电磁铁相关精.ppt

电磁铁相关第1页，本讲稿共62页第第 7 章章 磁路与变压器磁路与变压器7.1 磁路磁路7.2 铁心线圈铁心线圈7.3 变压器变压器7.4 电磁铁电磁铁第2页，本讲稿共62页磁路：主磁通所经过的闭合路径。磁路：主磁通所经过的闭合路径。i磁路的基本概念磁路的基本概念 线圈通入电流后，产生磁线圈通入电流后，产生磁通，分主磁通和漏磁通。通，分主磁通和漏磁通。：主磁通主磁通：漏磁通漏磁通铁心铁心（导磁性能好（导磁性能好 的磁性材料）的磁性材料）线圈线圈7.1 磁路磁路第3页，本讲稿共62页一、磁感应强度一、磁感应强度（磁通密度）（磁通密度）与磁场方向相垂直的单位面积上通过的磁通（磁与磁场方向相垂直的单位面积上通过的磁通（磁力线）力线）单位：韦伯单位：韦伯1 Tesla=104 高斯高斯B 的单位：特斯拉（的单位：特斯拉（Tesla）7.1.1 磁路的基本物理量磁路的基本物理量第4页，本讲稿共62页磁通磁通 ：穿过垂直于穿过垂直于B方向的面积方向的面积S中的磁力线总数。中的磁力线总数。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位面积所通过的磁通,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=1Vs三、磁场强度三、磁场强度 H 磁场强度是计算磁场所用的物理量，其大小为磁磁场强度是计算磁场所用的物理量，其大小为磁感应强度和导磁率之比。感应强度和导磁率之比。单位：单位：B：特斯拉：特斯拉：亨：亨/米米：安：安/米米第5页，本讲稿共62页四、磁导率四、磁导率：表征各种材料导磁能力的物理量：表征各种材料导磁能力的物理量（亨（亨/米）米）真空中的磁导率真空中的磁导率()为常数为常数一般材料的磁导率一般材料的磁导率 和真空中的磁导率之比，和真空中的磁导率之比，称为这种材料的相对磁导率称为这种材料的相对磁导率，则称为磁性材料，则称为磁性材料，则称为非磁性材料，则称为非磁性材料第6页，本讲稿共62页7.1.2 物质的磁性能物质的磁性能一、非磁性物质一、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。磁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，呈线成正比，呈线性关系。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。O OHHB B 0 r 1B=0 H 第7页，本讲稿共62页 二、二、磁性物质磁性物质 磁性物质内部形成许多小区域，其分子间存在的一种特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，称这些小区域为磁畴。，称这些小区域为磁畴。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。场方向趋于一致，物质整体显示出磁性来，称为磁化。即即磁性物质能被磁化。磁性物质能被磁化。外外外外磁磁磁磁场场场场 在没有外磁场作用的普通磁性物质中，各个磁畴排列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。杂乱无章，磁场互相抵消，整体对外不显磁性。磁磁磁磁畴畴畴畴第8页，本讲稿共62页磁性材料的磁性能磁性材料的磁性能1.高导磁性高导磁性 磁性材料的磁导率通常都很高，磁性材料磁性材料的磁导率通常都很高，磁性材料能被强烈的能被强烈的磁化，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可以产生较大的磁通和磁感应强度。第9页，本讲稿共62页2.磁饱和性磁饱和性B B 磁场的磁场的 B-H 磁化曲线。磁化曲线。B Ba ab b磁化曲线磁化曲线磁化曲线磁化曲线O OHHB,B,B-H 磁化曲线的特征：磁化曲线的特征：O Oa a段：段：段：段：B B 与与与与HH几乎成正比地增加；几乎成正比地增加；几乎成正比地增加；几乎成正比地增加；abab段：段：段：段：B B 的增加缓慢下来；的增加缓慢下来；的增加缓慢下来；的增加缓慢下来；b b点以后：点以后：点以后：点以后：B B增加很少，达到饱和。增加很少，达到饱和。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，有磁性物质存在时，有磁性物质存在时，B B 与与与与 HH不成不成不成不成正比，正比，正比，正比，与与与与 I I 不成正比。磁性物质的磁不成正比。磁性物质的磁不成正比。磁性物质的磁不成正比。磁性物质的磁导率导率导率导率 不是常数，随不是常数，随不是常数，随不是常数，随HH而变。而变。而变。而变。磁性物质的磁化曲线在磁路计算磁性物质的磁化曲线在磁路计算磁性物质的磁化曲线在磁路计算磁性物质的磁化曲线在磁路计算上极为重要，其为非线性曲线，实上极为重要，其为非线性曲线，实上极为重要，其为非线性曲线，实上极为重要，其为非线性曲线，实际中通过实验得出际中通过实验得出际中通过实验得出际中通过实验得出。第10页，本讲稿共62页3.磁滞性磁滞性 磁性材料在交变磁场中反复磁化，其磁性材料在交变磁场中反复磁化，其B-H关系曲线是关系曲线是一条回形闭合曲线，称为一条回形闭合曲线，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的变化总是滞后于外磁场变化的性质。场变化的性质。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。磁性物质不同，其磁滞回线和磁性物质不同，其磁滞回线和磁性物质不同，其磁滞回线和磁性物质不同，其磁滞回线和磁化曲线也不同。磁化曲线也不同。磁化曲线也不同。磁化曲线也不同。磁滞回线磁滞回线磁滞回线磁滞回线O OHHB BB Br rHHc c 第11页，本讲稿共62页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。一般用来制一般用来制造电机、电器及变压器等的铁心。常用的有铸铁、硅钢、坡造电机、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。莫合金即铁氧体等。(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。一般用来制一般用来制造永久磁铁。常用的有碳钢及铁镍铝钴合金等。造永久磁铁。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。形，稳定性良好。在计算机和控制系统中用作记忆元件、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。开关元件和逻辑元件。常用的有镁锰铁氧体等。第12页，本讲稿共62页一一.安培环路定律（全电流律）：安培环路定律（全电流律）：磁场中任何闭合回路磁场强度的线积分磁场中任何闭合回路磁场强度的线积分,等于通过等于通过这个闭合路径内电流的代数和这个闭合路径内电流的代数和.I1I2I3电流方向和磁场强度的方向电流方向和磁场强度的方向符合右手定则，电流取正；符合右手定则，电流取正；否则取负。否则取负。7.1.3 磁路的基本定律磁路的基本定律第13页，本讲稿共62页 在无分支的均匀磁路在无分支的均匀磁路（磁路的材料和截面积相同，各处（磁路的材料和截面积相同，各处的磁场强度相等）中，安培环路定律可写成：的磁场强度相等）中，安培环路定律可写成：磁路磁路长度长度L线圈线圈匝数匝数NIHL：称为磁压降。称为磁压降。NI：称为磁通势。一般称为磁通势。一般 用用 F 表示。表示。F=NI第14页，本讲稿共62页总磁通势总磁通势 在非均匀磁路在非均匀磁路（磁路的材料或截面积不同，或磁场强度（磁路的材料或截面积不同，或磁场强度不等）中，不等）中，总磁通势等于各段磁压降之和。总磁通势等于各段磁压降之和。例：例：IN第15页，本讲稿共62页对于均匀磁路对于均匀磁路磁路中的磁路中的欧姆定律欧姆定律二二.磁路的欧姆定律：磁路的欧姆定律：则：则：INSL注：由于磁性材料注：由于磁性材料 是非线性的，磁路欧姆定律多用作定性是非线性的，磁路欧姆定律多用作定性 分析，不做定量计算。分析，不做定量计算。令：令：Rm 称为磁阻称为磁阻第16页，本讲稿共62页磁路和电路的比较（一）磁路和电路的比较（一）磁磁路路电电路路磁通磁通INR+_EI磁压降磁压降磁通势磁通势电压降电压降电动势电动势电流电流U第17页，本讲稿共62页欧姆定律欧姆定律 磁阻磁阻磁感应磁感应强度强度安培环路安培环路定律定律磁磁 路路IN欧姆定律欧姆定律电阻电阻电流电流强度强度回路回路电压定律电压定律结点结点电流定律电流定律磁路与电路的比较磁路与电路的比较(二二)电电 路路R+_EI第18页，本讲稿共62页IU直流磁路的特点直流磁路的特点:（R 为线圈的电阻）为线圈的电阻）直流铁心线圈的功率就是线圈电阻消耗的功率，为：直流铁心线圈的功率就是线圈电阻消耗的功率，为：I 恒定，恒定，恒定，恒定，e=0，电感相当于短路。，电感相当于短路。7.2.1直流直流铁心线圈电路铁心线圈电路7.2 铁心线圈铁心线圈励磁电流：励磁电流：在磁路中用来产生磁通的电流在磁路中用来产生磁通的电流励磁电流励磁电流直流直流 -直流磁路直流磁路 交流交流 -交流磁路交流磁路第19页，本讲稿共62页一、电磁关系一、电磁关系 +e e+e e +u uN Ni i主磁通主磁通 ：通过铁心闭合的磁通过铁心闭合的磁通。通。漏磁通漏磁通 ：经过空气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。线圈线圈线圈线圈铁心铁心铁心铁心（磁通势）（磁通势）i i，铁心线圈的漏磁电感铁心线圈的漏磁电感7.2.2交流交流铁心线圈电路铁心线圈电路第20页，本讲稿共62页 +e ee e u uN Ni i二、电压电流关系二、电压电流关系根据根据KVL:设主磁通设主磁通 则则有效值有效值 由于线圈电阻由于线圈电阻 R 和漏磁通和漏磁通 较小，其电压降也较较小，其电压降也较小，与主磁电动势小，与主磁电动势 E 相比可忽略，故有相比可忽略，故有第21页，本讲稿共62页ui一定时磁动势一定时磁动势IN随磁阻随磁阻 的变化而变化。的变化而变化。当外加电压当外加电压U、频率、频率 f 与与线圈匝数线圈匝数N一定时，一定时，便便确定下来。根据磁路欧姆确定下来。根据磁路欧姆定律定律 ，当，当 交流磁路的特点交流磁路的特点:第22页，本讲稿共62页三、三、功率损耗功率损耗 +u ui i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：铜损耗铜损耗 Pcu铁损耗铁损耗 PFe铁损由磁滞和涡流产生。铁损由磁滞和涡流产生。O OHHB BPCu线圈电阻线圈电阻R上的损耗上的损耗PFe 处于交变磁化下的铁心的损耗处于交变磁化下的铁心的损耗（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磁滞损耗（滞损耗（Ph）。）。单位体积内的磁滞损耗正比与磁滞回线的面积和磁单位体积内的磁滞损耗正比与磁滞回线的面积和磁场交变的频率场交变的频率 f。第23页，本讲稿共62页 (2)涡流损耗（涡流损耗（Pe）涡流损耗涡流损耗:由涡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。涡流在垂电动势和电流，称为涡流。涡流在垂直于磁通的平面内环流。直于磁通的平面内环流。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。变压器和电机中使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。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。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。第24页，本讲稿共62页硅钢片叠成的铁心硅钢片叠成的铁心铁心线圈的磁路铁心线圈的磁路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 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，把涡流限制在较绝缘的钢片叠成，把涡流限制在较小的截面内。小的截面内。第25页，本讲稿共62页 变压器是一种常见的电气设备，在电力系统和电子线路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。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：在能量传输过程中，当输送功率在能量传输过程中，当输送功率P=UI cos 及负载功及负载功率因数率因数cos 一定时：一定时：电能损耗小电能损耗小节省金属材料（经济）节省金属材料（经济）概述概述U II S P =I Rl7.3 变压器变压器导线的截面积第26页，本讲稿共62页变压器的分类变压器的分类按用途分按用途分电力变压器电力变压器(输配电用输配电用)仪用变压器仪用变压器 整流变压器整流变压器 按相数分按相数分三相变压器三相变压器三相变压器三相变压器 单相变压器单相变压器单相变压器单相变压器 按制造方式按制造方式壳式壳式壳式壳式心式心式心式心式变压器符号变压器符号第27页，本讲稿共62页 电力工业中常采用高压输电低压配电，实现节能并保证电力工业中常采用高压输电低压配电，实现节能并保证电力工业中常采用高压输电低压配电，实现节能并保证电力工业中常采用高压输电低压配电，实现节能并保证用电安全。具体如下：用电安全。具体如下：用电安全。具体如下：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 变压器应用举例变压器应用举例第28页，本讲稿共62页变压器的结构变压器的结构第29页，本讲稿共62页单相变压器单相变压器+一次一次绕组绕组N1二次二次绕组绕组N2铁心铁心变压器的基本结构变压器的基本结构变压器符号：变压器符号：一次、二次绕组一次、二次绕组互不相连，能量的传互不相连，能量的传递靠磁耦合。递靠磁耦合。第30页，本讲稿共62页设变压器空载运行设变压器空载运行一次侧接交流电源，二一次侧接交流电源，二次侧开路。次侧开路。i0(i0N1)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。1+1+7.3.1变压器的工作原理变压器的工作原理 1.电压变换电压变换第31页，本讲稿共62页结论：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。K为变比为变比原、副边电压关系原、副边电压关系根据交流磁路的分析根据交流磁路的分析可得：可得：时时（变电压）（变电压）第32页，本讲稿共62页 带负载运行情况带负载运行情况一次侧接交流电一次侧接交流电源，二次侧源，二次侧接负接负接负接负载载载载。1i1(i1N1)i2(i2N2)2有载时，铁心中主磁有载时，铁心中主磁通通 是是由一次、二由一次、二次绕组磁通势共同次绕组磁通势共同产生的合成磁通。产生的合成磁通。+i1i2+e2 Z Z +1 2+e 2+u22.电流变换电流变换第33页，本讲稿共62页+|Z|+由上式，若由上式，若U1、f 不不变，则变，则 m 基本不变，基本不变，近于常数。近于常数。空载磁势：空载磁势：有载有载磁势：磁势：=第34页，本讲稿共62页或：或：1 1.提供产生提供产生提供产生提供产生 mm的磁势的磁势的磁势的磁势2 2.提供用于补偿提供用于补偿提供用于补偿提供用于补偿 作用作用作用作用 的磁势的磁势的磁势的磁势磁势平衡式：磁势平衡式：磁势平衡式：磁势平衡式：一般情况下：一般情况下：I0 (23)%I1N 很小可忽略。很小可忽略。或或结论：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。第35页，本讲稿共62页+由图可知：由图可知：由图可知：由图可知：结论：结论：变压器一次侧的等效阻抗模，为二次侧变压器一次侧的等效阻抗模，为二次侧所带负载的阻抗模的所带负载的阻抗模的K 2 倍。倍。3.阻抗变换阻抗变换第36页，本讲稿共62页(1)(1)变压器的匝数比应为变压器的匝数比应为变压器的匝数比应为变压器的匝数比应为：解解解解:例例例例1:1:如图，交流信号源的电动如图，交流信号源的电动势势 E=120V，内阻，内阻 R 0=800，负负载为扬声器，其等效电阻为载为扬声器，其等效电阻为RL=8。要求。要求:（1）当）当RL折算折算到原边的等效电阻到原边的等效电阻 时，求时，求变压器的匝数比和信号源输出的功变压器的匝数比和信号源输出的功率；（率；（2）当将负载直接与信号源）当将负载直接与信号源联接时联接时,信号源输出多大功率？信号源输出多大功率？信号源信号源R0RL+R R0 0+第37页，本讲稿共62页信号源的输出功率：信号源的输出功率：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。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。原因：原因：满足了最大功率输出的条件：满足了最大功率输出的条件：（2 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：）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：第38页，本讲稿共62页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)2)三相变压器的联结方式三相变压器的联结方式三相变压器的联结方式三相变压器的联结方式联结方式：联结方式：低压绕组接法低压绕组接法三相配电变压器三相配电变压器动力供电系统（井下照明）动力供电系统（井下照明）高压、超高压供电系统高压、超高压供电系统高压、超高压供电系统高压、超高压供电系统常用接法常用接法:高压绕组接法高压绕组接法4 4、三相电压的变换、三相电压的变换第39页，本讲稿共62页（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：ACBbca+第40页，本讲稿共62页（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：ACBabc+第41页，本讲稿共62页7.3.2变压器的铭牌数据变压器的铭牌数据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)1)变压器的型号变压器的型号第42页，本讲稿共62页2）额定值额定值 额定电压额定电压 U1N、U2N 变压器二次侧开路（空载）时，一次、二次侧绕组允变压器二次侧开路（空载）时，一次、二次侧绕组允许的电压值许的电压值单相：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、二次侧的线电压，一次、二次侧的线电压 额定电流额定电流 I1N、I2N 变压器满载运行时，一次、二次侧绕组允许的电流值。变压器满载运行时，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、二次侧绕组线电流第43页，本讲稿共62页 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：注意：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）效率效率效率效率容量：容量：一次侧输入功率：一次侧输入功率：输出功率：输出功率：变压器运行变压器运行时的功率取时的功率取决于负载的决于负载的性质性质容量容量 SN 输出功率输出功率 P2 原边输入功率原边输入功率 P1 输出功率输出功率 P2第44页，本讲稿共62页变压器的损耗包括两部分：变压器的损耗包括两部分：7.3.3 变压器的效率变压器的效率()铜损铜损(PCu)：绕组导线电阻的损耗。绕组导线电阻的损耗。磁滞磁滞损耗和涡流损耗损耗和涡流损耗 铁损铁损(PFe)：为减少涡流损耗，铁心一般由导磁钢片叠成。为减少涡流损耗，铁心一般由导磁钢片叠成。变压器的效率为变压器的效率为一般一般 9595%,负载为额定负载的负载为额定负载的(50(5075)%时，时，最最大。大。输出功率输出功率输出功率输出功率输入功率输入功率输入功率输入功率第45页，本讲稿共62页7.3.4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，保持不变时，二次侧输出电压二次侧输出电压 U2和输出电流和输出电流 I2的关系，的关系，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、二次侧开路时，二次侧的输出电压。的输出电压。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 变化不变化不大），电压变化率约在大），电压变化率约在5%左右。左右。电压变化率：电压变化率：coscos 2=0.8=0.8(感性）感性）感性）感性）U2I2U20I2Ncoscos 2=1=1O第46页，本讲稿共62页 当电流流入当电流流入(或流出）两个线圈时，若产生的磁通方向相同，或流出）两个线圈时，若产生的磁通方向相同，则两个流入则两个流入(或流出）端称为同极性端。或流出）端称为同极性端。AXax AX Xax1.1.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，在两线圈中产生的感或者说，当铁心中磁通变化时，在两线圈中产生的感应电动势极性相同的两端为同极性端。应电动势极性相同的两端为同极性端。同极性端用同极性端用“”表表示示。增加增加+同极性端同极性端和绕组的绕向和绕组的绕向有关。有关。7.3.5 变压器绕组极性及连接方法变压器绕组极性及连接方法 第47页，本讲稿共62页联接联接 23 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1324 1324 联接联接 13，2 4当电源电压为当电源电压为220V时：时：+电源电压为电源电压为110V时：时：第48页，本讲稿共62页问题问题1：在在110V 情况下，如果只用一个绕组情况下，如果只用一个绕组 （N），行不行？），行不行？答：答：不行（两绕组必须并接）不行（两绕组必须并接）一次侧有两个相同绕组的电源变压器一次侧有两个相同绕组的电源变压器(220/110)(220/110)，使用，使用中应注意的问题：中应注意的问题：1324 若两种接法铁心中的磁通相等，则：若两种接法铁心中的磁通相等，则：+第49页，本讲稿共62页问题问题2：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在同极性端不明确时，一定要先测定同极性端 再通电。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 很大很大烧毁变压器烧毁变压器感应电势感应电势感应电势感应电势1324 +第50页，本讲稿共62页1.自耦变压器自耦变压器ABP 使用时，改变滑动端的位置，便可得到不同的输出使用时，改变滑动端的位置，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。电压。实验室中用的调压器就是根据此原理制作的。注意：原、副边千万不能对调使用，注意：原、副边千万不能对调使用，以防变压器损坏。因以防变压器损坏。因为为N变小时，磁通增大，电流会迅速增加。变小时，磁通增大，电流会迅速增加。7.3.6 特殊变压器简介特殊变压器简介第51页，本讲稿共62页2.电压互感器电压互感器 用低量程的电压表测高电压用低量程的电压表测高电压1.副边不能短路，以副边不能短路，以 防产生过流；防产生过流；2.铁心、低压绕组的铁心、低压绕组的 一端接地，以防在一端接地，以防在 绝缘损时，在副边绝缘损时，在副边 出现高压。出现高压。使用注意：使用注意：VR N1（匝数多）（匝数多）保险丝保险丝 N2（匝数少）（匝数少）u（被测电压）（被测电压）电压表电压表被测电压被测电压=电压表读数电压表读数 N1/N2第52页，本讲稿共62页3.电流互感器电流互感器 用低量程的电流表测大电流用低量程的电流表测大电流（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.副边不能开路，以副边不能开路，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 一端一端 接地，以防在接地，以防在 绝缘损坏时，在副绝缘损坏时，在副 边出现过压。边出现过压。使用注意事项：使用注意事项：第53页，本讲稿共62页7.4 7.4 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。第54页，本讲稿共62页2.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。图所示。铁心铁心铁心铁心衔铁衔铁衔铁衔铁衔铁衔铁衔铁衔铁 有时是机械零件有时是机械零件、工件充当衔铁工件充当衔铁F FF FF FF F线圈线圈线圈线圈线圈线圈线圈线圈衔铁衔铁衔铁衔铁铁心铁心铁心铁心线圈线圈线圈线圈铁心铁心铁心铁心第55页，本讲稿共62页3.电磁铁吸力的计算电磁铁吸力的计算 电磁铁吸力的大小与气隙的截面积电磁铁吸力的大小与气隙的截面积S0及气隙中的磁感及气隙中的磁感应强度应强度B0的平方成正比。基本公式如下：的平方成正比。基本公式如下：式中：式中：B0 的单位是特的单位是特斯拉斯拉；S0 的单位是平方米；的单位是平方米；F 的单位是牛的单位是牛顿顿（N）。）。直流电磁铁的吸力直流电磁铁的吸力直流电磁铁的吸力依据上述基本公式直接求取。直流电磁铁的吸力依据上述基本公式直接求取。第56页，本讲稿共62页交流电磁铁的吸力交流电磁铁的吸力交流电磁铁中磁场是交变的，设交流电磁铁中磁场是交变的，设则则吸力瞬时值为吸力瞬时值为:式中：式中：式中：式中：为吸力的最大值。为吸力的最大值。为吸力的最大值。为吸力的最大值。吸力的波形吸力的波形:吸力平均值为吸力平均值为吸力平均值为吸力平均值为:t tF Fmmf fO第57页，本讲稿共62页 (1)交流电磁铁的吸力在零与最大值之交流电磁铁的吸力在零与最大值之间脉动。衔铁以两倍电源频率在颤动，引起间脉动。衔铁以两倍电源频率在颤动，引起噪音，同时触点容易损坏。噪音，同时触点容易损坏。为了消除这种现为了消除这种现象，在磁极的部分端面上套一个分磁环象，在磁极的部分端面上套一个分磁环（或称短路环），工作时，在分磁环中产（或称短路环），工作时，在分磁环中产生感应电流，其阻碍磁通的变化，在磁极生感应电流，其阻碍磁通的变化，在磁极端面两部分中的磁通端面两部分中的磁通 1 和和 2 之间产生相位之间产生相位差，相应该两部分的吸力不同时为零，实现消差，相应该两部分的吸力不同时为零，实现消除振动和噪音，如图所示；而直流电磁铁吸力除振动和噪音，如图所示；而直流电磁铁吸力恒定不变；恒定不变；综合上述：综合上述：1 1 2 2 (2)交流电磁铁中交流电磁铁中,为了减少铁损，铁心由钢片叠成；为了减少铁损，铁心由钢片叠成；直流电磁铁的磁通不变，无铁损，铁心用整块软钢制成；直流电磁铁的磁通不变，无铁损，铁心用整块软钢制成；第58页，本讲稿共62页 (4)直流电磁铁的励磁电流仅与线圈电阻有关，在直流电磁铁的励磁电流仅与线圈电阻有关，在吸合过程中，励磁电流不变。吸合过程中，励磁电流不变。(3)在交流电磁铁中，线圈电流不仅与线圈电阻有在交流电磁铁中，线圈电流不仅与线圈电阻有关，主要的还与线圈感抗有关。在其吸合过程中，随关，主要的还与线圈感抗有关。在其吸合过程中，随着磁路气隙的减小，线圈感抗增大，电流减小。如果着磁路气隙的减小，线圈感抗增大，电流减小。如果衔铁被卡住，通电后衔铁吸合不上，线圈感抗一直很衔铁被卡住，通电后衔铁吸合不上，线圈感抗一直很小，电流较大，将使线圈严重发热甚至烧毁；小，电流较大，将使线圈严重发热甚至烧毁；4.电磁铁的应用电磁铁的应用 电磁铁在生产中获得广泛应用。其主要应用原理是：电磁铁在生产中获得广泛应用。其主要应用原理是：用电磁铁衔铁的动作带动其他机械装置运动，产生机械连动，用电磁铁衔铁的动作带动其他机械装置运动，产生机械连动，实现控制要求。实现控制要求。第59页，本讲稿共62页应用实例应用实例 图示为应用电磁铁实图示为应用电磁铁实现制动机床或起重机电动机的基现制动机床或起重机电动机的基本结构，其中电动机和制动轮同本结构，其中电动机和制动轮同轴。原理如下：轴。原理如下：M3 抱闸抱闸抱闸抱闸制动轮制动轮制动轮制动轮弹弹弹弹簧簧簧簧电电电电磁磁磁磁铁铁铁铁通通通通电电电电电磁铁电磁铁电磁铁电磁铁动作动作动作动作拉开拉开拉开拉开弹簧弹簧弹簧弹簧抱闸抱闸抱闸抱闸提起提起提起提起松开松开松开松开制动轮制动轮制动轮制动轮 电机电机电机电机转动转动转动转动断断断断电电电电电磁铁电磁铁电磁铁电磁铁释放释放释放释放弹簧弹簧弹簧弹簧收缩收缩收缩收缩抱闸抱闸抱闸抱闸抱紧抱紧抱紧抱紧抱紧抱紧抱紧抱紧制动轮制动轮制动轮制动轮 电机电机电机电机制动制动制动制动启动过程：启动过程：制动过程：制动过程：第60页，本讲稿共62页第第261261页习题：页习题：7.5.1 7.5.2 7.5.3讨论题：讨论题：7.5.9作作 业业第61页，本讲稿共62页第 7 章结 束第62页，本讲稿共62页