电机学(变压器部分)课件.ppt

电电 机机 学学第第 1 1 章章绪绪 论论1.1 1.1 电机与国民经济的关系电机与国民经济的关系 各领域中有特殊要求的动力装置各领域中有特殊要求的动力装置各领域中有特殊要求的动力装置各领域中有特殊要求的动力装置 本节主要内容：本节主要内容：本节主要内容：本节主要内容：电力能源系统的关键设备电力能源系统的关键设备电力能源系统的关键设备电力能源系统的关键设备 电能的生产电能的生产电能的生产电能的生产输送和分配输送和分配输送和分配输送和分配电能的消费电能的消费电能的消费电能的消费 发电发电发电发电输配电输配电输配电输配电 用电用电用电用电 发电机发电机发电机发电机变压器变压器变压器变压器电动机电动机电动机电动机电机学主要讲述包括四大机种：电机学主要讲述包括四大机种：电机学主要讲述包括四大机种：电机学主要讲述包括四大机种：变压器：属于变压器：属于变压器：属于变压器：属于静止电机静止电机静止电机静止电机，可改变交流电能的电压，甚至，可改变交流电能的电压，甚至，可改变交流电能的电压，甚至，可改变交流电能的电压，甚至也可改变相数、频率及相位。也可改变相数、频率及相位。也可改变相数、频率及相位。也可改变相数、频率及相位。同步电机同步电机同步电机同步电机 异步电机异步电机异步电机异步电机 直流电机直流电机直流电机直流电机发电机运行：机械能发电机运行：机械能发电机运行：机械能发电机运行：机械能 电能电能电能电能电动机运行：电能电动机运行：电能电动机运行：电能电动机运行：电能 机械能机械能机械能机械能同步机、异步机和直流机属于同步机、异步机和直流机属于同步机、异步机和直流机属于同步机、异步机和直流机属于旋转电机旋转电机旋转电机旋转电机范畴。范畴。范畴。范畴。1.1 1.1 电机与国民经济的关系电机与国民经济的关系 1.1 1.1 电机与国民经济的关系电机与国民经济的关系 国产国产国产国产600MW600MW600MW600MW汽轮发电机汽轮发电机汽轮发电机汽轮发电机1.1 1.1 电机与国民经济的关系电机与国民经济的关系 国产国产330MW330MW汽轮发电机定子汽轮发电机定子1.1 1.1 电机与国民经济的关系电机与国民经济的关系 国产国产330MW330MW汽轮发电机定子铁心汽轮发电机定子铁心1.1 1.1 电机与国民经济的关系电机与国民经济的关系 20kV/500kV(220kV)20kV/500kV(220kV)20kV/500kV(220kV)20kV/500kV(220kV)500kV(220kV)/110kV 500kV(220kV)/110kV 500kV(220kV)/110kV 500kV(220kV)/110kV 110kV/35kV 110kV/35kV 110kV/35kV 110kV/35kV 35kV/10kV 35kV/10kV 35kV/10kV 35kV/10kV 10kV/380V 10kV/380V 10kV/380V 10kV/380V为了把发电厂发出的电力输送到四面八方的用户，需要将发电为了把发电厂发出的电力输送到四面八方的用户，需要将发电为了把发电厂发出的电力输送到四面八方的用户，需要将发电为了把发电厂发出的电力输送到四面八方的用户，需要将发电机输出的机输出的机输出的机输出的20kV20kV20kV20kV左右的电压升高。在我国，一般升高到左右的电压升高。在我国，一般升高到左右的电压升高。在我国，一般升高到左右的电压升高。在我国，一般升高到220kV220kV220kV220kV或或或或500kV500kV500kV500kV。为了输送一定大小的功率、采用高电压。为了输送一定大小的功率、采用高电压。为了输送一定大小的功率、采用高电压。为了输送一定大小的功率、采用高电压。2.2.2.2.输配电环节输配电环节输配电环节输配电环节变压器变压器变压器变压器1.1 1.1 电机与国民经济的关系电机与国民经济的关系 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(检修中检修中)连接发电机连接发电机连接发电机连接发电机的封闭母线的封闭母线的封闭母线的封闭母线与电网相连与电网相连的高压出线端的高压出线端1.1 1.1 电机与国民经济的关系电机与国民经济的关系 实验室小型变压器实验室小型变压器1.1 1.1 电机与国民经济的关系电机与国民经济的关系 3.3.3.3.用电环节用电环节用电环节用电环节各种电动机各种电动机各种电动机各种电动机各行业广泛使用的鼠笼异步电动机各行业广泛使用的鼠笼异步电动机1.1 1.1 电机与国民经济的关系电机与国民经济的关系 电磁调速电动机电磁调速电动机1.1 1.1 电机与国民经济的关系电机与国民经济的关系 变频调速专用电机变频调速专用电机1.1 1.1 电机与国民经济的关系电机与国民经济的关系 高速异步电机高速异步电机1.1 1.1 电机与国民经济的关系电机与国民经济的关系 4.4.4.4.其它领域中一些特殊电机其它领域中一些特殊电机其它领域中一些特殊电机其它领域中一些特殊电机 用于电动汽车的永磁无刷直流电机用于电动汽车的永磁无刷直流电机1.1 1.1 电机与国民经济的关系电机与国民经济的关系 航天航空航海领域，生物医学领域航天航空航海领域，生物医学领域航天航空航海领域，生物医学领域航天航空航海领域，生物医学领域 5.5.5.5.特殊新用途（电磁发射，纳米电机等）特殊新用途（电磁发射，纳米电机等）特殊新用途（电磁发射，纳米电机等）特殊新用途（电磁发射，纳米电机等）军事领域，电磁发射技术军事领域，电磁发射技术军事领域，电磁发射技术军事领域，电磁发射技术 智能自动化领域，超微电机与微型机器人技术智能自动化领域，超微电机与微型机器人技术智能自动化领域，超微电机与微型机器人技术智能自动化领域，超微电机与微型机器人技术 信息领域，雷达驱动信息领域，雷达驱动信息领域，雷达驱动信息领域，雷达驱动1.2 1.2 电机学的学习方法及要求电机学的学习方法及要求 抓住一个关键，三个环节，找出问题，及时解决抓住一个关键，三个环节，找出问题，及时解决抓住一个关键，三个环节，找出问题，及时解决抓住一个关键，三个环节，找出问题，及时解决关键：听课与自主学习紧密结合关键：听课与自主学习紧密结合关键：听课与自主学习紧密结合关键：听课与自主学习紧密结合(不迟到不迟到不迟到不迟到,不缺课不缺课不缺课不缺课)；1.1.1.1.学习方法学习方法学习方法学习方法环节：熟悉教材，课件，及时独立完成作业。环节：熟悉教材，课件，及时独立完成作业。环节：熟悉教材，课件，及时独立完成作业。环节：熟悉教材，课件，及时独立完成作业。1.2 1.2 电机学的学习方法及要求电机学的学习方法及要求 教材教材教材教材 李发海等，电机学（第三版），科学出版社，李发海等，电机学（第三版），科学出版社，李发海等，电机学（第三版），科学出版社，李发海等，电机学（第三版），科学出版社，2002.2002.2002.2002.教学参考书教学参考书教学参考书教学参考书1 1 1 1）A.E.Fitzgerald,Charles Kingsley,Jr.Stephen D.UmansA.E.Fitzgerald,Charles Kingsley,Jr.Stephen D.UmansA.E.Fitzgerald,Charles Kingsley,Jr.Stephen D.UmansA.E.Fitzgerald,Charles Kingsley,Jr.Stephen D.Umans，Electric Machinery(Sixth Edition)Electric Machinery(Sixth Edition)Electric Machinery(Sixth Edition)Electric Machinery(Sixth Edition)，McGraw Hill,McGraw Hill,McGraw Hill,McGraw Hill,清华大学清华大学清华大学清华大学出版社，出版社，出版社，出版社，2003.2003.2003.2003.2 2 2 2）自编补充讲义，电机学磁路部分补充讲义，华北电力大学）自编补充讲义，电机学磁路部分补充讲义，华北电力大学）自编补充讲义，电机学磁路部分补充讲义，华北电力大学）自编补充讲义，电机学磁路部分补充讲义，华北电力大学 电机教研室编，电机教研室编，电机教研室编，电机教研室编，1999.1999.1999.1999.3 3 3 3）汤蕴璆、史乃主编，电机学，机械工业出版社，）汤蕴璆、史乃主编，电机学，机械工业出版社，）汤蕴璆、史乃主编，电机学，机械工业出版社，）汤蕴璆、史乃主编，电机学，机械工业出版社，1999.1999.1999.1999.4 4 4 4）许实章，电机学，机械工业出版社，）许实章，电机学，机械工业出版社，）许实章，电机学，机械工业出版社，）许实章，电机学，机械工业出版社，1990.1990.1990.1990.1.3 1.3 电机中的能量转换与磁路电机中的能量转换与磁路 1.1.1.1.电机中能量转换的两个实例电机中能量转换的两个实例电机中能量转换的两个实例电机中能量转换的两个实例 心式变压器心式变压器 壳式变压器壳式变压器 变压器变压器变压器变压器 1.3 1.3 电机中的能量转换与磁路电机中的能量转换与磁路 心式变压器心式变压器平面示意图平面示意图平面示意图平面示意图壳式变压器平面示意图壳式变压器平面示意图1.3 1.3 电机中的能量转换与磁路电机中的能量转换与磁路 定子铁心定子铁心定子绕组定子绕组转子铁心转子铁心转子绕组转子绕组机械端口机械端口转子转子定子绕组定子绕组定子铁心定子铁心电端口电端口ABC1.3 1.3 电机中的能量转换与磁路电机中的能量转换与磁路 2.2.2.2.能量转换装置中的磁场与磁路能量转换装置中的磁场与磁路能量转换装置中的磁场与磁路能量转换装置中的磁场与磁路 一个重要物理量是磁场的一个重要物理量是磁场的一个重要物理量是磁场的一个重要物理量是磁场的磁通磁通磁通磁通。而磁通所通过的路径就是而磁通所通过的路径就是而磁通所通过的路径就是而磁通所通过的路径就是磁路磁路磁路磁路。从图可以看出，变压器和旋从图可以看出，变压器和旋从图可以看出，变压器和旋从图可以看出，变压器和旋转电机中的磁路主要由铁磁转电机中的磁路主要由铁磁转电机中的磁路主要由铁磁转电机中的磁路主要由铁磁材料构成，相应的磁路称为材料构成，相应的磁路称为材料构成，相应的磁路称为材料构成，相应的磁路称为铁心磁路铁心磁路铁心磁路铁心磁路。单相变压器单相变压器单相变压器单相变压器1.3 1.3 电机中的能量转换与磁路电机中的能量转换与磁路 在发电机中，机械能之所以会转换为电能，一个重要条件也是在发电机中，机械能之所以会转换为电能，一个重要条件也是在发电机中，机械能之所以会转换为电能，一个重要条件也是在发电机中，机械能之所以会转换为电能，一个重要条件也是电机内存在一个耦合磁场电机内存在一个耦合磁场电机内存在一个耦合磁场电机内存在一个耦合磁场。旋转电机旋转电机旋转电机旋转电机磁磁磁磁场场场场机械能机械能机械能机械能电能电能电能电能1.3 1.3 电机中的能量转换与磁路电机中的能量转换与磁路 电机变压器磁场最重要的一个物理量是磁通。电机变压器磁场最重要的一个物理量是磁通。电机变压器磁场最重要的一个物理量是磁通。电机变压器磁场最重要的一个物理量是磁通。磁通所通过的路径就是磁路。磁路主要由铁磁材料构成，称磁通所通过的路径就是磁路。磁路主要由铁磁材料构成，称磁通所通过的路径就是磁路。磁路主要由铁磁材料构成，称磁通所通过的路径就是磁路。磁路主要由铁磁材料构成，称为铁心磁路。为铁心磁路。为铁心磁路。为铁心磁路。发电机磁极单独发电机磁极单独发电机磁极单独发电机磁极单独存在存在存在存在时磁路时磁路时磁路时磁路发电机磁极与发电机磁极与发电机磁极与发电机磁极与定子定子定子定子铁心构成的磁路铁心构成的磁路铁心构成的磁路铁心构成的磁路有线圈有铁心有线圈有铁心有线圈有铁心有线圈有铁心时磁路时磁路时磁路时磁路有线圈没有铁心有线圈没有铁心有线圈没有铁心有线圈没有铁心时磁路时磁路时磁路时磁路3.3.3.3.变压器与发电机磁路的形成（动画）变压器与发电机磁路的形成（动画）变压器与发电机磁路的形成（动画）变压器与发电机磁路的形成（动画）1.4 1.4 与电机磁路相关的基本物理定律与电机磁路相关的基本物理定律(2)(2)(2)(2)磁通密度磁通密度磁通密度磁通密度也叫磁感应强度。单位也叫磁感应强度。单位也叫磁感应强度。单位也叫磁感应强度。单位 特斯拉（特斯拉（特斯拉（特斯拉（T T T T）。）。）。）。(1)(1)(1)(1)磁通磁通磁通磁通可以直观地理解为磁路中所包含地磁力线条数。单可以直观地理解为磁路中所包含地磁力线条数。单可以直观地理解为磁路中所包含地磁力线条数。单可以直观地理解为磁路中所包含地磁力线条数。单位位位位 韦伯（韦伯（韦伯（韦伯（WbWbWbWb）1.1.1.1.与磁路相关的几个重要物理量与磁路相关的几个重要物理量与磁路相关的几个重要物理量与磁路相关的几个重要物理量1.4 1.4 与电机磁路相关的基本物理定律与电机磁路相关的基本物理定律(3)(3)(3)(3)磁导率磁导率磁导率磁导率磁导率磁导率磁导率磁导率 表示物质导磁能力的大小。表示物质导磁能力的大小。表示物质导磁能力的大小。表示物质导磁能力的大小。真空磁导率为真空磁导率为真空磁导率为真空磁导率为 ，H/mH/mH/mH/m。空气、塑料等非金属以及铜、铝等大部分金属的磁导率都近空气、塑料等非金属以及铜、铝等大部分金属的磁导率都近空气、塑料等非金属以及铜、铝等大部分金属的磁导率都近空气、塑料等非金属以及铜、铝等大部分金属的磁导率都近似等于似等于似等于似等于 。称为。称为。称为。称为非铁磁物质非铁磁物质非铁磁物质非铁磁物质。还有一部分材料的磁导率远高于真空的磁导率，这类材料称还有一部分材料的磁导率远高于真空的磁导率，这类材料称还有一部分材料的磁导率远高于真空的磁导率，这类材料称还有一部分材料的磁导率远高于真空的磁导率，这类材料称为为为为铁磁物质铁磁物质铁磁物质铁磁物质，比如，铁、镍、钴及其合金等。，比如，铁、镍、钴及其合金等。，比如，铁、镍、钴及其合金等。，比如，铁、镍、钴及其合金等。1.4 1.4 与电机磁路相关的基本物理定律与电机磁路相关的基本物理定律 而磁通密度则分别为而磁通密度则分别为而磁通密度则分别为而磁通密度则分别为 因为因为因为因为 是是是是 的数千倍，所以铁环中的数千倍，所以铁环中的数千倍，所以铁环中的数千倍，所以铁环中的磁密与磁通是塑料环中的数千倍。的磁密与磁通是塑料环中的数千倍。的磁密与磁通是塑料环中的数千倍。的磁密与磁通是塑料环中的数千倍。下图中，以长直导线中心为圆心，在半径为下图中，以长直导线中心为圆心，在半径为下图中，以长直导线中心为圆心，在半径为下图中，以长直导线中心为圆心，在半径为r r r r的圆周上的圆周上的圆周上的圆周上有一个塑料环和一个铁环，显然其中磁场强度均为有一个塑料环和一个铁环，显然其中磁场强度均为有一个塑料环和一个铁环，显然其中磁场强度均为有一个塑料环和一个铁环，显然其中磁场强度均为 ，(4)(4)(4)(4)磁场强度磁场强度磁场强度磁场强度 ，单位为，单位为，单位为，单位为A/mA/mA/mA/m。它与磁感应强度的关系。它与磁感应强度的关系。它与磁感应强度的关系。它与磁感应强度的关系在一般的情况下可表示为在一般的情况下可表示为在一般的情况下可表示为在一般的情况下可表示为 。需要注意的是，。需要注意的是，。需要注意的是，。需要注意的是，磁场强度本身并不代表磁场强弱。只有它与磁导率之磁场强度本身并不代表磁场强弱。只有它与磁导率之磁场强度本身并不代表磁场强弱。只有它与磁导率之磁场强度本身并不代表磁场强弱。只有它与磁导率之积才能反映磁场的强弱。积才能反映磁场的强弱。积才能反映磁场的强弱。积才能反映磁场的强弱。1.4 1.4 与电机磁路相关的基本物理定律与电机磁路相关的基本物理定律 能量转换需要磁场能量转换需要磁场能量转换需要磁场能量转换需要磁场 -磁场由电流产生磁场由电流产生磁场由电流产生磁场由电流产生 磁场强弱与产生该磁场的电流是什么关系磁场强弱与产生该磁场的电流是什么关系磁场强弱与产生该磁场的电流是什么关系磁场强弱与产生该磁场的电流是什么关系?-全电流定律来描述全电流定律来描述全电流定律来描述全电流定律来描述H-i H-i H-i H-i 之间关系之间关系之间关系之间关系2.2.2.2.全电流定律（安培环路定律）全电流定律（安培环路定律）全电流定律（安培环路定律）全电流定律（安培环路定律）1.4 1.4 与电机磁路相关的基本物理定律与电机磁路相关的基本物理定律 安培环路安培环路安培环路安培环路定律定律定律定律：沿空间任意一条闭合回路，磁场强度沿空间任意一条闭合回路，磁场强度沿空间任意一条闭合回路，磁场强度沿空间任意一条闭合回路，磁场强度 的线积的线积的线积的线积分等于该闭合回路所包围的电流的代数和。分等于该闭合回路所包围的电流的代数和。分等于该闭合回路所包围的电流的代数和。分等于该闭合回路所包围的电流的代数和。注：若注：若注：若注：若 与与与与 符合右手螺旋关符合右手螺旋关符合右手螺旋关符合右手螺旋关系，取正号，否则取负。其中系，取正号，否则取负。其中系，取正号，否则取负。其中系，取正号，否则取负。其中大拇指所指为大拇指所指为大拇指所指为大拇指所指为 的方向，四指的方向，四指的方向，四指的方向，四指为为为为 方向。方向。方向。方向。（1 1 1 1）全电流定律一般形式）全电流定律一般形式）全电流定律一般形式）全电流定律一般形式1.4 1.4 与电机磁路相关的基本物理定律与电机磁路相关的基本物理定律 螺管线圈线圈螺管线圈线圈 ：作用在磁路上的安匝数称为磁路：作用在磁路上的安匝数称为磁路：作用在磁路上的安匝数称为磁路：作用在磁路上的安匝数称为磁路磁动势磁动势磁动势磁动势，用，用，用，用 表示，单表示，单表示，单表示，单位位位位 A A A A。（2)2)2)2)电机分析中常用的简化形式的全电流定律电机分析中常用的简化形式的全电流定律电机分析中常用的简化形式的全电流定律电机分析中常用的简化形式的全电流定律下图为均匀密绕螺管线圈，有下图为均匀密绕螺管线圈，有下图为均匀密绕螺管线圈，有下图为均匀密绕螺管线圈，有1.4 1.4 与电机磁路相关的基本物理定律与电机磁路相关的基本物理定律 对于下图的情况，在一般情况下，也可以近似地认为属于对于下图的情况，在一般情况下，也可以近似地认为属于对于下图的情况，在一般情况下，也可以近似地认为属于对于下图的情况，在一般情况下，也可以近似地认为属于均匀磁路，所以也可得下式。均匀磁路，所以也可得下式。均匀磁路，所以也可得下式。均匀磁路，所以也可得下式。单线圈铁心磁路单线圈铁心磁路1.4 1.4 与电机磁路相关的基本物理定律与电机磁路相关的基本物理定律 带气隙的铁心磁路带气隙的铁心磁路 若磁回路中存在气隙（分段均若磁回路中存在气隙（分段均若磁回路中存在气隙（分段均若磁回路中存在气隙（分段均匀磁路）。匀磁路）。匀磁路）。匀磁路）。当气隙长度当气隙长度当气隙长度当气隙长度 远远小于两侧的远远小于两侧的远远小于两侧的远远小于两侧的铁心截面的边长时，认为铁心铁心截面的边长时，认为铁心铁心截面的边长时，认为铁心铁心截面的边长时，认为铁心和气隙中为均匀磁场，则和气隙中为均匀磁场，则和气隙中为均匀磁场，则和气隙中为均匀磁场，则 式中，式中，式中，式中，和和和和 分别为铁心和气隙上的磁压降，可见，分别为铁心和气隙上的磁压降，可见，分别为铁心和气隙上的磁压降，可见，分别为铁心和气隙上的磁压降，可见，作用在磁路上的总磁势等于该磁路各段磁压降之和。作用在磁路上的总磁势等于该磁路各段磁压降之和。作用在磁路上的总磁势等于该磁路各段磁压降之和。作用在磁路上的总磁势等于该磁路各段磁压降之和。讨论讨论讨论讨论1 1 1 1 磁路包含气隙时的全电流定律磁路包含气隙时的全电流定律磁路包含气隙时的全电流定律磁路包含气隙时的全电流定律1.4 1.4 与电机磁路相关的基本物理定律与电机磁路相关的基本物理定律 对于下图所示铁心上绕有匝数分别为对于下图所示铁心上绕有匝数分别为对于下图所示铁心上绕有匝数分别为对于下图所示铁心上绕有匝数分别为 与与与与 两个绕组，两个绕组，两个绕组，两个绕组，分别通入电流分别通入电流分别通入电流分别通入电流 与与与与 的情况，作用于磁路上的总磁动势的情况，作用于磁路上的总磁动势的情况，作用于磁路上的总磁动势的情况，作用于磁路上的总磁动势则为两个线圈安匝数的代数和，于是则为两个线圈安匝数的代数和，于是则为两个线圈安匝数的代数和，于是则为两个线圈安匝数的代数和，于是多线圈铁心磁路多线圈铁心磁路讨论讨论讨论讨论2 2 2 2 磁路包含两个线圈时的全电流定律磁路包含两个线圈时的全电流定律磁路包含两个线圈时的全电流定律磁路包含两个线圈时的全电流定律描述磁动势与磁通之间关系的磁路欧姆定律，即作用于磁描述磁动势与磁通之间关系的磁路欧姆定律，即作用于磁描述磁动势与磁通之间关系的磁路欧姆定律，即作用于磁描述磁动势与磁通之间关系的磁路欧姆定律，即作用于磁路上的磁动势等于磁阻乘以磁通。路上的磁动势等于磁阻乘以磁通。路上的磁动势等于磁阻乘以磁通。路上的磁动势等于磁阻乘以磁通。由于由于由于由于 (1)(1)(1)(1)均匀磁路的欧姆定律均匀磁路的欧姆定律均匀磁路的欧姆定律均匀磁路的欧姆定律3.3.3.3.磁路的欧姆定律与电感磁路的欧姆定律与电感磁路的欧姆定律与电感磁路的欧姆定律与电感 得得得得1.4 1.4 与电机磁路相关的基本物理定律与电机磁路相关的基本物理定律 磁路的磁导：磁路的磁导：磁路的磁导：磁路的磁导：，单位，单位，单位，单位 磁路的磁阻：磁路的磁阻：磁路的磁阻：磁路的磁阻：，单位，单位，单位，单位1.4 1.4 与电机磁路相关的基本物理定律与电机磁路相关的基本物理定律 思考：从磁路欧姆定律出发，磁路中磁通思考：从磁路欧姆定律出发，磁路中磁通思考：从磁路欧姆定律出发，磁路中磁通思考：从磁路欧姆定律出发，磁路中磁通 的大小受哪些因的大小受哪些因的大小受哪些因的大小受哪些因数的影响？数的影响？数的影响？数的影响？1.4 1.4 与电机磁路相关的基本物理定律与电机磁路相关的基本物理定律（2 2 2 2）分段均匀磁路的欧姆定律）分段均匀磁路的欧姆定律）分段均匀磁路的欧姆定律）分段均匀磁路的欧姆定律其中其中其中其中 :铁心部分对应的磁阻铁心部分对应的磁阻铁心部分对应的磁阻铁心部分对应的磁阻 :气隙部分对应的磁阻气隙部分对应的磁阻气隙部分对应的磁阻气隙部分对应的磁阻 :铁心中消耗的磁动势铁心中消耗的磁动势铁心中消耗的磁动势铁心中消耗的磁动势:气隙中消耗的磁动势气隙中消耗的磁动势气隙中消耗的磁动势气隙中消耗的磁动势1.4 1.4 与电机磁路相关的基本物理定律与电机磁路相关的基本物理定律（3 3 3 3）线圈的电感）线圈的电感）线圈的电感）线圈的电感由于：由于：由于：由于：所以得到电感与线圈匝数和磁路磁导的关系所以得到电感与线圈匝数和磁路磁导的关系所以得到电感与线圈匝数和磁路磁导的关系所以得到电感与线圈匝数和磁路磁导的关系可见，电感与线圈匝数的平方成正比，与磁场介质的磁导成正可见，电感与线圈匝数的平方成正比，与磁场介质的磁导成正可见，电感与线圈匝数的平方成正比，与磁场介质的磁导成正可见，电感与线圈匝数的平方成正比，与磁场介质的磁导成正比。比。比。比。对于：对于：对于：对于：两边同乘以线圈的匝数两边同乘以线圈的匝数两边同乘以线圈的匝数两边同乘以线圈的匝数 ，则等式左边得到的是线圈的磁链，则等式左边得到的是线圈的磁链，则等式左边得到的是线圈的磁链，则等式左边得到的是线圈的磁链 ：1.4 1.4 与电机磁路相关的基本物理定律与电机磁路相关的基本物理定律 说明及注意：对于铁心线圈的电抗大小，随着铁心磁路饱和说明及注意：对于铁心线圈的电抗大小，随着铁心磁路饱和说明及注意：对于铁心线圈的电抗大小，随着铁心磁路饱和说明及注意：对于铁心线圈的电抗大小，随着铁心磁路饱和程度的增加，铁心磁导率程度的增加，铁心磁导率程度的增加，铁心磁导率程度的增加，铁心磁导率 减小，相应的磁路磁导、铁心减小，相应的磁路磁导、铁心减小，相应的磁路磁导、铁心减小，相应的磁路磁导、铁心线圈电抗也会相应变小（这个问题后面还会详述）。线圈电抗也会相应变小（这个问题后面还会详述）。线圈电抗也会相应变小（这个问题后面还会详述）。线圈电抗也会相应变小（这个问题后面还会详述）。电抗电抗电抗电抗 随着频率随着频率随着频率随着频率 、匝数、匝数、匝数、匝数 、磁导、磁导、磁导、磁导 的变化而变的变化而变的变化而变的变化而变化。化。化。化。（4 4 4 4）交流线圈的电抗）交流线圈的电抗）交流线圈的电抗）交流线圈的电抗0.6 0.6 铁磁材料及其特性铁磁材料及其特性铁磁材料包括铁、镍、钴以及它们的合金（其它材料铁磁材料包括铁、镍、钴以及它们的合金（其它材料铁磁材料包括铁、镍、钴以及它们的合金（其它材料铁磁材料包括铁、镍、钴以及它们的合金（其它材料称之为非铁磁材料）。将这些材料放入磁场后，材料称之为非铁磁材料）。将这些材料放入磁场后，材料称之为非铁磁材料）。将这些材料放入磁场后，材料称之为非铁磁材料）。将这些材料放入磁场后，材料内的磁场会显著增强。铁磁材料在外磁场中呈现很强内的磁场会显著增强。铁磁材料在外磁场中呈现很强内的磁场会显著增强。铁磁材料在外磁场中呈现很强内的磁场会显著增强。铁磁材料在外磁场中呈现很强的磁性，此想象称为铁磁材料的磁化。的磁性，此想象称为铁磁材料的磁化。的磁性，此想象称为铁磁材料的磁化。的磁性，此想象称为铁磁材料的磁化。未磁化未磁化未磁化未磁化 磁化后磁化后磁化后磁化后 0.6.1.铁磁材料具有增磁作用（有很高导磁能力）铁磁材料具有增磁作用（有很高导磁能力）因为铁磁材料的磁导率因为铁磁材料的磁导率因为铁磁材料的磁导率因为铁磁材料的磁导率 要远远高于非铁磁材料要远远高于非铁磁材料要远远高于非铁磁材料要远远高于非铁磁材料的磁导率的磁导率的磁导率的磁导率 （非铁磁材料的磁导率一般都可近似认（非铁磁材料的磁导率一般都可近似认（非铁磁材料的磁导率一般都可近似认（非铁磁材料的磁导率一般都可近似认为等于真空的磁导率为等于真空的磁导率为等于真空的磁导率为等于真空的磁导率 ，）。通常）。通常）。通常）。通常 。那么，一定的线圈电流在铁心磁路中激发的磁通比那么，一定的线圈电流在铁心磁路中激发的磁通比那么，一定的线圈电流在铁心磁路中激发的磁通比那么，一定的线圈电流在铁心磁路中激发的磁通比空气磁路中磁通大得多。空气磁路中磁通大得多。空气磁路中磁通大得多。空气磁路中磁通大得多。0.6.2 0.6.2 铁磁材料具有磁饱和特性铁磁材料具有磁饱和特性铁磁材料的磁化曲线不铁磁材料的磁化曲线不铁磁材料的磁化曲线不铁磁材料的磁化曲线不是一条直线，是一条直线，是一条直线，是一条直线，会随铁磁材料内磁密会随铁磁材料内磁密会随铁磁材料内磁密会随铁磁材料内磁密 的变化而变化，当磁密的变化而变化，当磁密的变化而变化，当磁密的变化而变化，当磁密达到点后，铁磁材料内达到点后，铁磁材料内达到点后，铁磁材料内达到点后，铁磁材料内磁密磁密磁密磁密 呈现饱和想象，呈现饱和想象，呈现饱和想象，呈现饱和想象，也就是说，此时磁场强也就是说，此时磁场强也就是说，此时磁场强也就是说，此时磁场强 度继续增加，铁磁材度继续增加，铁磁材度继续增加，铁磁材度继续增加，铁磁材料的磁导率料的磁导率料的磁导率料的磁导率 会迅速变会迅速变会迅速变会迅速变小，磁密小，磁密小，磁密小，磁密 增加会越来增加会越来增加会越来增加会越来越慢。越慢。越慢。越慢。举例：饱和对铁磁材料磁化的影响举例：饱和对铁磁材料磁化的影响举例：饱和对铁磁材料磁化的影响举例：饱和对铁磁材料磁化的影响DW450-50DW450-50DW450-50DW450-50的实际磁化曲线的实际磁化曲线的实际磁化曲线的实际磁化曲线代号说明：代号说明：代号说明：代号说明：D-D-D-D-电工钢片，电工钢片，电工钢片，电工钢片，W-W-W-W-冷轧无取向，即各个方向磁导率相等，冷轧无取向，即各个方向磁导率相等，冷轧无取向，即各个方向磁导率相等，冷轧无取向，即各个方向磁导率相等，450-50450-50450-50450-50在在在在50505050HzHzHzHz下铁心损耗下铁心损耗下铁心损耗下铁心损耗4.54.54.54.5W/kg,W/kg,W/kg,W/kg,厚度为厚度为厚度为厚度为0.50.50.50.5mmmmmmmm。0.6.3 0.6.3 铁磁材料具有磁滞特性铁磁材料具有磁滞特性铁磁材料进行周期性磁化所反映的：铁磁材料进行周期性磁化所反映的：铁磁材料进行周期性磁化所反映的：铁磁材料进行周期性磁化所反映的：磁密变化落后于磁场强度磁密变化落后于磁场强度磁密变化落后于磁场强度磁密变化落后于磁场强度变化，通常在电机内也可变化，通常在电机内也可变化，通常在电机内也可变化，通常在电机内也可理解为磁通落后于激磁电理解为磁通落后于激磁电理解为磁通落后于激磁电理解为磁通落后于激磁电流的现象，称为流的现象，称为流的现象，称为流的现象，称为磁滞现象。磁滞现象。磁滞现象。磁滞现象。0.6.3 0.6.3 铁磁材料具有磁滞特性铁磁材料具有磁滞特性磁滞损耗与磁滞回线包围的面积、磁通交变频率磁滞损耗与磁滞回线包围的面积、磁通交变频率磁滞损耗与磁滞回线包围的面积、磁通交变频率磁滞损耗与磁滞回线包围的面积、磁通交变频率 、铁磁材料体积铁磁材料体积铁磁材料体积铁磁材料体积 成正比。成正比。成正比。成正比。铁心内的交变磁通将感应电势，进而在铁心内引起环流。这些环流通作涡流状流铁心内的交变磁通将感应电势，进而在铁心内引起环流。这些环流通作涡流状流铁心内的交变磁通将感应电势，进而在铁心内引起环流。这些环流通作涡流状流铁心内的交变磁通将感应电势，进而在铁心内引起环流。这些环流通作涡流状流动，称为涡流。涡流引起的损耗，称为涡流损耗。动，称为涡流。涡流引起的损耗，称为涡流损耗。动，称为涡流。涡流引起的损耗，称为涡流损耗。动，称为涡流。涡流引起的损耗，称为涡流损耗。思考：如何尽量减小涡流损耗？思考：如何尽量减小涡流损耗？2 2 2 2）涡流损耗）涡流损耗）涡流损耗）涡流损耗当铁心中磁通交变时，同时会产生磁滞损耗与涡流损耗。这两部分损耗总称为当铁心中磁通交变时，同时会产生磁滞损耗与涡流损耗。这两部分损耗总称为当铁心中磁通交变时，同时会产生磁滞损耗与涡流损耗。这两部分损耗总称为当铁心中磁通交变时，同时会产生磁滞损耗与涡流损耗。这两部分损耗总称为铁心损耗铁心损耗铁心损耗铁心损耗。铁心损耗通常用下式计算：铁心损耗通常用下式计算：铁心损耗通常用下式计算：铁心损耗通常用下式计算：3 3）交流铁心的损耗）交流铁心的损耗）交流铁心的损耗）交流铁心的损耗硅钢俗称矽钢片或硅钢片，是电力、电子和硅钢俗称矽钢片或硅钢片，是电力、电子和军事工业不可缺少的含碳极低的硅铁软磁合军事工业不可缺少的含碳极低的硅铁软磁合金，亦是产量最大的金属功能材料，其产量金，亦是产量最大的金属功能材料，其产量约占世界钢材产量的约占世界钢材产量的1%，它是含硅，它是含硅0.8-4.8的硅铁合金，经热、冷轧成厚度在的硅铁合金，经热、冷轧成厚度在1mm以下的硅钢薄板。加入硅可提高铁的以下的硅钢薄板。加入硅可提高铁的电阻率和最大磁导率电阻率和最大磁导率,降低矫顽力、铁芯损降低矫顽力、铁芯损耗（铁损）和磁时效，主要用作各种电机、耗（铁损）和磁时效，主要用作各种电机、发电机和变压器的铁芯。发电机和变压器的铁芯。与冷轧无取向硅钢相比，取向硅钢要比无取与冷轧无取向硅钢相比，取向硅钢要比无取向硅钢铁损低很多，磁性具有强烈的方向性；向硅钢铁损低很多，磁性具有强烈的方向性；在易磁化的轧制方向上具有优越的高磁导率在易磁化的轧制方向上具有优越的高磁导率与低损冷轧无取向硅钢片最主要的用途是用与低损冷轧无取向硅钢片最主要的用途是用于发电机制造，故又称冷轧电机硅钢。冷轧于发电机制造，故又称冷轧电机硅钢。冷轧取向硅钢带最主要的用途是用于变压器制造，取向硅钢带最主要的用途是用于变压器制造，所以又称冷轧变压器硅钢耗特性。所以又称冷轧变压器硅钢耗特性。第第 2 2 章章变变 压压 器器2.1 2.1 变压器工作原理和基本结构变压器工作原理和基本结构变压器是静止电器，是由铁心变压器是静止电器，是由铁心变压器是静止电器，是由铁心变压器是静止电器，是由铁心(磁路磁路磁路磁路)及两个或两个以上的绕及两个或两个以上的绕及两个或两个以上的绕及两个或两个以上的绕组组组组(电路电路电路电路)组成，绕组之间由铁心中交变磁通联系组成，绕组之间由铁心中交变磁通联系组成，绕组之间由铁心中交变磁通联系组成，绕组之间由铁心中交变磁通联系(磁耦合磁耦合磁耦合磁耦合)，实现从一种等级的交流电压实现从一种等级的交流电压实现从一种等级的交流电压实现从一种等级的交流电压(电流电流电流电流)变为另一种等级的交流电变为另一种等级的交流电变为另一种等级的交流电变为另一种等级的交流电压压压压(电流电流电流电流)的电磁装置。的电磁装置。的电磁装置。的电磁装置。1.1.1.1.变压器的功能变压器的功能变压器的功能变压器的功能2.1 2.1 变压器工作原理和基本结构变压器工作原理和基本结构按相数分为：按相数分为：按相数分为：按相数分为：单相变压器，三相变压器，多相变压器单相变压器，三相变压器，多相变压器单相变压器，三相变压器，多相变压器单相变压器，三相变压器，多相变压器按绕组分为：双绕组变压器按绕组分为：双绕组变压器按绕组分为：双绕组变压器按绕组分为：双绕组变压器,三绕组变压器，自耦变压器三绕组变压器，自耦变压器三绕组变压器，自耦变压器三绕组变压器，自耦变压器2.2.2.2.变压器的分类变压器的分类变压器的分类变压器的分类1 12 23 34 41 14 42-32-34 43 32.1 2.1 变压器工作原理和基本结构变压器工作原理和基本结构2.2.2.2.变压器的分类变压器的分类变压器的分类变压器的分类(4)(4)(4)(4)按冷却方式：按冷却方式：按冷却方式：按冷却方式：油浸自冷变压器油浸自冷变压器油浸自冷变压器油浸自冷变压器 (3)(3)(3)(3)按用途分为：按用途分为：按用途分为：按用途分为：油浸水冷变压器油浸水冷变压器油浸水冷变压器油浸水冷变压器干式空气自冷变压器干式空气自冷变压器干式空气自冷变压器干式空气自冷变压器 油浸风冷变压器油浸风冷变压器油浸风冷变压器油浸风冷变压器升压变压器升压变压器升压变压器升压变压器 降压变压器降压变压器降压变压器降压变压器 隔离隔离隔离隔离变压器变压器变压器变压器2.1 2.1 变压器工作原理和基本结构变压器工作原理和基本结构3.3.3.3.变压器的主要结构部件变压器的主要结构部件（2 2）二次绕组（副绕组）负载侧）二次绕组（副绕组）负载侧（3 3）变压器铁心）变压器铁心 磁路部分磁路部分（1 1）一次绕组（原绕组）电源侧）一次绕组（原绕组）电源侧2.1 2.1 变压器工作原理和基本结构变压器工作原理和基本结构3.3.3.3.变压器的主要结构部件变压器的主要结构部件 铁心铁心铁心铁心：它是变压器用作导磁的磁路，也是器身的机械骨架，由：它是变压器用作导磁的磁路，也是器身的机械骨架，由：它是变压器用作导磁的磁路，也是器身的机械骨架，由：它是变压器用作导磁的磁路，也是器身的机械骨架，由铁心柱、铁轭和夹紧装置组成。为了减小铁心中的磁滞和涡流铁心柱、铁轭和夹紧装置组成。为了减小铁心中的磁滞和涡流铁心柱、铁轭和夹紧装置组成。为了减小铁心中的磁滞和涡流铁心柱、铁轭和夹紧装置组成。为了减小铁心中的磁滞和涡流损耗，铁心用损耗，铁心用损耗，铁心用损耗，铁心用0.35-0.5mm0.35-0.5mm0.35-0