小磁铁,磁性物质能使其微观结构中每一个区域内的分子磁铁排列整齐，显示磁性，这些区域称为磁畴,6-2,磁性材料的磁性能,(a),无外磁场,磁畴方向杂乱无章,(b),有外磁场作用,(c),有强烈外磁场作用,当外磁场增加到一定数值时，磁畴全部转到与外磁场方向相同，这时磁化磁场的磁感应强度,B,J,即达到饱和值。,(a),(b),B,(c),B,6-2,磁性材料的磁性能,利用磁性物质的磁化特性，可解决电工设备中既要磁通大，又要求励磁电流小的矛盾,非,磁性材料没有磁畴的结构，所以不具有被磁化的特性,只要在线圈中通入较小的励磁电流，再穿入铁心便可产生足够大的磁通和磁感应强度。,6-2,磁性材料的磁性能,二、磁饱和性,B,0,是在外磁场作用下,如果磁场内不存在磁性物质时的磁感应强度。,将,B,J,曲线和,B,0,叠加，得,B-H,磁化曲线。,B,H,B,B,0,B,J,I,6-2,磁性材料的磁性能,磁化曲线,a,铸铁,b,铸钢,c,硅钢片,6-2,磁性材料的磁性能,当有,磁性物质存在时，,B,与,H,不成正比，磁导率,随,H,而变，不是常数,磁通,与,B,成正比，,H,与,I,成正比，但,与,I,不成正比,0,H,B,此时的电感,L,不是常数,6-2,磁性材料的磁性能,O,B,H,铁磁物质被磁化后，当,H,由,0,上升到某个值时（,H,=+,H,m,）,B,饱和,B,r,称为,剩磁感应强度,三、磁滞性,1,2,如果减少,H,，,B,并不沿着原来的曲线返回,(b),B,(c),B,6-2,磁性材料的磁性能,欲使剩磁去掉，须加一反向磁场强度,-,H,c,，,即反向磁,化，,H,c,称为矫顽磁力。（矫顽力）,O,B,H,1,2,3,6-2,磁性材料的磁性能,如果继续增大反向,H,，当,H,=-,H,m,时，,B,反向,饱和,此时如果正向增大,H,，,则得到,4561,的变化曲线,123456,形成的闭合曲线称磁滞回线,4,5,6,O,B,H,1,2,3,6-2,磁性材料的磁性能,当,铁心线圈中通有交变电流时，铁心就受到交变磁化，电流变化一周时，,B,随,H,变化的关系曲线就是一组磁滞回线,i,+,u,4,5,6,O,B,H,1,2,3,6-2,磁性材料的磁性能,t,O,i,2,2.,硬磁材料：,H,c,大，回线较宽，损耗大，用来做永久磁铁、炭刚、铁镍合金等。,3.,矩磁材料：,具有较小的矫顽力和较大的剩磁磁滞回线接近矩形。稳定性良好。可用做计算机内部存储器的磁芯以及磁盘、磁带等。,四、磁性材料的分类,1.,软磁材料：具有较小的矫顽力,H,c,，,磁滞回线较窄，磁滞损耗小。电机、电器及变压器等铁心都用这种材料。有铸铁、硅、铁氧体等,Hc,-Hc,6-2,磁性材料的磁性能,6.1,磁场的基本物理量（,0.5,学时）,6.2,磁性材料的磁性能（,0.5,学时）,6.3,磁路及其基本定律（,1,学时）,6.4,交流铁心线圈电路（,1.5,学时）,6.5,变压器（,1.5,学时）,6.6,电磁铁（,0.5,学时）,第六章 磁路与铁心线圈电路,6.1,磁场的基本物理量（,0.5,学时）,6.2,磁性材料的磁性能（,0.5,学时）,6.3,磁路及其基本定律（,1,学时）,6.4,交流铁心线圈电路（,1,学时）,6.5,变压器（,1.5,学时）,6.6,电磁铁（,0.5,学时）,第六章 磁路与铁心线圈电路,6-3,磁路及其基本定律,一、磁路,如图所示为具有铁芯和空气气隙的直流磁路。,I,l,0,磁路：磁通经过的路径,磁路基本定律：磁通和励磁电流或磁动势之间的关系,I,l,0,+,l,u,为铁芯的平均长度,6-3,磁路及其基本定律,6-3,磁路及其基本定律,I,l,0,R,mu,铁芯磁阻,R,m0,气隙磁阻,磁阻单位,:1/H,磁路的欧姆定律,磁路和电路,磁路涉及磁场，处理磁路时必须考虑漏磁通，,而电路则一般不涉及电场,磁路涉及的物理量很多，物理意义不容易掌握,磁路的欧姆定律不能直接应用，只能定性分析，因为,不是常数,6-3,磁路及其基本定律,H,i,l,i,为第,i,段磁路的磁压降,磁路的分析有两种途径：,I,l,0,（,1,）已知,NI,，,求 （反向问题，试算法，不予考虑）,（,2,）已知 或,B,i,（,i,=1,，,2,，,.,）,求,I,（,正向问题）,6-3,磁路及其基本定律,计算,H,i,：,I,l,0,已知 或,B,i,（,i,=1,，,2,，,.,）,求,I,（,正向问题）,查,H-B,曲线,6-3,磁路及其基本定律,已知,欲使空气隙处的磁感应强度,B,0,=1T,，,问需多大的磁动势。（铸钢铁芯）,例1,6-3,磁路及其基本定律,（,2,）各段磁路上的磁感应强度,解,6-3,磁路及其基本定律,（,3,）各段磁路上的磁场强度,查曲线,6-3,磁路及其基本定律,（,4,）,各段磁路的磁压降,6-3,磁路及其基本定律,（,5,）磁动势,空气隙长度与磁路长度之比：,1/43=2.33%,，,气隙磁压降与磁动势之比：,7960/8362=95.2%,6-3,磁路及其基本定律,6.1,磁场的基本物理量（,0.5,学时）,6.2,磁性材料的磁性能（,0.5,学时）,6.3,磁路及其基本定律（,1,学时）,6.4,交流铁心线圈电路（,1.5,学时）,6.5,变压器（,1.5,学时）,6.6,电磁铁（,0.5,学时）,第六章 磁路与铁心线圈电路,6.1,磁场的基本物理量（,0.5,学时）,6.2,磁性材料的磁性能（,0.5,学时）,6.3,磁路及其基本定律（,1,学时）,6.4,交流铁心线圈电路（,1,学时）,6.5,变压器（,1.5,学时）,6.6,电磁铁（,0.5,学时）,第六章 磁路与铁心线圈电路,6-4,交流铁芯线圈电路,一、直流铁芯线圈,(,励磁电流为直流,),电磁关系,由于是铁芯线圈，大部分磁通集中于铁芯线圈，通过铁芯而闭合，该部分磁通称为,主磁通,少部分磁通经过铁芯和空气而闭合称为,漏磁通,I,+,U,i,+,u,i,+,u,+,+,e,e,由,电磁感应,二、交流铁芯线圈,6-4,交流铁芯线圈电路,电磁关系,由于漏磁通经过的介质主要由空气构成，所以,与,i,成正比。,漏电感,i,+,u,+,+,e,e,6-4,交流铁芯线圈电路,但主磁通是位于铁芯中，所以,与,i,不成正比，为非线性关系,i,+,u,+,+,e,e,因此铁心线圈是一个非线性电感元件,O,H,B,6-4,交流铁芯线圈电路,L,i,O,与,i,之间的关系类似于,B,与,H,的关系,三、电压电流关系,i,+,u,+,+,e,e,i,u,R,u,R,+,+,+,+,6-4,交流铁芯线圈电路,当,u,是正弦电压时，上式可用相量表示：,i,u,R,u,R,+,+,+,+,i,+,u,+,+,e,e,6-4,交流铁芯线圈电路,由于线圈电阻,R,和感抗,X,（或漏磁通,）较小,主,磁感应电动势,E,=?,6-4,交流铁芯线圈电路,i,+,u,+,+,e,e,i,u,R,u,R,+,+,+,+,主,磁感应电动势,E,=?,i,+,u,+,+,e,e,6-4,交流铁芯线圈电路,i,+,u,+,+,e,e,6-4,交流铁芯线圈电路,三、功率损耗问题,交流铁芯线圈中的功率损耗包括,：,铜损,P,cu,1,）,铜损：,线圈电阻,R,上的功率损,P,cu,=,I,2,R,铁损,P,Fe,i,+,u,+,+,e,e,6-4,交流铁芯线圈电路,措施,：,选用,磁滞回线狭小的磁性材料,来制造铁芯,2,）,铁损：,铁心在交变电流磁场,的磁化下，也有功率损耗，它由,两部分组成,:,A.,磁滞损耗,P,h,：磁畴在交变磁化时相互摩擦产生热量,i,+,u,+,+,e,e,可以证明，交变磁化一周在铁心上单位体积内所产生的,磁滞损耗与磁滞回线所包围的面积成正比,6-4,交流铁芯线圈电路,如何减小磁滞损耗？,Hysteresis,B.,涡流损耗,P,e,涡流损耗也会引起铁心发热,.,交变磁通不仅要在线圈中感应电动势，而且在铁心内,也要产生感应电动势和感应电流。,这种感应电流称为,涡流,，它在垂直于磁通方向的平面内环流着。,6-4,交流铁芯线圈电路,如何减少涡流损耗？,eddy,措施,：,铁芯可由彼此绝缘的钢片叠成,i,i,(a),(b),6-4,交流铁芯线圈电路,涡流也有有利的一面，例如：涡流无损检测；,利用涡流的热效应来冶炼金属、烹饪食物等。,6-4,交流铁芯线圈电路,电工仪表中的感应式仪表也是利用涡流和磁场相互作用的原理制成的,注意：铁损只存在于交流铁心线圈中，直流铁心线圈不存在,铁损,铁心线圈交流电路的有功功率：,铁损由两部分组成,:,磁滞损耗,+,涡流损耗,6-4,交流铁芯线圈电路,i,+,u,+,+,e,e,四、等效电路（*）,铁心线圈交流电路也可用等效电路来进行分析,即用一个不含铁心的交流电路来等效代替之。,等效条件：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，使磁路计算的问题简化为电路计算问题。,理想铁心线圈中仍有能量的损耗和储放。,i,+,u,+,u=-e,u,u,R,6-4,交流铁芯线圈电路,i,u,=,-,e,u,R,0,u,R,R,X,0,+,+,用一个具有电阻,R,0,和感抗,X,0,的一段电路来等效代替,i,+,u,+,u=-e,u,u,R,其中，,R,0,与铁损相对应的等效电阻，其值为：,X,0,与铁心中能量储放（与电源发生能量互换）相对应的等效感抗,i,u,=,-,e,u,R,0,u,R,R,X,0,+,+,是理想铁心线圈中的无功功率,等效电路的阻抗模为：,i,u,=,-,e,u,R,0,u,R,R,X,0,+,+,解：,例,7.4.1,U,=220V,，,I,=4A,，,P,=100W,，,f,=50Hz,，,忽略线圈电阻与漏磁通，求（,1,）,cos,，,(2),R,0,X,0,i,u,=,-,e,u,R,0,u,R,R,X,0,+,+,例,7.4.1,U,=220V,，,I,=4A,，,P,=100W,，,f,=50Hz,，,忽略线圈电阻与漏磁通，求（,1,）,cos,，,(2),R,0,X,0,i,u,=,-,e,u,R,0,u,R,R,X,0,+,+,6.1,磁场的基本物理量（,0.5,学时）,6.2,磁性材料的磁性能（,0.5,学时）,6.3,磁路及其基本定律（,1,学时）,6.4,交流铁心线圈电路（,1.5,学时）,6.5,变压器（,1.5,学时）,6.6,电磁铁（,0.5,学时）,第六章 磁路与铁心线圈电路,6.1,磁场的基本物理量（,0.5,学时）,6.2,磁性材料的磁性能（,0.5,学时）,6.3,磁路及其基本定律（,1,学时）,6.4,交流铁心线圈电路（,1,学时）,6.5,变压器（,1.5,学时）,6.6,电磁铁（,0.5,学时）,第六章 磁路与铁心线圈电路,6-5,变压器,一、变压器的用途及分类,1,用途：,变压器是根据电磁感应原理制成的一种电气设备，,它具有,变换电压,、,变换电流,和,变换阻抗,的功能。,主要用于将某种数值的交变电压变换为同频率的另一数值的交变电压,目前，我国交流输电的电压最高已达,1000kV,二、变压器基本结构,接负载,接电源,原线圈,副线圈,闭合铁芯,三、变压器电路符号,i,1,u,1,i,2,u,2,N,1,N,2,+,+,四、工作原理,1.,空载运行,变压器原线圈接上额定的交变电压，副线圈开路不接负载,在外加正弦电压,u,1,的作用下，线圈内有交变电流,i,0,流过。此时原线圈内的电流称作变压器的,空载电流,，又称,励磁电流,。,N,1,F,i,0,u,1,u,2,i,2,0,+,+,e,1,+,1,+,e,1,N,2,+,e,2,空载电流（激磁电流）的有效值,I,0,一般都很小，约,为额定电流的,3%,8%,N,1,F,i,0,u,1,u,2,i,2,0,+,+,+,e,1,+,e,2,1,+,e,1,N,2,电磁关系,N,1,F,i,0,u,1,u,2,i,2,0,+,+,+,e,1,+,e,2,1,+,e,1,N,2,则原线圈中的感应电动势为,感应电动势最大值,设主磁通按正弦规律变化，即,N,1,F,i,0,u,1,u,2,i,2,0,+,+,+,e,1,+,e,2,1,+,e,1,N,2,感应电动势有效值,同理，副线圈中感应电动势,N,2,为副线圈匝数,N,1,F,i,0,u,1,u,2,i,2,0,+,+,+,e,1,+,e,2,1,+,e,1,N,2,感应电动势最大值,电压平衡方程、电压比,原边,KVL,方程,R,1,为原边线圈绕组的电阻,为原边绕组的漏磁感抗,在工程计算中常忽略原绕组中的阻抗不计。因此：,N,1,F,i,0,u,1,u,2,i,2,0,+,+,+,e,1,+,e,2,1,+,e,1,N,2,在变压器原线圈中，自感电动势和电源电压几乎相等，但相位相反。,上式表明：在电源频率和原线圈匝数一定的情况下，当电源电压不变时，变压器铁心中的,m,基本上是个常数,由于空载时,i,2,=0,，,副线圈的端电压为：,N,1,F,i,0,u,1,u,2,i,2,0,+,+,+,e,1,+,e,2,1,+,e,1,N,2,电压变比,k,称为变压器的变压比，简称变比，表明变压器空载时，原、副边端电压之比等于原、副线圈的匝数之比,k,1,，,是降压变压器；,k,1,，,是升压变压器。,N,1,F,i,0,u,1,u,2,i,2,0,+,+,+,e,1,+,e,2,1,+,e,1,N,2,2.,带载运行,电动势,e,2,将在副绕组上一边的电路中产生电流,i,2,，,此时，原绕组的电流将从空载电流,i,0,相应地增大到,i,1,N,1,F,i,1,u,1,u,2,i,2,+,+,+,e,1,+,e,2,1,+,e,1,N,2,Z,2,e,2,+,电磁关系,N,1,F,i,1,u,1,u,2,i,2,+,+,+,e,1,+,e,2,1,+,e,1,N,2,Z,2,e,2,+,变压器空载时，主磁通由磁动势,N,1,i,0,产生；,带载运行时，主磁通由合成磁动势,(,N,1,i,1,+,N,2,i,2,),产生,N,1,F,i,1,u,1,u,2,i,2,+,+,+,e,1,+,e,2,1,+,e,1,N,2,Z,2,e,2,+,原、副绕组的,KVL,方程,N,1,F,i,1,u,1,u,2,i,2,+,+,+,e,1,+,e,2,1,+,e,1,N,2,Z,2,e,2,+,R,2,为副绕组电阻，,为漏磁感抗,同理,N,1,F,i,1,u,1,u,2,i,2,+,+,+,e,1,+,e,2,1,+,e,1,N,2,Z,2,e,2,+,N,1,F,i,1,u,1,u,2,i,2,+,+,+,e,1,+,e,2,1,+,e,1,N,2,Z,2,e,2,+,u,1,和,u,2,之间的相位关系？,N,1,F,i,1,u,1,u,2,i,2,+,+,+,e,1,+,e,2,1,+,e,1,N,2,Z,2,e,2,+,N,1,F,i,1,u,1,u,2,i,2,+,+,+,e,1,+,e,2,1,+,e,1,N,2,Z,2,e,2,+,变压器有载时的总磁动势应与变压器空载时的磁动势,基本相等,N,1,i,1,+,N,2,i,2,=,N,1,i,0,N,1,F,i,1,u,1,u,2,i,2,+,+,+,e,1,+,e,2,1,+,e,1,N,2,Z,2,e,2,+,前已述及，在电源频率和原线圈匝数一定的情况下，当电源电压不变时，变压器铁心中的,m,基本上是个常数,而,m,是由磁动势决定的,原边电流和副边电流在相位上几乎相差,180,由于空载电流很小，可忽略。,N,1,F,i,1,u,1,u,2,i,2,+,+,+,e,1,+,e,2,1,+,e,1,N,2,Z,2,e,2,+,变压器带载后，原边电流由副边电流决定,变压器的电流变换,N,1,F,i,1,u,1,u,2,i,2,+,+,+,e,1,+,e,2,1,+,e,1,N,2,Z,2,e,2,+,N,1,F,i,1,u,1,u,2,i,2,+,+,+,e,1,+,e,2,1,+,e,1,N,2,Z,2,e,2,+,N,1,F,i,1,u,1,u,2,i,2,+,+,+,e,1,+,e,2,1,+,e,1,N,2,Z,2,e,2,+,N,1,F,i,1,u,1,u,2,i,2,+,+,+,e,1,+,e,2,1,+,e,1,N,2,Z,2,e,2,+,N,1,F,i,1,u,1,u,2,i,2,+,+,+,e,1,+,e,2,1,+,e,1,N,2,Z,2,e,2,+,i,1,i,2,u,1,u,2,N,1,N,2,+,+,i,1,i,2,u,1,u,2,N,1,N,2,+,+,同名端,同名端,变压器带载后：,表明：在不考虑变压器本身损耗的情况下，变压器原绕组输入的功率等于副绕组输出的功率。,N,1,F,i,1,u,1,u,2,i,2,+,+,+,e,1,+,e,2,1,+,e,1,N,2,Z,2,e,2,+,三、阻抗变换原理,N,1,F,i,1,u,1,u,2,i,2,+,+,+,e,1,+,e,2,1,+,e,1,N,2,Z,2,e,2,+,i,1,u,1,+,i,1,i,2,u,1,u,2,N,1,N,2,+,+,i,1,i,2,u,1,u,2,N,1,N,2,+,+,阻抗匹配,R,0,e,+,当 时，电源输出最大功率,最大功率传输,R,0,e,+,阻,抗,匹,配,解,（,1,）,R,0,=800,R,L,=8,，,E,=120V,。欲实现最大功率输出,求,N,1,/,N,2,及信号源输出功率。,（,2,）将负载直接与信号源连接时，信号源输出多大功率？,例,N,1,N,2,R,L,R,0,e,+,R,0,+,e,五、变压器的额定值,1.,额定电压：,10000/230V,反映了变比,2.,额定电流：,I,1N,、,I,2N,是指变压器按规定工作方式运行时原、副边允许的最大电流,3.,额定容量：,是指副绕组的额定电压与额定电流的乘积称为变压器的额定容量。,空载电压,六、外特性,当变压器的负载增加时，原、副边线圈绕组中的电流都要增大。,因此，,U,2,会相应减小,I,2,U,2,U,20,I,2N,O,七、变压器的效率,Z,i,1,i,2,u,1,u,2,N,1,N,2,+,+,八、其 它 变 压 器,1,、三相变压器,2,、自耦变压器,u,1,a,x,X,A,+,i,1,u,2,+,N,1,N,2,i,2,N,1,F,i,1,u,1,+,+,u,2,N,2,i,2,同名端？,1,2,3,4,5,220 V,110 V,0 250 V,a,调压变压器原理图,3.,电流互感器,根据变压器原理制成,k,i,称为变换系数,特点：原绕组匝数,N,1,很少，被串联在被测电路中；副绕组的,N,2,很大，它可与安培计相连接，由,I,2,推算出,I,1,电流互感器副边不能开路！,i,+,u,+,e,i,+,u,+,e,将,烧毁两绕组,九、变压器绕组端子的极性,绕组连接的原则：产生的磁通不能完全抵消,i,+,u,+,e,i,+,u,+,e,使用变压器时要注意绕组接头的正确连接,如下图，原绕组中有,2,个相同的绕组,1,、,2,和,3,、,4,假设单个绕组的额定电压是,110V,3,为正确连接，在端子上标以记号 ，标有 的两个端子称为同名端或同极性端,在,串联的时候，将非同名端的,2,个端子连在一起；,并联的时候将,2,对同名端连在一起,3,1,、同极性端的判断法,（,1,）如果电流从两个线圈的两个端子流入（或流出），所产生的磁通方向相同，则这两个端子是同极性端（同名端）。,3,（,2,）当磁通变化时（增加或减少），两组线圈中感应出电动势的极性相同的一对端子，即为同极性端。,_,e,+,_,e,+,i,1,i,2,u,1,u,2,N,1,N,2,+,+,i,1,i,2,u,1,u,2,N,1,N,2,+,+,2,、同极性端的测定,直流法,+,e,1,i,1,+,e,2,i,2,i,1,:,0,E,/,R,E,6.1,磁场的基本物理量（,0.5,学时）,6.2,磁性材料的磁性能（,0.5,学时）,6.3,磁路及其基本定律（,1,学时）,6.4,交流铁心线圈电路（,1.5,学时）,6.5,变压器（,1.5,学时）,6.6,电磁铁（,0.5,学时）,第六章 磁路与铁心线圈电路,6.1,磁场的基本物理量（,0.5,学时）,6.2,磁性材料的磁性能（,0.5,学时）,6.3,磁路及其基本定律（,1,学时）,6.4,交流铁心线圈电路（,1,学时）,6.5,变压器（,1.5,学时）,6.6,电磁铁（,0.5,学时）,第六章 磁路与铁心线圈电路,6-6,电 磁 铁,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。,马蹄式,拍合式,螺管式,电磁铁由,线圈、铁心及衔铁,构成。,吸力的大小与气隙的截面,S,0,及气隙中磁感应强度,B,0,的平方成正比。,电磁铁的吸力是其主要参数之一,一、直流电磁铁,I,注意：直流电磁铁吸合前与吸合后电磁吸力的大小是不同的,磁路中磁压降主要出现在空气气隙中，随着,l,0,0,，而,NI,不变，尽管,H,0,也会,增大，但,H,0,l,0,却是,下降的，因此,H,1,，,B,1,H,1,l,1,+,H,0,l,0,=,NI,吸合后磁路中的磁感应强度,B,1,比吸合前大得多，因而,此时的电磁吸力也要比吸合前大得多，即,F,I,二、交流电磁铁,交流电磁铁中磁场是交变的,f,的平均值：,f,O,如何消除力的颤动？,分磁环的作用：使磁极两部分中的磁通,1,与,2,之间,产生一相位差,吸力的变化过程,U,不变时，,m,也不变，各段磁路中磁场强度,B,i,及,H,i,的最大值也不变，,f,的幅值也不会变,分磁环,从而使电磁铁的吸力基本处于一个稳定值（变化很小），,消除力的颤动,结论：,吸合前的磁动势要比吸合后的磁动势大，因此励磁电流在衔铁吸合前大，在吸合后小，这与直流电磁铁不一样,磁动势,铁心结构,交：由钢片叠成,直：是整块软钢制成的（无涡流、磁滞损耗）,直流电磁铁：,I,不变，,H,、,B,、,f,随,l,0,减小而增加,交流电磁铁：,m,、,f,的幅值不变，,F,随,l,0,的减小而减小,如图所示的直流电磁铁,已知线圈匝数为,4000,匝,铁芯和衔铁的材料均为铸钢,由于存在漏磁,衔铁中的磁通只有铁芯中磁通的,90%,如果衔铁处在图示位置时铁芯中的磁感应强度为,1.6T,试求线圈中电流和电磁吸力。,例,I,S,1,=8cm,2,l,1,=30cm,l,0,=0.2cm,l,0,l,0,S,2,=8cm,2,l,1,l,2,l,2,=10cm,解,铁芯中的磁通,气隙和衔铁中的磁通,气隙和衔铁中的磁感应强度为,I,l,0,l,0,l,1,l,2,N,=4000,求线圈中电流和电磁吸力。,根据,B,2,查曲线图知衔铁中的磁场强度为,H,2,3500,/m,。,线圈电流为,电磁铁的吸力,I,l,0,l,0,l,1,l,2,N,=4000,求线圈中电流和电磁吸力。,根据,B,1,查曲线图知磁场强度,H,1,=5300A/m,。,第六章小结,一、磁场的各个物理量,、,B,、,H,、,二、磁路及其基本定律（欧姆定律）,i,+,u,+,+,e,e,三、交流铁心线圈电路,四、变压器,N,1,F,i,0,u,1,u,2,i,2,0,+,+,+,e,1,+,e,2,1,+,e,1,N,2,1.,空载运行,2.,有载运行,N,1,F,i,1,u,1,u,2,i,2,+,+,+,e,1,+,e,2,1,+,e,1,N,2,Z,2,e,2,+,i,1,i,2,u,1,u,2,N,1,N,2,+,+,i,1,i,2,u,1,u,2,N,1,N,2,+,+,（,3,）,阻抗变换,Z,i,1,u,1,+,R,0,e,+,i,1,i,2,u,1,u,2,N,1,N,2,Z,+,+,同名端或同极性端,3,五、电磁铁,1.,直流,2.,交流,吸合过程中各参数的变化,