磁路与变压器资料优秀PPT.ppt

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1、第第5 5章章 磁路与变压器磁路与变压器5.1 5.1 磁路的基本学问磁路的基本学问5.2 5.2 沟通铁心线圈沟通铁心线圈5.3 5.3 变压器的结构与工作原理变压器的结构与工作原理5.4 5.4 电磁铁电磁铁11.1.磁路磁路：主磁通所经过的闭合路径。：主磁通所经过的闭合路径。5.1 5.1 磁路的基本学问磁路的基本学问5.1.1.5.1.1.磁路的基本物理量磁路的基本物理量 线圈通入电流后，产线圈通入电流后，产生磁通，分主磁通和漏生磁通，分主磁通和漏磁通。磁通。：主磁通主磁通：漏磁通漏磁通2 表示磁场内某点磁场强弱和方向的物理量。表示磁场内某点磁场强弱和方向的物理量。表示磁场内某点磁场强

2、弱和方向的物理量。表示磁场内某点磁场强弱和方向的物理量。磁感应强度磁感应强度磁感应强度磁感应强度B B的大小的大小的大小的大小:磁感应强度磁感应强度磁感应强度磁感应强度B B的方向的方向的方向的方向:与电流的方向之间符合右手螺旋定则。与电流的方向之间符合右手螺旋定则。与电流的方向之间符合右手螺旋定则。与电流的方向之间符合右手螺旋定则。磁感应强度磁感应强度磁感应强度磁感应强度B B的单位的单位的单位的单位:特斯拉特斯拉特斯拉特斯拉(T T)，1 1 1 1T=1Wb/mT=1Wb/m2 2 匀整磁场匀整磁场匀整磁场匀整磁场:各点磁感应强度大小相等，方向相同的各点磁感应强度大小相等，方向相同的各点

3、磁感应强度大小相等，方向相同的各点磁感应强度大小相等，方向相同的 磁场，也称匀强磁场。磁场，也称匀强磁场。磁场，也称匀强磁场。磁场，也称匀强磁场。5.1.1.5.1.1.磁路的基本物理量磁路的基本物理量2 2、磁感应强度、磁感应强度B B33.3.磁通磁通磁通磁通磁通磁通 ：穿过垂直于穿过垂直于穿过垂直于穿过垂直于B B方向的面积方向的面积方向的面积方向的面积S S中的磁力线总数。中的磁力线总数。中的磁力线总数。中的磁力线总数。说明说明说明说明:假如不是匀整磁场，则取假如不是匀整磁场，则取假如不是匀整磁场，则取假如不是匀整磁场，则取B B B B的平均值。的平均值。的平均值。的平均值。在匀整磁

4、场中在匀整磁场中在匀整磁场中在匀整磁场中 =B S =B S 或或或或 B=B=/S/S 磁感应强度磁感应强度磁感应强度磁感应强度B B在数值上可以看成为与磁场方向垂直在数值上可以看成为与磁场方向垂直在数值上可以看成为与磁场方向垂直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的单位面积所通过的磁通的单位面积所通过的磁通的单位面积所通过的磁通,故又称故又称故又称故又称磁通密度磁通密度磁通密度磁通密度。磁通磁通磁通磁通 的单位的单位的单位的单位:韦韦韦韦 伯伯伯伯(WbWb)1Wb=1V 1Wb=1Vs s4.4.4.4.磁场强度磁场强度磁场强度磁场强度磁场强度磁场强度磁场强度磁场强度H

5、H ：介质中某点的磁感应强度介质中某点的磁感应强度介质中某点的磁感应强度介质中某点的磁感应强度 B B 与介质与介质与介质与介质 磁导率磁导率磁导率磁导率 之比。之比。之比。之比。磁场强度磁场强度磁场强度磁场强度HH的单位的单位的单位的单位 ：安培安培安培安培/米（米（米（米（A/mA/m)45.5.磁导率磁导率：表征各种材料导磁实力的物理量：表征各种材料导磁实力的物理量（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

6、为非磁性材料，则称为非磁性材料5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 指磁性材料的磁导率很高，指磁性材料的磁导率很高，r1，使其具有，使其具有被猛烈磁化的特性。被猛烈磁化的特性。2、磁饱和性、磁饱和性 当外磁场（或励磁电流）增大到确定值时，磁性当外磁场（或励磁电流）增大到确定值时，磁性材料的全部磁畴的磁场方向都转向与磁场的方向一样，材料的全部磁畴的磁场方向都转向与磁场的方向一样，磁化磁场的磁感应强度磁化磁场的磁感应强度BJ达到饱和值。达到饱和值。5.1.2 5.1.2 磁性材料磁性材料高导磁性、磁饱和性、磁滞性、非线性高导磁性、磁饱和性、磁滞性、非线性6磁化曲线磁化曲线B和

7、和 与与H的关系的关系注注当有磁性物质存在当有磁性物质存在时时B与与H不成比例，不成比例，与与I也不成比例也不成比例。3、磁滞性、磁滞性 当铁心线圈中通有交变电流（大小和方向都变更）当铁心线圈中通有交变电流（大小和方向都变更）时，铁心就受到交变磁化，电流变更时，时，铁心就受到交变磁化，电流变更时，B随随H而变更，而变更，当当H已减到零值时，但已减到零值时，但B未回到零，这种磁感应强度滞未回到零，这种磁感应强度滞后于磁场强度变更的性质称磁性物质的磁滞性。后于磁场强度变更的性质称磁性物质的磁滞性。7一一.安培环路定律（全电流律）：安培环路定律（全电流律）：5.1.3 5.1.3 磁路基本定律磁路基

8、本定律 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,等于等于通过这个闭合路径内电流的代数和通过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。8 在无分支的匀整磁路（磁路的材料和截面积相同，在无分支的匀整磁路（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：各处的磁场强度相等）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：称为磁动势。一般称为磁动势。一般 用用 F 表示。表示。F=NI9总磁

9、动势总磁动势 在非匀整磁路（磁路的材料或截面积不同，或磁场在非匀整磁路（磁路的材料或截面积不同，或磁场强度不等）中，总磁动势等于各段磁压降之和。强度不等）中，总磁动势等于各段磁压降之和。例：例：IN10对于匀整磁路对于匀整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11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磁压降磁压降磁动势磁动势电动

10、势电动势电流电流电压降电压降U12基本定律基本定律 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克氏克氏电压定律电压定律克氏克氏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+_EI135.2 5.2 沟通铁心线圈沟通铁心线圈5.2.15.2.1铁心线圈的电磁关系铁心线圈的电磁关系铁心线圈的电磁关系铁心线圈的电磁关系 +e e+e e +u uN Ni i（磁通势）（磁通势）主磁通主磁通主磁通主磁通 ：通过铁心闭合的通过铁心闭合的通过铁心闭合的通过铁心闭合的磁通。磁通。磁通。磁通。漏磁通漏磁通漏磁通漏磁通 ：

11、经过空气或其经过空气或其经过空气或其经过空气或其它非导磁媒质闭合的磁通。它非导磁媒质闭合的磁通。它非导磁媒质闭合的磁通。它非导磁媒质闭合的磁通。线圈线圈线圈线圈铁心铁心铁心铁心 i i，铁心线圈的漏磁电感铁心线圈的漏磁电感铁心线圈的漏磁电感铁心线圈的漏磁电感 与与与与i i不是线性关系。不是线性关系。不是线性关系。不是线性关系。145.2.2 5.2.2 铁心线圈中电压电流关系铁心线圈中电压电流关系铁心线圈中电压电流关系铁心线圈中电压电流关系依据依据依据依据KVL:KVL:+e ee e u uN Ni i式中：式中：式中：式中：R R是线圈导线的电阻是线圈导线的电阻是线圈导线的电阻是线圈导线

12、的电阻 L L 是漏磁电感是漏磁电感是漏磁电感是漏磁电感 当当当当 u u 是正弦电压时是正弦电压时是正弦电压时是正弦电压时，其它各电压、电流、电动势，其它各电压、电流、电动势，其它各电压、电流、电动势，其它各电压、电流、电动势可视作正弦量，则电压、电流关系的相量式为：可视作正弦量，则电压、电流关系的相量式为：可视作正弦量，则电压、电流关系的相量式为：可视作正弦量，则电压、电流关系的相量式为：15设主磁通设主磁通设主磁通设主磁通 则则则则有效值有效值有效值有效值 由于线圈电阻由于线圈电阻 R 和感抗和感抗X（或漏磁（或漏磁通通）较小，其电压降也较小，与主）较小，其电压降也较小，与主磁电动势磁电

13、动势 E 相比可忽视，故有相比可忽视，故有式中：式中：式中：式中：B Bmm是是是是铁心中磁感应强度的最大值，单位铁心中磁感应强度的最大值，单位铁心中磁感应强度的最大值，单位铁心中磁感应强度的最大值，单位TT；S S 是铁心截面积，单位是铁心截面积，单位是铁心截面积，单位是铁心截面积，单位mm2 2。165.2.3 5.2.3 铁心线圈的功率损耗铁心线圈的功率损耗铁心线圈的功率损耗铁心线圈的功率损耗 沟通铁心线圈的功率损耗主要有铜损和铁损两种。沟通铁心线圈的功率损耗主要有铜损和铁损两种。沟通铁心线圈的功率损耗主要有铜损和铁损两种。沟通铁心线圈的功率损耗主要有铜损和铁损两种。1.1.铜损（铜损（

14、铜损（铜损（P Pcucu）在沟通铁心线圈中在沟通铁心线圈中在沟通铁心线圈中在沟通铁心线圈中,线圈电阻线圈电阻线圈电阻线圈电阻R R上的功率损耗称铜损，用上的功率损耗称铜损，用上的功率损耗称铜损，用上的功率损耗称铜损，用 Pcu Pcu 表示。表示。表示。表示。P Pcu cu=RIRI2 2式中：式中：式中：式中：R R是线圈的电阻；是线圈的电阻；是线圈的电阻；是线圈的电阻；I I 是线圈中电流的有效值。是线圈中电流的有效值。是线圈中电流的有效值。是线圈中电流的有效值。2.2.铁损（铁损（铁损（铁损（P PFeFe）在沟通铁心线圈中，处于交变磁通下的铁心内的在沟通铁心线圈中，处于交变磁通下的

15、铁心内的在沟通铁心线圈中，处于交变磁通下的铁心内的在沟通铁心线圈中，处于交变磁通下的铁心内的功率损耗称铁损，用功率损耗称铁损，用功率损耗称铁损，用功率损耗称铁损，用 PFe PFe 表示。表示。表示。表示。铁损由磁滞和涡流产生。铁损由磁滞和涡流产生。铁损由磁滞和涡流产生。铁损由磁滞和涡流产生。+u ui i17（1 1）磁滞损耗（）磁滞损耗（）磁滞损耗（）磁滞损耗（P Ph h）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滞损耗（磁滞损耗（磁滞损耗（磁滞损耗（P Ph h）。）。）。）。磁滞损耗的大小：磁滞损耗的大小：磁滞损耗的大小

16、：磁滞损耗的大小：单位体积内的磁滞损耗正比与单位体积内的磁滞损耗正比与单位体积内的磁滞损耗正比与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磁滞回线的面积和磁场交变的频磁滞回线的面积和磁场交变的频磁滞回线的面积和磁场交变的频率率率率 f f。O OHHB B 磁滞损耗转化为热能，引起磁滞损耗转化为热能，引起磁滞损耗转化为热能，引起磁滞损耗转化为热能，引起铁心发热。铁心发热。铁心发热。铁心发热。削减磁滞损耗的措施：削减磁滞损耗的措施：选用磁滞回线狭小的磁性材料制作选用磁滞回线狭小的磁性材料制作铁心。变压器和电机中运用的硅钢等铁心。变压器和电机中运用的硅钢等材料的磁滞损耗较低。材料的磁滞

17、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。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。18(2)(2)涡流损耗（涡流损耗（涡流损耗（涡流损耗（P Pe e）涡流损耗涡流损耗涡流损耗涡流损耗:由涡流所产生的功率损耗。由涡流所产生的功率损耗。由涡流所产生的功率损耗。由涡流所产生的功率损耗。涡流涡流涡流涡流：交变磁通在铁心内产生感交变磁通在铁心内产生感交变磁通在铁心内产生感交变磁通在铁心内产生感应电动势和电流，称为涡流。涡流应电动势和电流，称为涡流。涡流应电动势和电流，称为涡流。涡流应电动势和电流，称为涡流。涡流在垂直于磁通

18、的平面内环流。在垂直于磁通的平面内环流。在垂直于磁通的平面内环流。在垂直于磁通的平面内环流。涡流涡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。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。削减涡流损耗措施：削减涡流损耗措施：削减涡流损耗措施：削减涡流损耗措施：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。小的截面内。小的截面内。铁心线圈沟通电路的有

19、功功率为：铁心线圈沟通电路的有功功率为：铁心线圈沟通电路的有功功率为：铁心线圈沟通电路的有功功率为：195.3 5.3 变压器的结构与工作原理变压器的结构与工作原理 变压器是一种变更沟通电压和沟通电流，传递电功率的器件，它常用于电力网、收音机、电视机、收录机、电子仪器、广播通讯等处。主要特点:沟通电磁变换变压器功能：变压器功能：电力变送：电力系统电力变送：电力系统 信号传输：电流互感器信号传输：电流互感器,电子电路电子电路 阻抗变换：电子电路中的阻抗匹配阻抗变换：电子电路中的阻抗匹配 （如喇叭的输出变压器）（如喇叭的输出变压器）20最简洁的变压器由两个绕在公共铁心上的线圈组成，最简洁的变压器由

20、两个绕在公共铁心上的线圈组成，线圈是变压器的电路，铁心是变压器的磁路（由铁磁线圈是变压器的电路，铁心是变压器的磁路（由铁磁物质构成，能使磁力线集中通过的整体称为磁路物质构成，能使磁力线集中通过的整体称为磁路 厚厚0.35mm 0.35mm 或或 0.5mm 0.5mm）。）。与电源相联的线圈称为原线圈（初级线圈），与电源相联的线圈称为原线圈（初级线圈），与负载相联的线圈称为副线圈（次级线圈）。与负载相联的线圈称为副线圈（次级线圈）。+Z Z 5.3.15.3.1变压器的结构变压器的结构215.3.2 5.3.2 单相变压器的工作原理单相变压器的工作原理变压器的基本工作原理，是电磁感应定律和全电

21、流定律的应用，变压器的基本工作原理，是电磁感应定律和全电流定律的应用，以上图单相变压器为例说明。它是由一个闭合铁心和绕在铁心上以上图单相变压器为例说明。它是由一个闭合铁心和绕在铁心上的两个线圈所构成，两个线圈是相互绝缘的，没有电的联系，但的两个线圈所构成，两个线圈是相互绝缘的，没有电的联系，但由于绕在同一个磁路上，故有磁的耦合。设原线圈的串联匝数是由于绕在同一个磁路上，故有磁的耦合。设原线圈的串联匝数是N1N1匝，副线圈的串联匝数是匝，副线圈的串联匝数是N2N2匝。假如把原线圈与沟通电源接通，匝。假如把原线圈与沟通电源接通，副线圈接电灯负载，便会看到电灯发亮的现象，这说明两个线圈副线圈接电灯负

22、载，便会看到电灯发亮的现象，这说明两个线圈之间通过电磁感应实现了能量传递。此时，称为变压器负载运行。之间通过电磁感应实现了能量传递。此时，称为变压器负载运行。假如付线圈开路，则称变压器空载运行。分别介绍。假如付线圈开路，则称变压器空载运行。分别介绍。+Z Z 22变压器符号变压器符号1 1、空载运行、空载运行 变压器的原线圈接在额定频率、额定电压的沟通电源上，变压器的原线圈接在额定频率、额定电压的沟通电源上，副线圈开路，就是空载运行，与铁心线圈接在正弦沟通副线圈开路，就是空载运行，与铁心线圈接在正弦沟通电压下的状况基本相同，只是多了一个开路的副线圈。电压下的状况基本相同，只是多了一个开路的副线

23、圈。接上沟通电源接上沟通电源u1u1，原边电流原边电流 i1i1等于励等于励 磁电流磁电流 i10 i10 i10 i10 产生交变磁通产生交变磁通 产生产生感应电动势感应电动势，（e、方向符合方向符合右手定则）。右手定则）。2310i1u20u2i1e2e10i1u20u2i1e2e10i1u20u2i1e2eN1N1N2 2依据沟通磁路的分析，可得：依据沟通磁路的分析，可得：i2=0时，时，u2=u20 此式是变压器的基本公式之一，说明在空载时，原、副此式是变压器的基本公式之一，说明在空载时，原、副边电压的比值近似等于原、副线圈的匝数的比值，匝数比边电压的比值近似等于原、副线圈的匝数的比值

24、，匝数比是一个常数，称为变比，它是变压器的一个重要是一个常数，称为变比，它是变压器的一个重要参数，只要适当选择变比，就能实现变换电压的参数，只要适当选择变比，就能实现变换电压的目的。目的。242 2、变压器负载运行、变压器负载运行 当变压器的副边接上负载后，在感应电动势当变压器的副边接上负载后，在感应电动势e2 e2 的作用的作用下，副边线圈中有了电流下，副边线圈中有了电流 i2 i2，因此就有电能输出。，因此就有电能输出。磁动势平衡方程式磁动势平衡方程式从能量转换的观点看，副边有能量输出，必定使原线圈从能量转换的观点看，副边有能量输出，必定使原线圈从电源多吸取负载所须要的能量，通过全磁通传给

25、副线从电源多吸取负载所须要的能量，通过全磁通传给副线圈。当电源电压圈。当电源电压u1u1保持不变时，要使输入能量增加，原保持不变时，要使输入能量增加，原边电流必定增大，即从空载时的边电流必定增大，即从空载时的i10i10增加到增加到i1i1。2 2、有载运行、有载运行 从电磁关系看，电流从电磁关系看，电流i2i2也会产生磁动势也会产生磁动势f2=i2N2,f2=i2N2,它作用在磁路上将使主磁通它作用在磁路上将使主磁通发生变更发生变更 主电势主电势E1E1发发生变更生变更 ，使原方回路的电压达到新的平衡。，使原方回路的电压达到新的平衡。25 Z1 Z1很小，故很小，故 相比总是很小的，相比总是

26、很小的，可以可以认为负载运行时，认为负载运行时，U1E1=4.44f1N1mU1E1=4.44f1N1m如如U1U1保持不变，保持不变，则则E1E1近于不变，产生近于不变，产生E1E1的的也近于不变，也近于不变，因而建立主磁通所须要的磁动势也基本上不随负载变更，因而建立主磁通所须要的磁动势也基本上不随负载变更，也近似等于空载磁动势也近似等于空载磁动势f0 f0。即：变压器带负载时，作用在磁路中的磁动势为：即：变压器带负载时，作用在磁路中的磁动势为：i1N1+i2N2 i1N1+i2N2 其结果仍旧是近似保持原有的磁动势其结果仍旧是近似保持原有的磁动势i10N1i10N1不变，不变，i1N1+i

27、2N2=i10N1 i1N1+i2N2=i10N1 有两个作用：有两个作用：供应产生主磁通的磁动势供应产生主磁通的磁动势 i10N1 i10N1；补偿补偿i2N2i2N2的作用的作用通常变压器的空载电流很小，仅为额定电流的（通常变压器的空载电流很小，仅为额定电流的（2-102-10）%。26所以，所以，原、副线圈的磁动势在相位上近似相反，即副线圈的原、副线圈的磁动势在相位上近似相反，即副线圈的磁动势对原线圈的磁动势有去磁作用。磁动势对原线圈的磁动势有去磁作用。原、副线圈在满载时的数量关系为原、副线圈在满载时的数量关系为这也是变压器的基本公式之一，它表明原、副线圈电这也是变压器的基本公式之一，它

28、表明原、副线圈电流之比近似等于它们的匝数比的倒数，通过变更匝数流之比近似等于它们的匝数比的倒数，通过变更匝数比可达到变换电流的目的。比可达到变换电流的目的。274 4、阻抗变换作用、阻抗变换作用在电路中，通常希望负载能获得最大的输出功率，负载在电路中，通常希望负载能获得最大的输出功率，负载获得最大功率的条件是负载阻抗等于电源内阻，此时称获得最大功率的条件是负载阻抗等于电源内阻，此时称电路实现了阻抗匹配。在电子设备中，如扬声器线圈的电路实现了阻抗匹配。在电子设备中，如扬声器线圈的阻抗是由制造厂规定的，不能随意变更，将它接入电子阻抗是由制造厂规定的，不能随意变更，将它接入电子线路中，不确定能获得最

29、大的功率输出。为了解决此问线路中，不确定能获得最大的功率输出。为了解决此问 题，可以通过变压器来变换负载阻抗的数值以获得最大题，可以通过变压器来变换负载阻抗的数值以获得最大的功率输出。电路如图。的功率输出。电路如图。从原边等效：从原边等效：结论：变压器原边的等效负载，为副边所带负载乘以变比的平方。结论：变压器原边的等效负载，为副边所带负载乘以变比的平方。282930 额定电压额定电压 变压器副边开路（空载）时，原、副边绕组允变压器副边开路（空载）时，原、副边绕组允 许的电压值。许的电压值。额定电流额定电流 变压器满载运行时，原、副边绕组允许的电流值。变压器满载运行时，原、副边绕组允许的电流值。

30、额定容量额定容量 传送功率的最大能力。传送功率的最大能力。（理想）（理想）1.1.变压器的额定值（以单相变压器为例）变压器的额定值（以单相变压器为例）5.3.3 5.3.3 变压器的运用变压器的运用31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留意：变压器几个功率的关系留意：变压器几个功率的关系效率效率变压器功变压器功率因数率因数容量：容量：原边输入功率：原边输入功率：输出功率：输出功率：322.2.变压器的外特性变压器的外特性副边输出电压和输出电流的关系。即：副边输出电压和输出电流的关系。即：U2I2U20U20：原边加额定电压、：原边加额

31、定电压、副边开路时，副边的输副边开路时，副边的输出电压。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 变化不多）变化不多）33343.3.变压器的损耗与效率变压器的损耗与效率()为防止涡流损失，铁芯一为防止涡流损失，铁芯一般由一片片导磁材料叠合般由一片片导磁材料叠合而成。而成。变压器的损耗包括两部分：变压器的损耗包括两部分：铜损铜损(PCU)：绕组导线电阻所致。绕组导线电阻所致。磁滞损失：磁滞现象引起铁芯发热，磁滞损失：磁滞现象引起铁芯发热，造成的损失。造成的损失。涡流损失：交变磁通在铁芯中产生涡流损失：交变磁通在铁芯中产生 的感应电流（涡流），的感

32、应电流（涡流），造成的损失。造成的损失。铁损铁损()：PFE35ABCXYZabczyx1.1.三相变压器三相变压器三相变压器三相变压器高压绕组：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联结方式联结方式：高压绕组接法高压绕组接法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

33、高压供电系统高压、超高压供电系统常用接法常用接法常用接法常用接法:5.3.4 5.3.4 其它变压器其它变压器36（1 1）三相变压器）三相变压器）三相变压器）三相变压器Y/YY/Y0 0联结联结联结联结线电压之比：线电压之比：线电压之比：线电压之比：ACBbca+37（2 2）三相变压器）三相变压器）三相变压器）三相变压器Y Y0 0/联结联结联结联结线电压之比：线电压之比：线电压之比：线电压之比：ACBabc+382.2.自耦变压器自耦变压器自耦变压器自耦变压器ABPKNNIIKNNUU112212121=结构特点：只有一个线圈，副线圈为原线圈的一部分。结构特点：只有一个线圈，副线圈为原线

34、圈的一部分。高压线圈的匝数为高压线圈的匝数为N1N1，低压线圈的匝数为，低压线圈的匝数为N2N2。原边和。原边和副边不仅有磁路上的联系，还有电路上的联系。自耦副边不仅有磁路上的联系，还有电路上的联系。自耦变压器的原理和一般单相双绕组变压器是一样的，在原变压器的原理和一般单相双绕组变压器是一样的，在原、副线圈电压之间同样存在如下的关系。、副线圈电压之间同样存在如下的关系。391 1）电压互感器：用低量程的电压表测高电压）电压互感器：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

35、，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/N23.3.电压互感器与电流互感器电压互感器与电流互感器电压互感器与电流互感器电压互感器与电流互感器402 2）电流互感器：用低量程的电流表测大电流）电流互感器：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

36、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。运用留意事项：运用留意事项：3.3.电压互感器与电流互感器电压互感器与电流互感器电压互感器与电流互感器电压互感器与电流互感器41 当电流流入两个线圈当电流流入两个线圈(或流出）时，若产生的磁通方或流出）时，若产生的磁通方向相同，则两个流入端称为同极性端（同名端）。或者向相同，则两个流入端称为同极性端（同名端）。或者说，当铁芯中磁通变更（增大或减小）时，在两线圈中说，当铁芯中磁通变更（增大或减小）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。产生的

37、感应电动势极性相同的两端为同极性端。同极性端同极性端(同名端同名端)AXax*5.3.5 5.3.5 变压器绕组的极性及其测定变压器绕组的极性及其测定AXax*42电器运用时两种电压（电器运用时两种电压（220V/110V）的切换：）的切换：220V：联结联结 2 3110V：联结联结 1 3，2 4线圈的接法线圈的接法1324*43220V：联结：联结 2 3励磁励磁两种接法下线圈工作状况的分析两种接法下线圈工作状况的分析*132444110V：联结：联结 1 3，2 41,32,4220V：联结：联结 2 31324*说明：两种接法下说明：两种接法下 不变，不变，所以铁芯磁路的设计相同所以

38、铁芯磁路的设计相同励磁励磁45问题问题1：在：在110V 状况下，假如只用一个绕组（状况下，假如只用一个绕组（N），行不行？），行不行？答：不行（两绕组必需并绕）答：不行（两绕组必需并绕）原边有两个相同绕组的电源变压器（原边有两个相同绕组的电源变压器（220/110220/110），），运用中应留意的问题：运用中应留意的问题：*13241,32,4N若两种接法铁芯中的磁通相等，则：若两种接法铁芯中的磁通相等，则：46问题问题2：假如两绕组的极性端接错，结果如何？：假如两绕组的极性端接错，结果如何？结论：在极性不明确时，确定要先测定极性再通电。结论：在极性不明确时，确定要先测定极性再通电。答：答

39、：有可能烧毁变压器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烧毁烧毁感应电势感应电势电流电流 很大很大原因：原因：*1324 47方法一：沟通法方法一：沟通法AXax同极性端的测定方法同极性端的测定方法若若 说明说明 A 与与 a 或或 X 与与 x 为同为同 极性端。极性端。把两个线圈的任意两端把两个线圈的任意两端(X-x)连连接接,然后在然后在 AX 上加一小电压上加一小电压 u。测量：测量：若若 说明说明 A 与与 x 或或 X 与与 a 是同是同 极性端；极性端；结论：结论：48方法二：直流法方法二：直流法mA表表+_AXaxK+-*AXax+_K设设K闭合时闭合时 增加

40、。增加。感应电动势的方向，感应电动势的方向，阻止阻止 的增加。的增加。如果当如果当 K 闭合时，闭合时，mA 表正表正偏，则偏，则 Aa 为同极性端为同极性端;如果当如果当 K 闭合时，闭合时，mA 表反表反偏，则偏，则 Ax 为同极性端为同极性端结论：结论：495.4 5.4 电磁铁电磁铁 电磁铁是利用通电的铁心线圈吸引衔铁或保电磁铁是利用通电的铁心线圈吸引衔铁或保电磁铁是利用通电的铁心线圈吸引衔铁或保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。持某种机械零件、工件于固定位置的一种电器。持某种机械零件、工件于固定位置的一种电器。持某种机械零件、工件于固定位

41、置的一种电器。当电源断开时电磁铁的磁性消逝，衔铁或其它零当电源断开时电磁铁的磁性消逝，衔铁或其它零当电源断开时电磁铁的磁性消逝，衔铁或其它零当电源断开时电磁铁的磁性消逝，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件即被释放。电磁铁衔铁的动作可使其它机械装件即被释放。电磁铁衔铁的动作可使其它机械装件即被释放。电磁铁衔铁的动作可使其它机械装置发生联动。置发生联动。置发生联动。置发生联动。依据运用电源类型分为：依据运用电源类型分为：依据运用电源类型分为：依据运用电源类型分为：直流电磁铁：直流电磁铁：直流电磁铁：直流电磁铁：用直流电源励磁；用直流电源励磁；用直流电源励磁；用直流电源励磁；沟

42、通电磁铁：用沟通电源励磁。沟通电磁铁：用沟通电源励磁。沟通电磁铁：用沟通电源励磁。沟通电磁铁：用沟通电源励磁。50 基本结构基本结构基本结构基本结构 电磁铁由线圈、铁心及衔铁三部分组成，常见的电磁铁由线圈、铁心及衔铁三部分组成，常见的电磁铁由线圈、铁心及衔铁三部分组成，常见的电磁铁由线圈、铁心及衔铁三部分组成，常见的结构如图所示。结构如图所示。结构如图所示。结构如图所示。有时是机械零件有时是机械零件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、工件充当衔铁、工件充当衔铁1为线圈，2为铁心，3为衔铁 51 电磁铁吸力的计算电磁铁吸力的计算电磁铁吸力的计算电磁铁吸力的计算 电磁铁吸力

43、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S S0 0及气隙中的及气隙中的及气隙中的及气隙中的磁感应强度磁感应强度磁感应强度磁感应强度B B0 0的平方成正比。基本公式如下：的平方成正比。基本公式如下：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：式中：式中：B B0 0 的单位是特的单位是特的单位是特的单位是特 斯拉斯拉斯拉斯拉；S S0 0 的单位是平方米；的单位是平方米；的单位是平方米；的单位是平方米；F F 的单位是牛的单位是牛的单位是牛的单位是牛 顿顿顿顿（N N）。）。）。）。直流电磁铁的吸力

44、直流电磁铁的吸力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干脆求取。直流电磁铁的吸力依据上述基本公式干脆求取。直流电磁铁的吸力依据上述基本公式干脆求取。直流电磁铁的吸力依据上述基本公式干脆求取。52沟通电磁铁的吸力沟通电磁铁的吸力沟通电磁铁的吸力沟通电磁铁的吸力沟通电磁铁中磁场是交变的，设沟通电磁铁中磁场是交变的，设沟通电磁铁中磁场是交变的，设沟通电磁铁中磁场是交变的，设则则则则吸力瞬时值为吸力瞬时值为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的波形吸力的波形:吸力平均值为吸力

45、平均值为吸力平均值为吸力平均值为:t tF Fmmf fO53 (1)(1)沟通电磁铁的吸力在零与最大值沟通电磁铁的吸力在零与最大值沟通电磁铁的吸力在零与最大值沟通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抖动，之间脉动。衔铁以两倍电源频率在抖动，之间脉动。衔铁以两倍电源频率在抖动，之间脉动。衔铁以两倍电源频率在抖动，引起噪音，同时触点简洁损坏。为了消退引起噪音，同时触点简洁损坏。为了消退引起噪音，同时触点简洁损坏。为了消退引起噪音，同时触点简洁损坏。为了消退这种现象，在磁极的部分端面上套一个分这种现象，在磁极的部分端面上套一个分这种现象，在磁极的部分端面上套一个分这种现象，在磁极

46、的部分端面上套一个分磁环（或称短路环），工作时，在分磁环磁环（或称短路环），工作时，在分磁环磁环（或称短路环），工作时，在分磁环磁环（或称短路环），工作时，在分磁环中产生感应电流，其阻碍磁通的变更，在中产生感应电流，其阻碍磁通的变更，在中产生感应电流，其阻碍磁通的变更，在中产生感应电流，其阻碍磁通的变更，在磁极端面两部分中的磁通磁极端面两部分中的磁通磁极端面两部分中的磁通磁极端面两部分中的磁通 1 1 和和和和 2 2 之间之间之间之间产生相位差，相应当两部分的吸力不同时产生相位差，相应当两部分的吸力不同时产生相位差，相应当两部分的吸力不同时产生相位差，相应当两部分的吸力不同时为零，实现消退振

47、动和噪音，如图所示；为零，实现消退振动和噪音，如图所示；为零，实现消退振动和噪音，如图所示；为零，实现消退振动和噪音，如图所示；而直流电磁铁吸力恒定不变；而直流电磁铁吸力恒定不变；而直流电磁铁吸力恒定不变；而直流电磁铁吸力恒定不变；综合上述：综合上述：综合上述：综合上述：1 1 2 2 (2)(2)沟通电磁铁中沟通电磁铁中沟通电磁铁中沟通电磁铁中,为了削减铁损，铁心由钢片叠成；为了削减铁损，铁心由钢片叠成；为了削减铁损，铁心由钢片叠成；为了削减铁损，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；直流电磁铁的磁通不变，无铁损，

48、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；54 (4)(4)直流电磁铁的励磁电流仅与线圈电阻有关，直流电磁铁的励磁电流仅与线圈电阻有关，直流电磁铁的励磁电流仅与线圈电阻有关，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。在吸合过程中，励磁电流不变。在吸合过程中，励磁电流不变。在吸合过程中，励磁电流不变。(3)(3)在沟通电磁铁中，线圈电流不仅与线圈电阻在沟通电磁铁中，线圈电流不仅与线圈电阻在沟通电磁铁中，线圈电流不仅与线圈电阻在沟通电磁铁中，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，有关，主要的还与线圈感抗有关。在其吸合

49、过程中，有关，主要的还与线圈感抗有关。在其吸合过程中，有关，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。随着磁路气隙的减小，线圈感抗增大，电流减小。随着磁路气隙的减小，线圈感抗增大，电流减小。随着磁路气隙的减小，线圈感抗增大，电流减小。假如衔铁被卡住，通电后衔铁吸合不上，线圈感抗假如衔铁被卡住，通电后衔铁吸合不上，线圈感抗假如衔铁被卡住，通电后衔铁吸合不上，线圈感抗假如衔铁被卡住，通电后衔铁吸合不上，线圈感抗始终很小，电流较大，将使线圈严峻发热甚至烧毁；始终很小，电流较大，将使线圈严峻发热甚至烧毁；始终很小，电流较大，将使线圈严峻发热甚至烧毁；始终很小，电流较大，将使线圈严峻发热甚至烧毁；4.4.电磁铁的应用电磁铁的应用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。其主要应用原电磁铁在生产中获得广泛应用。其主要应用原电磁铁在生产中获得广泛应用。其主要应用原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，理是：用电磁铁衔铁的动作带动其他机械装置运动，理是：用电磁铁衔铁的动作带动其他机械装置运动，理是：用电磁铁衔铁的动作带动其他机械装置运动，产朝气械连动，实现限制要求。产朝气械连动，实现限制要求。产朝气械连动，实现限制要求。产朝气械连动，实现限制要求。55