物理与电子工程系.pptx

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1、物理与电子工程系物理与电子工程系 第第 6 章章 磁路与铁心线圈电路磁路与铁心线圈电路第一页，共96页。本章将介绍与磁路本章将介绍与磁路(c l)有关的电路有关的电路问题。问题。在电工技术中不仅要讨论电路问题，还将讨论磁路问题。在电工技术中不仅要讨论电路问题，还将讨论磁路问题。因为很多电工设备与电路和磁路都有关系，如电动机、因为很多电工设备与电路和磁路都有关系，如电动机、变压器、电磁变压器、电磁(dinc)铁及电工测量仪表等。铁及电工测量仪表等。磁路问题与磁场有关，与磁介质有关，但磁场往往与电磁路问题与磁场有关，与磁介质有关，但磁场往往与电流相关联，所以本章将研究磁路和电路的关系及磁和电流相关

2、联，所以本章将研究磁路和电路的关系及磁和电的关系。的关系。本章讨论对象将以变压器和电磁本章讨论对象将以变压器和电磁(dinc)铁为主，重点铁为主，重点研究其电磁研究其电磁(dinc)特性，为以后研究电动机的基本特特性，为以后研究电动机的基本特性作基础。性作基础。第二页，共96页。目目 录录返回返回(fnhu)6.1 6.1 磁路及其分析方法磁路及其分析方法6.2 6.2 交流铁心线圈交流铁心线圈(xinqun)(xinqun)电路电路6.3 6.3 变压器变压器6.4 6.4 电磁铁电磁铁第三页，共96页。6.1.1磁场的基本磁场的基本(jbn)物理量：磁感应强度、磁物理量：磁感应强度、磁通、

3、磁场强度、磁导率等。通、磁场强度、磁导率等。1、磁感应强度、磁感应强度(qingd)表示磁场内某点的磁场强弱和方向的物理量。其与表示磁场内某点的磁场强弱和方向的物理量。其与电流之间的方向用右手螺旋电流之间的方向用右手螺旋(luxun)法则确定。法则确定。B的的单位单位：特：特斯拉斯拉（T）1T104Gs 的单位：韦伯的单位：韦伯矢量矢量6.1 6.1 磁路及其分析方法磁路及其分析方法第四页，共96页。2、磁通、磁通 磁感应强度磁感应强度B与垂直于磁场方与垂直于磁场方向向(fngxing)的面积的面积S的乘积，称的乘积，称为通过该面积的磁通为通过该面积的磁通。均匀磁场均匀磁场-磁场内各点的磁感应

4、强度的大小磁场内各点的磁感应强度的大小 相等相等(xingdng)(xingdng)，方向相同的磁场。，方向相同的磁场。BS 的单位：伏的单位：伏秒，通称秒，通称(tngchng)为韦为韦伯伯 Wb 或麦克斯韦或麦克斯韦Mx 1Wb108Mx 第五页，共96页。3、磁场强度、磁场强度(cchng qingd)磁场磁场(cchng)强度是计算磁场强度是计算磁场(cchng)所用的物理所用的物理量，其大小为磁感应强度和磁导率之比。量，其大小为磁感应强度和磁导率之比。H的单位的单位(dnwi)：安：安米米 的单位的单位(dnwi)：亨米亨米安培环路定律（全电流定律）：安培环路定律（全电流定律）：磁场

5、中磁场中任何闭合回路任何闭合回路磁场强度的磁场强度的线积分线积分,等于等于通过这通过这个闭合路径内个闭合路径内电流的代数和电流的代数和.即即矢量矢量第六页，共96页。I1I2I3电流方向电流方向(fngxing)和磁场和磁场强度的方向强度的方向(fngxing)符合符合右手定则，电流取正；否则右手定则，电流取正；否则取负。取负。在无分支在无分支(fnzh)的均匀磁路（磁的均匀磁路（磁路的材料和截面积相同，各处的磁路的材料和截面积相同，各处的磁场强度相等）中，如环形线圈，安场强度相等）中，如环形线圈，安培环路定律可写成：培环路定律可写成：第七页，共96页。其中其中(qzhng)l x2 x 是半

6、径是半径(bnjng)为为x的圆周长的圆周长Hx 是半径是半径(bnjng)x 处的磁场强度处的磁场强度FNI 即线圈匝数与电流的乘积，即线圈匝数与电流的乘积，称磁通势单位为安称磁通势单位为安培培（A）4、磁导率、磁导率 磁导率磁导率 是一个用来是一个用来(yn li)表表示磁场媒质磁性和衡量物质导磁能力示磁场媒质磁性和衡量物质导磁能力的物理量。的物理量。第八页，共96页。讨论讨论(toln)磁场内某一点磁场内某一点(y din)的磁场强度的磁场强度H与与 有关吗？有关吗？由上两式可知，磁场内某一点由上两式可知，磁场内某一点(y din)(y din)的的H H只只与电流大小、线圈匝数及该点的

7、几何位置有关，与电流大小、线圈匝数及该点的几何位置有关，而与而与 无关无关真空中的磁导率为常数真空中的磁导率为常数第九页，共96页。相对磁导率相对磁导率 r-r-一般材料一般材料(cilio)(cilio)的磁导率的磁导率 和真空和真空 磁导率磁导率 0 0 的比值。的比值。或或返回返回(fnhu)第十页，共96页。6.1.2 6.1.2 磁性材料磁性材料(c xn ci(c xn ci lio)lio)的磁性能的磁性能磁性材料主要是指由过度元素铁、钴、镍及其磁性材料主要是指由过度元素铁、钴、镍及其合金合金(hjn)等材料。它们主要的磁性能如下。等材料。它们主要的磁性能如下。分子电流和磁畴理论

8、分子电流和磁畴理论(lln)：分子中电子的绕核运动和自转将形成分子电分子中电子的绕核运动和自转将形成分子电流，分子电流将产生磁场，每个分子都相当于一流，分子电流将产生磁场，每个分子都相当于一个小磁铁。个小磁铁。由于磁性物质分子的相互作用，使分子电流由于磁性物质分子的相互作用，使分子电流在局部形成有序排列而显示出磁性，这些小区域在局部形成有序排列而显示出磁性，这些小区域称为称为磁畴磁畴。第十一页，共96页。高高磁磁导导率率的的成成因因(chngyn)磁性物质没有外场时，各磁畴是混乱排列的，磁场互相抵消；当在外磁场作用下，磁畴就逐渐转到与外场一致的方向(fngxing)上，即产生了一个与外场方向(

9、fngxing)一致的磁化磁场，从而磁性物质内的磁感应强度大大增加物质被强烈的磁化了。应用：电工设备电动机、电磁铁、变压器等线应用：电工设备电动机、电磁铁、变压器等线圈中都含有的铁心。就是利用其磁导率大的特圈中都含有的铁心。就是利用其磁导率大的特性，使得在较小的电流性，使得在较小的电流(dinli)情况下得到尽情况下得到尽可能大的磁感应强度和磁通。可能大的磁感应强度和磁通。非磁性材料没有磁畴的结构，所以不具有磁化特性。非磁性材料没有磁畴的结构，所以不具有磁化特性。第十二页，共96页。(a)(a)无外场，磁畴无外场，磁畴排列排列(pili)(pili)杂杂乱无章。乱无章。(b)(b)在外场在外场

10、(wichng)(wichng)作用下，作用下，磁畴排列逐渐进入磁畴排列逐渐进入有序化。有序化。磁磁性性物物质质(wzh)的的磁磁化化示示意意图图第十三页，共96页。磁性材料磁性材料(c xn ci lio)的磁性能的磁性能 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，可达，可达102-105数量级。使其数量级。使其具有具有(jyu)被强烈磁化的特性。被强烈磁化的特性。2、磁饱和性、磁饱和性 当外磁场（或励磁电流）增大当外磁场（或励磁电流）增大到一定值时，到一定值时，磁性材料的全部磁畴的磁场方向都磁性材料的全部磁畴的磁场方向都转向与磁场转向与磁场的方向一致，磁

11、化的方向一致，磁化(chu)磁场的磁磁场的磁感应强度感应强度BJ达到饱和值。达到饱和值。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、非线性第十四页，共96页。磁化磁化(chu)曲线曲线B和和 与与H的关系的关系(gun x)注注当有磁性当有磁性(cxng)物质存在时物质存在时B与与H不成正比，故不成正比，故 与与I也不成正比。也不成正比。3、磁滞性、磁滞性 当铁心线圈中通有当铁心线圈中通有交变电流交变电流（大小和方向都变化）（大小和方向都变化）时，铁心就受到交变磁化，时，铁心就受到交变磁化，电流变化电流变化时，时，B随随H而变化，而变化，当当H已减到零值时已减到零值时，但，但

12、B未回到零未回到零，这种磁感应强度滞，这种磁感应强度滞后于磁场强度变化的性质称磁性物质的后于磁场强度变化的性质称磁性物质的磁滞性磁滞性。第十五页，共96页。磁滞回线磁滞回线剩磁：当线圈中电流减剩磁：当线圈中电流减到零到零（H0），铁心在磁化），铁心在磁化时所时所获的磁性还未完全消失获的磁性还未完全消失(xiosh)，这，这时铁心中所保留的磁感时铁心中所保留的磁感应强应强度称为剩磁感应强度度称为剩磁感应强度Br根据磁性根据磁性(cxng)(cxng)能，磁性能，磁性(cxng)(cxng)材料又可分为三种：材料又可分为三种：软磁材料（磁滞回线窄长。常用做磁头、磁心等）、软磁材料（磁滞回线窄长。常

13、用做磁头、磁心等）、永磁材料（磁滞回线宽。常用做永久磁铁）、永磁材料（磁滞回线宽。常用做永久磁铁）、矩磁材料（磁滞回线接近矩形。可用做记忆元件）。矩磁材料（磁滞回线接近矩形。可用做记忆元件）。返回返回(fnhu)第十六页，共96页。磁磁性性物物质质(wzh)的分类的分类 根据滞回曲线和磁化曲线的不同，大致(dzh)分成三类：(1)软磁材料软磁材料(cilio)(2)永磁材料永磁材料(3)矩磁材料矩磁材料其矫顽磁力较其矫顽磁力较小，磁滞回线小，磁滞回线较窄。较窄。(铁心铁心)其矫顽磁力较其矫顽磁力较大，磁滞回线大，磁滞回线较宽。较宽。(磁铁磁铁)其剩磁大而矫顽其剩磁大而矫顽磁力小，磁滞回磁力小，

14、磁滞回线为矩形。线为矩形。(记记忆元件忆元件)HBHBHB第十七页，共96页。几种几种(j zhn)常见磁性物质的磁化曲线常见磁性物质的磁化曲线a 铸铁铸铁 b 铸钢铸钢 c 硅钢硅钢片片O0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1.00.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1.0 10103 3HH/(A/m)/(A/m)HH/(A/m)/(A/m)1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 10103 3B B/T/T1.81.81.61.61.41.41.21.21.01.00.80.

15、80.60.60.40.40.20.2a ab ba ab bc cc c第十八页，共96页。铸铸铁铁铸铸钢钢硅硅 钢钢 片片铸铸铁铁铸铸钢钢硅硅 钢钢 片片铸铁、铸钢(zh n)及硅钢片的磁化曲线第十九页，共96页。常用(chn yn)磁性材料的最大相对磁导率、剩磁及矫顽磁力材材 料料 名名 称称第二十页，共96页。6.1.3 6.1.3 磁路磁路(c l)(c l)的分析方的分析方法法 在电机、变压器及各种铁磁元件中常用磁性材料在电机、变压器及各种铁磁元件中常用磁性材料做成一定形状的铁心。铁心的磁导率比周围空气或其做成一定形状的铁心。铁心的磁导率比周围空气或其它它(qt)物质的磁导率高的多

16、，磁通的绝大部分经过物质的磁导率高的多，磁通的绝大部分经过铁心形成闭合通路，磁通的闭合路径称为磁路。铁心形成闭合通路，磁通的闭合路径称为磁路。四极直流电机和交流四极直流电机和交流(jioli)接触器的磁路接触器的磁路_ _+N NS SN NS SI If f直流电机的磁路直流电机的磁路直流电机的磁路直流电机的磁路交流接触器的磁路交流接触器的磁路交流接触器的磁路交流接触器的磁路第二十一页，共96页。i一、磁路一、磁路(c l)线圈线圈(xinqun)通入电流后，产生磁通，分主磁通入电流后，产生磁通，分主磁通通 和漏磁通和漏磁通 S。线圈线圈(xinqun)铁心铁心第二十二页，共96页。二、磁路

17、二、磁路(c l)的欧姆的欧姆定律定律对于对于(duy)环形线圈环形线圈磁路磁路(c l)的的欧姆定律欧姆定律说明说明F=NI为磁通势为磁通势 Rm为磁阻为磁阻l为磁路的平均长度为磁路的平均长度 S为磁路的截面积为磁路的截面积第二十三页，共96页。磁路磁路(c l)与电路对照与电路对照磁路磁路(c l)电路电路(dinl)磁通势磁通势F电动势电动势E磁通磁通 电流电流I磁感应强度磁感应强度B电流密度电流密度J磁阻磁阻Rm电阻电阻R第二十四页，共96页。磁路磁路(c l)的计算的计算 在计算电机、电器等的磁路时，要预先给定铁心中在计算电机、电器等的磁路时，要预先给定铁心中的磁通（或磁感应强度），

18、而后按照所给的的磁通（或磁感应强度），而后按照所给的磁通及磁路各段的尺寸和材料去求产生预定磁通所需磁通及磁路各段的尺寸和材料去求产生预定磁通所需的磁通势的磁通势FNI。计算均匀磁路要用磁场强度计算均匀磁路要用磁场强度H，即，即NIHl，如磁路由不同的材料、长度如磁路由不同的材料、长度(chngd)和截面积的和截面积的几段组几段组成，则磁路由磁阻不同的几段串联而成。成，则磁路由磁阻不同的几段串联而成。NIH1 l1H2 l2（H l）第二十五页，共96页。如：由三段如：由三段(sn dun)串联而成的串联而成的 继电器磁路继电器磁路第二十六页，共96页。例例6.1.1一个具有闭合的均匀的铁心线圈

19、，其匝数为一个具有闭合的均匀的铁心线圈，其匝数为300，铁心中的磁感应强度为铁心中的磁感应强度为 0.9T，磁路，磁路(c l)的平均长的平均长度为度为 45cm，试求：，试求：(1)铁心材料为铸铁时线圈中的电铁心材料为铸铁时线圈中的电 流流;(2)铁心材料为硅钢片时线圈中的电流。铁心材料为硅钢片时线圈中的电流。解：解：（1）查铸铁材料的磁化）查铸铁材料的磁化(chu)曲线，曲线，当当 B=0.9 T 时，时，(2)查硅钢片材料的磁化查硅钢片材料的磁化(chu)曲线，曲线，当当 B=0.9 T 时，时，磁场强度磁场强度 H=9000 A/m，则，则磁场强度磁场强度 H=260 A/m，则，则结

20、论：结论：如果要得到相等的磁感应强度，采用磁导率高如果要得到相等的磁感应强度，采用磁导率高的铁心材料，可以降低线圈电流，减少用铜量。的铁心材料，可以降低线圈电流，减少用铜量。第二十七页，共96页。解解磁路的平均长度为磁路的平均长度为 l（1015）2）39.2cm查铸钢查铸钢(zh n)的磁化曲线，当的磁化曲线，当B0.9T 时，时，H1500Am于是于是 H1 l1195A空气隙中的磁场强度为空气隙中的磁场强度为 H0B0 00.9（4 107）7.2105A/m有一环形铁心线圈，其内径为有一环形铁心线圈，其内径为10cm，外径为外径为15cm，铁铁心材料为铸钢。磁路中含有一空气气隙，其长度

21、等于心材料为铸钢。磁路中含有一空气气隙，其长度等于0.2cm0.2cm。设线圈中通有。设线圈中通有1A1A电流，如要得到电流，如要得到0.9T0.9T的磁感应的磁感应强度，试求强度，试求线圈匝数线圈匝数。例题例题6.1.26.1.2第二十八页，共96页。H0 7.2 105 0.2 10-21440A总磁通势为总磁通势为 NI（H l）H1 l1H0 19514401635线圈线圈(xinqun)匝数为匝数为 NNII1635 若要得到相等若要得到相等(xingdng)的磁感应强度，采用磁的磁感应强度，采用磁导率高的铁心材料，可使线圈的用铜量大为降低。导率高的铁心材料，可使线圈的用铜量大为降低

22、。若线圈中通有同样大小的励磁电流，要得到相等若线圈中通有同样大小的励磁电流，要得到相等(xingdng)的磁通，采用磁导率高的铁心材料，可使的磁通，采用磁导率高的铁心材料，可使铁心的用铁量大为降低铁心的用铁量大为降低 当磁路中含有空气隙时，由于其磁阻较大，要得到当磁路中含有空气隙时，由于其磁阻较大，要得到相等相等(xingdng)的磁感应强度，必须增大励磁电流的磁感应强度，必须增大励磁电流（线圈匝数一定）。（线圈匝数一定）。重要重要(zhngyo)结论结论第二十九页，共96页。6.2 交流铁心交流铁心(ti xn)线圈线圈电路电路6.2.1 电磁电磁(dinc)关系关系 +e+e+uNi（磁通

23、势）（磁通势）主磁通主磁通 ：通过：通过(tnggu)铁铁心闭合的磁通。心闭合的磁通。漏磁通漏磁通 ：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 与与i不是线性关系。不是线性关系。第三十页，共96页。和和 L 与与 i 的关系的关系(gun x)注注励磁励磁(l c)(l c)电流电流 i i与与之之间线性关系间线性关系i i 与与 之间不之间不存在线性关系存在线性关系 i i，铁心铁心铁心铁心(ti xn)(ti xn)线圈的漏磁电感线圈的漏磁电感线圈的漏磁电

24、感线圈的漏磁电感第三十一页，共96页。6.2.2 电压电流电压电流(dinli)关系关系根据根据根据根据(gnj)KVL(gnj)KVL:+ee uNi式中：式中：式中：式中：R R是线圈是线圈是线圈是线圈(xinqun)(xinqun)导导导导线的电阻线的电阻线的电阻线的电阻 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 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、电动势可，其它各电压、电流、电动势可，其它各电压、电流、电动势可，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：视作正弦量，则电压、电流关系的相量式为：视作正弦量，则电压、

25、电流关系的相量式为：视作正弦量，则电压、电流关系的相量式为：第三十二页，共96页。设主磁通设主磁通 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）较小，其电压(diny)降也较小，降也较小，与主磁电动势与主磁电动势 E 相比可忽略，相比可忽略，故有故有式中：式中：Bm是铁心中是铁心中(xn zhn)磁感应强度的最大值，单位磁感应强度的最大值，单位T；S 是铁心截面积，单位是铁心截面积，单位m2。第三十三页，共96页。6.2.3 功率功率(gngl)损耗损耗 交流铁心线圈的功率损耗交流铁心线圈的功率损耗(snho)主要有铜损和铁主要

26、有铜损和铁损两种。损两种。1.1.铜损铜损铜损铜损(P Pcucu)在交流在交流在交流在交流(jioli)(jioli)铁心线圈中铁心线圈中铁心线圈中铁心线圈中,线圈电线圈电线圈电线圈电阻阻阻阻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=RI2式中：式中：R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.铁损铁损(PFeFe)在交流铁心线圈中，处于交变磁通下的铁心内的在交流铁心线圈中，处于交变磁通下的铁心内的功率损

27、耗称铁损，用功率损耗称铁损，用 P PFe 表示。它与铁心内磁感应强度表示。它与铁心内磁感应强度表示。它与铁心内磁感应强度表示。它与铁心内磁感应强度的最大值的最大值的最大值的最大值Bmm的平方成正比。的平方成正比。铁损由磁滞和涡流产生。铁损由磁滞和涡流产生。+ui第三十四页，共96页。（1 1）磁滞）磁滞）磁滞）磁滞(c zh)(c zh)损耗（损耗（损耗（损耗（PhPh）由磁滞所产生的能量由磁滞所产生的能量(nngling)损耗称为磁滞损损耗称为磁滞损耗耗(Ph)。磁滞磁滞(c zh)损耗的大小：损耗的大小：单位体积内的磁滞单位体积内的磁滞(c zh)损耗损耗正比与磁滞正比与磁滞(c zh)

28、回线的面积和磁回线的面积和磁场交变的频率场交变的频率 f。O OHB 磁滞损耗转化为热能，引起铁磁滞损耗转化为热能，引起铁磁滞损耗转化为热能，引起铁磁滞损耗转化为热能，引起铁心发热。心发热。心发热。心发热。减少磁滞损耗的措施：减少磁滞损耗的措施：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。变压器和电选用磁滞回线狭小的磁性材料制作铁心。变压器和电选用磁滞回线狭小的磁性材料制作铁心。变压器和电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。机中使用的硅钢等材料的磁滞损耗较低。机中使用的硅钢等材料的磁滞损耗较低。机中使用的硅钢等材料的

29、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。第三十五页，共96页。(2)(2)涡流损耗（涡流损耗（涡流损耗（涡流损耗（Pe）涡流损耗涡流损耗:由涡流所产生由涡流所产生(chnshng)的的功率损耗。功率损耗。涡流涡流(wli)：交变：交变磁通在铁心内产生感应磁通在铁心内产生感应电动势和电流，称为涡电动势和电流，称为涡流流(wli)。涡流。涡流(wli)在垂直于磁通的在垂直于磁通的平面内环流。平面内环流。涡流损耗转化涡流损耗转化(zhunhu)为热能，引起为热能，引起铁心发热。铁心发热。减少涡流损耗措施：减少涡流损耗措施：减少涡流损耗措施：减少涡流损

30、耗措施：提高铁心的电阻率（通常由于提高铁心的电阻率（通常由于硅钢片）。铁心用彼此绝缘的钢片硅钢片）。铁心用彼此绝缘的钢片叠成，把涡流限制在较小的截面内。叠成，把涡流限制在较小的截面内。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：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：第三十六页，共96页。先将实际先将实际(shj)铁心线圈的线圈电阻铁心线圈的线圈电阻R、漏磁、漏磁感抗感抗X 分出，得到用理想铁心线圈表示的电路；分出，得到用理想铁心线圈表示的电路；+uiRX +uRu 实际实际实际实际(shj)(shj)铁心线圈电路铁心线圈电路铁心线圈电路铁心线圈电路理想理想

31、理想理想(lxing)(lxing)铁心线圈电路铁心线圈电路铁心线圈电路铁心线圈电路线圈电阻线圈电阻线圈电阻线圈电阻漏磁感抗漏磁感抗漏磁感抗漏磁感抗 +ee ui6.2.4 等效电路等效电路 用一个不含铁心的交流电路来等效替代铁心线圈交用一个不含铁心的交流电路来等效替代铁心线圈交用一个不含铁心的交流电路来等效替代铁心线圈交用一个不含铁心的交流电路来等效替代铁心线圈交流电路。流电路。流电路。流电路。等效条件：等效条件：在同样电压作用下，功率、电流及各量在同样电压作用下，功率、电流及各量之间的相位关系保持不变。之间的相位关系保持不变。第三十七页，共96页。+uiR RX X +uRu X X0 R

32、 R0 式中：式中：PFe为铁损，为铁损，QFe为铁心储放能量为铁心储放能量(nngling)的无功功率。的无功功率。故有：故有：+e ee e u理想铁心线圈的等效电路理想铁心线圈的等效电路 理想铁心线圈有能量的损耗和储放理想铁心线圈有能量的损耗和储放(ch fn)，可用具有电阻可用具有电阻R0和感抗和感抗X0串联的电路等效。其中：电串联的电路等效。其中：电阻阻R0是和铁心能量损耗是和铁心能量损耗(铁损铁损)相应的等效电阻，感抗相应的等效电阻，感抗X0是和铁心能量储放是和铁心能量储放(ch fn)相应的等效感抗。其相应的等效感抗。其参数为：参数为：等效电路等效电路等效电路等效电路第三十八页，

33、共96页。例例例例6.2.1:6.2.1:有一交流铁心线圈有一交流铁心线圈有一交流铁心线圈有一交流铁心线圈(xinqun)(xinqun)，电源电压，电源电压，电源电压，电源电压 U=U=220 V220 V电路中电流电路中电流电路中电流电路中电流 I=4 A I=4 A，功率表读数，功率表读数，功率表读数，功率表读数P=100WP=100W，频率，频率，频率，频率f=50Hzf=50Hz，漏磁通和线圈，漏磁通和线圈，漏磁通和线圈，漏磁通和线圈(xinqun)(xinqun)电阻上的电压降可忽略电阻上的电压降可忽略电阻上的电压降可忽略电阻上的电压降可忽略不计，试求不计，试求不计，试求不计，试求

34、:(1):(1)铁心线圈铁心线圈铁心线圈铁心线圈(xinqun)(xinqun)的功率因数；（的功率因数；（的功率因数；（的功率因数；（2 2）铁）铁）铁）铁心线圈心线圈心线圈心线圈(xinqun)(xinqun)的等效电阻和感抗。的等效电阻和感抗。的等效电阻和感抗。的等效电阻和感抗。解解:(1)(1)(2)铁心线圈铁心线圈(xinqun)的等效阻抗模为的等效阻抗模为等效等效等效等效(dn xio)(dn xio)电阻为电阻为电阻为电阻为等效感抗为等效感抗为等效感抗为等效感抗为第三十九页，共96页。例例例例6.2.2:6.2.2:要绕制一个铁心线圈，已知电源电压要绕制一个铁心线圈，已知电源电压

35、要绕制一个铁心线圈，已知电源电压要绕制一个铁心线圈，已知电源电压 U=220 V U=220 V，频率频率频率频率 f=50Hz f=50Hz，今量得铁心截面为，今量得铁心截面为，今量得铁心截面为，今量得铁心截面为30.2 cm2,30.2 cm2,铁心由硅钢片叠铁心由硅钢片叠铁心由硅钢片叠铁心由硅钢片叠成，设叠片间隙系数为成，设叠片间隙系数为成，设叠片间隙系数为成，设叠片间隙系数为0.91(0.91(一般取一般取一般取一般取0.90.93)0.90.93)。（。（。（。（1 1）如取）如取）如取）如取 Bm=1.2TBm=1.2T，问线圈匝数应为多少，问线圈匝数应为多少，问线圈匝数应为多少，

36、问线圈匝数应为多少?(2)?(2)如磁路如磁路如磁路如磁路(c l)(c l)平均长度平均长度平均长度平均长度为为为为 60cm,60cm,问励磁电流应多大问励磁电流应多大问励磁电流应多大问励磁电流应多大?铁心的有效铁心的有效(yuxio)面积为面积为(1)线圈线圈(xinqun)匝数为匝数为(2)查磁化曲线图，查磁化曲线图，B B=1.2T=1.2T时时时时,=700=700，则，则，则，则解解:第四十页，共96页。思考题思考题6.2.1 6.2.1 将一个空心线圈先后接到直将一个空心线圈先后接到直流电源和交流电源上，然后在这个线圈中插流电源和交流电源上，然后在这个线圈中插入铁心，再接到上述

37、的直流电源和交流电源入铁心，再接到上述的直流电源和交流电源上。如果交流电源电压的有效值和直流电源上。如果交流电源电压的有效值和直流电源电压相等，在上述四种情况下，试比较通过电压相等，在上述四种情况下，试比较通过线圈的电流和功率的大小，并说明线圈的电流和功率的大小，并说明(shumng)(shumng)其理由。其理由。答：直流电流、功率答：直流电流、功率(gngl)(gngl)损耗不变。损耗不变。交流电流及功率交流电流及功率(gngl)(gngl)损耗变化，因铁损、损耗变化，因铁损、漏磁通等。漏磁通等。第四十一页，共96页。思考题思考题6.2.2 6.2.2 如果线圈的铁心由彼此如果线圈的铁心由

38、彼此(bc)(bc)绝缘的钢片在垂直磁场方向叠绝缘的钢片在垂直磁场方向叠成，是否可以？成，是否可以？答：不可以答：不可以(ky)。铁损（磁滞和涡流增加）。铁损（磁滞和涡流增加）。第四十二页，共96页。思考题思考题6.2.3 6.2.3 空心线圈的电感是空心线圈的电感是常数，而铁心线圈的电感不是常数，常数，而铁心线圈的电感不是常数，为什么？如果线圈的尺寸、形状和为什么？如果线圈的尺寸、形状和匝数相同，有铁心和没有铁心时，匝数相同，有铁心和没有铁心时，哪个电感大？铁心线圈的铁心在达哪个电感大？铁心线圈的铁心在达到到(d do)(d do)磁饱和和尚未达到磁饱和和尚未达到(d(d do)do)磁饱和

39、状态时哪个电感大？磁饱和状态时哪个电感大？答：因为答：因为(yn wi)第四十三页，共96页。6.2.1 6.2.2 6.2.3 作作 业业第四十四页，共96页。6.3 变压器变压器 变压器是一种常见的电气设备（静止电器变压器是一种常见的电气设备（静止电器(dinq)），在电力系统和电子线路中应用广泛。），在电力系统和电子线路中应用广泛。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 变压器的主要变压器的主要(zhyo)功能有：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

40、及负载(fzi)功率因数功率因数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）6.3.1 概述概述U I P =I RlI S第四十五页，共96页。电力工业中常采用高压输电低压配电，实现节能并保电力工业中常采用高压输电低压配电，实现节能并保电力工业中常采用高压输电低压配电，实现节能并保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证用电安全证用电安全证用电安全(nqun)(nqun)(nqun)(nqun)。具体如下：。具体如下：。具体如下：。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

41、/220V降压降压变电站变电站 10kV降压降压降压降压第四十六页，共96页。单相变压器单相变压器+Z Z 变压器的结构变压器的结构变压器的结构变压器的结构(jigu)(jigu)(jigu)(jigu)变压器的磁路变压器的磁路(c l)绕组：绕组：一次绕组一次绕组二次绕组二次绕组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铁心铁心变压器的电路变压器的电路变压器的电路变压器的电路(dinl)(dinl)一次一次绕组绕组N1二次二次绕组绕组N2铁心铁心第四十七页，共96页。变压器实物变压器实物(shw)第四十八页，共96页。变压器的分类变压器的分类(fn li)(fn

42、li)电压互感器电压互感器 电流互感器电流互感器 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 单相变压器单相变压器 按制造方式按制造方式壳式壳式心式心式变压器符号变压器符号第四十九页，共96页。6.3.2 变压器的工作变压器的工作(gngzu)原理原理一次、二次绕组互不相连，能量一次、二次绕组互不相连，能量(nngling)的传递的传递靠磁耦合。靠磁耦合。单相变压器单相变压器+Z Z 一次一次绕组绕组N1二次二次绕组绕组N2铁心铁心第五十页，共96页。(1)空载运行空载运行(ynxng)情况情况1.电

43、磁电磁(dinc)关系关系一次侧接交流电源，一次侧接交流电源，二次侧开路二次侧开路(kil)。+1 i0(i0N1)1空载时，空载时，铁心中主铁心中主磁通磁通 是是由一次绕由一次绕组磁通势组磁通势产生的。产生的。第五十一页，共96页。(2)带负载带负载(fzi)运运行情况行情况一次侧接交流电源，一次侧接交流电源，二次侧接负载二次侧接负载(fzi)。+1 1i1(i1N1)i1i2(i2N2)2有载时，铁心中有载时，铁心中主磁通主磁通 是由一是由一次、二次绕组磁次、二次绕组磁通势共同产生通势共同产生(chnshng)的的合成磁通。合成磁通。2i2+e2+e 2+u2 Z Z 第五十二页，共96页

44、。2.2.电压变换电压变换电压变换电压变换(binhun)(binhun)（设加正弦交流（设加正弦交流（设加正弦交流（设加正弦交流电压）电压）电压）电压）有效值有效值有效值有效值:同同同同 理：理：理：理：主磁通按正弦规律变化，设为主磁通按正弦规律变化，设为 则则(1)一次、二次侧主磁通感应一次、二次侧主磁通感应(gnyng)电动势电动势第五十三页，共96页。根据根据(gnj)KVL：变压器一次侧等效电路如图变压器一次侧等效电路如图 由于电阻由于电阻(dinz)R1 和感抗和感抗 X1(或漏磁通或漏磁通)较小较小,其其两端的电压也较小两端的电压也较小,与主磁电动势与主磁电动势 E1比较可忽略不

45、计，比较可忽略不计，则则+(2)一次、二次侧电压一次、二次侧电压(diny)式中式中 R1 为为一次侧一次侧绕组的电阻绕组的电阻;X X1=L L 1 1 为为一次侧一次侧绕组的感抗绕组的感抗(漏磁感抗，由漏磁漏磁感抗，由漏磁产生产生)。第五十四页，共96页。（匝比）（匝比）K为变比为变比对二次侧，根据对二次侧，根据对二次侧，根据对二次侧，根据(gnj)KVL(gnj)KVL：结论：改变结论：改变(gibin)匝数比，就能改变匝数比，就能改变(gibin)输出电压。输出电压。式中式中 R2 为为二次二次绕组的电阻绕组的电阻;X2=L 2 2 为为二次二次绕组的感抗；绕组的感抗；为为二次二次绕组

46、的端电压。绕组的端电压。变压器空载变压器空载变压器空载变压器空载(kn zi)(kn zi)时时时时:+u2+i1 1i2+e2+e 2 2式中式中式中式中U2020为变压器空载电压。为变压器空载电压。为变压器空载电压。为变压器空载电压。故有故有第五十五页，共96页。三相电压的变换三相电压的变换三相电压的变换三相电压的变换(binhun)(binhun)(binhun)(binhun)(1)(1)三相三相三相三相(sn xin)(sn xin)变压器的结构变压器的结构变压器的结构变压器的结构高压高压(goy)绕组：绕组：U2、V2、W2:尾端尾端U1、V1、W1:首端首端低压绕组：低压绕组：u

47、1、v1、w1:首端首端u2、v2、w2: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：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、超高压供电系统常用接法常用接法:U1U2u1u2V1V2v1v2W1W2w1w2第五十六页，共96页。1)三相三相(sn xin)变压器变压器Y/Y0联联结结线电压之比：线电压之比：线电压之比：线电压之比：U1+V2W3w1+v1u1第五十七页，共96页。2)2)三相三相三相三相(sn x

48、in)(sn xin)变压器变压器变压器变压器Y0/Y0/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：U1+V1W1u1v1w1第五十八页，共96页。3.3.电流电流电流电流(dinli)(dinli)变换变换变换变换(一次、二次侧电流一次、二次侧电流一次、二次侧电流一次、二次侧电流(dinli)(dinli)关系关系关系关系)有载运行有载运行(ynxng)即：铁心中主磁通的最大值即：铁心中主磁通的最大值 m在变压器空载和有在变压器空载和有在变压器空载和有在变压器空载和有载时基本是恒定的。载时基本是恒定的。载时基本是恒定的。载时基本是恒定的。不论变压器空载还是有不论变压器空

49、载还是有不论变压器空载还是有不论变压器空载还是有载，一次绕组上的阻抗压载，一次绕组上的阻抗压载，一次绕组上的阻抗压载，一次绕组上的阻抗压降均可忽略，故有降均可忽略，故有降均可忽略，故有降均可忽略，故有当当U U1、f 不变，则不变，则 m m 基本不变，近于常数。基本不变，近于常数。基本不变，近于常数。基本不变，近于常数。空载空载：有载：有载：+|Z|+第五十九页，共96页。一般情况下：一般情况下：I0 (23)%I1N 很小可忽略。很小可忽略。或或结论结论(jiln)：一次、二次侧电流与匝数成反比。：一次、二次侧电流与匝数成反比。或：或：1.提供提供(tgng)产生产生 m的磁势的磁势2.提

50、供用于补偿提供用于补偿 作用作用 的磁势的磁势可得可得磁势平衡式：磁势平衡式：空载空载(kn zi)磁势磁势有载磁势有载磁势第六十页，共96页。4.4.阻抗阻抗阻抗阻抗(zkng)(zkng)变换变换变换变换由图可知：由图可知：结论结论(jiln)：变压器一次侧的等效阻抗模，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为二次侧所带负载的阻抗模的K 2 倍。倍。+第六十一页，共96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:例例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，负载为扬声器，