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1、本章主要讨论的问题:,1磁路问题,第15章 电磁与电动器件,：局限于一定路径内的磁场问题。,2、磁场的各个基本物理量也适合磁路。B、H、Rm,3磁路与电路往往是相关联的，因此我们也要研究磁路和电路的 关系及磁和电的关系。,5作为应用实例讨论变压器和电磁铁。,4分析与计算磁路的基本方法。,磁化过程相当复杂,并具有明显的非线性,6讨论三相异步电动机的结构与特性。,7低压控制电器和基本继电控制电路。,15-1 磁 路,一、概念,磁路：磁通集中的局部空间,主磁通经过铁芯、空气气隙而形成的闭合通路为磁路,漏磁通 ：散布在外的磁通,主磁通 ：集中的磁通,i,二、安培环路定律,对于一般环路：,对于线圈：,录
2、:,i ,磁化磁带,放:, e, i,三、磁路的欧姆定律,材料一样、面积一样,磁路是由若干段均匀磁场组合而成。,- 磁阻,第k段磁路:,-磁动势,-磁路欧姆定律,F,( 磁路 KVL ),( 磁路 KCL ),四、磁阻概念的应用,1. 电感线圈,所以，有铁芯的线圈,无铁芯的线圈,2. 空气气隙的影响,铁芯：,空气隙：,则,15-2 铁芯线圈,线圈-电路问题 铁芯-磁路问题,一、直流励磁,I,1 电路问题,2磁路问题,I 不变,* 对电路无影响,U一定 I一定（由于线圈做好后，R一定），N一定,* Fm=IN,恒定,特性：,3. 例 直流电磁铁,通电瞬间：,通电后(吸合后)：,所以吸合后：,所以
3、 直流电磁铁动作平稳，适合动作频繁的机构。,省电,I,(牛顿),二、交流励磁,1 恒磁通特性,达到电平衡。,i,忽略R，则有,N一定，f 一定，当U 一定时，m 一定,电流I为非正弦,2. 例 交流电磁铁,通电瞬间：,通电后(吸合后)：,所以吸合后：,所以 交流不适合动作频繁的机构。,衔铁长时间受阻线圈就会烧毁。,(牛顿),3交流励磁功率P,1) 磁滞损耗Ph,2) 涡流损耗Pe,Pe=Ke f 2Bm2,Ph=Kh fBmn,硅钢,硅钢片,感应式仪表,4) 铁芯线圈交流电路的有用功率P,P = IUcos,= Pcu+PFe,= I2R +PFe,3) 铁芯损耗-铁损PFe,PFe =P h
4、 + Pe,直流电磁铁,和交流电磁铁,15-3 变压器,一、结构原理,1. 工作原理,理想变压器（忽略损耗、磁饱和、漏磁通）,P1= P 2,i2N2,i2,u1,i1,i1N1,同名端(同极端):,1与3、2与4, 为合成磁通,S,N1,N2,i1,原边,副边,i2,2. 变压比(电压变换),3. 变流比,磁势平衡方程式：,其相量形式:,变压器中电流的大小由负载确定,4. 阻抗比,通过变压器的变换阻抗的作用，可实现“阻抗匹配”,一正弦信号源的电动势US = 5V，RS=1000,负载电阻RL=40.,举例,1) 负载若直接与信号源连接,RL =4% RS,U1 4%US=0.19V,P =
5、0.001W,2) 通过变压器将信号源与负载连在一起,i) 若 Ku=10,则 RL*=100 RL,=4RS,U1 = 4V,P1 = 0.04W,ii) 若Ku=100，,则 RL*=1002 RL,U1 5V,但 P1=0.0625mW,考虑P,则 RL*= RS,阻抗匹配,Ku,若Pmax,二、变压器的额定值,1. 额定电流I1N、 I2N ：长期通过的最大电流,2. 额定电压U1N : 在额定运行条件下,原边正常工作电压,3. 额定容量SN ： SN =INUN,SN表征变压器的传输能力,变压器没有额定功率,额定电压 U2N ：在U1N条件下, 副边的空载电压。,受铁心饱和度的限制.
6、,配置变压器,S,!,三、变压器的运行特性,1. U2随负载I2的增大而降低,2. 功率与效率,P1=P2+PFe+PCu,副边开路,1) 功率,U1=U1N时，测得原边侧功率为铁损,副边短路,I2=I2N，原边侧功率为满载下的铜损,铁损可看为常数,2) 效率,PCu=PFe时， max,3. 举例,一个40KVA的单相变压器，副边开路，原边侧的输入功率为2KW，当副边短路，满载下的功率为4KW，计算下列条件下变压器的效率。,1) 满载 2) 50%负载，功率因数为0.8 (滞后),解：,PFe=2KW， PCu= 4KW (满负荷),1) cos 2 =1,P2 = 401=40KW,2)
7、cos 2 =0.8,P2 = 400.5 0.8 =16KW,PCu= 0.52 4=1 KW,X2 4=2,X=0.707,当负载为满载的70.7%时，变压器的 max,设 max时的负载为满载的 X,此时PCu=Pfe=2KW,?,负载为多大时，变压器的效率最高?,四、三相变压器,某三相变压器，SN=50KVA，U1N=10000V，U2N=400V，绕组接法Y/， 求：1) I1N ，I2N ；2) I1P，I2P ，U1P，U2P ；3) 原、副边线电压之比,1) 理想变压器,解：,2) 原边Y:,副边:,S1N =S2N = SN,3) 原副边线电压之比,Y/：,Y/ Yo：,1、
8、三相电力变压器,2、自耦变压器,3、仪用交流互感器,电流互感器,电压互感器,图15-1-14 电流互感器原理图 图15-1-15 电压互感器原理图,4、整流变压器,D,k,(a)电容滤波电路; (b)输入、输出波形,磁路节点,思考题,1、有a、b、c三个几何尺寸相同的环形磁路，均绕有N匝线圈，线圈通入相同电流。磁路a由铸铁材料构成，磁路b由铸钢材料构成，磁路c由铸铁材料构成但留有一小段气隙，试问：,磁感应强度 Ba Bb ;,磁感应强度B相等，磁场强度H不相等。,(1) 磁路a与磁路b中的磁感应强度是否相等？磁场强度是否相等？,(3),相等，都是 NI 。,Rmb ma mc ; Bb Ba
9、Bc,(2),(2) 磁路c铁心中的磁场强度与气隙中的磁场强度是否相等？磁感应强度相等？,(3) 沿三个磁路的中心线闭合环路对磁场强度的积分值各为何值？它们相等？,解：,磁场强度 Ha = Hb ;,见P248,2、如图所示磁路，保持励磁电流的频率和电压不变试问： (1)励磁匝数不变，磁路的截面增大一倍，励磁电流有何变化？,所以，励磁电流减为原来的一半。,Fm = NI = HK lK = RmK,当f 一定， U 一定， N一定时，m 不变,S 增大一倍，Rm减少一倍,（1）,（2）, = B S,当f 一定， U 一定时， N增加一倍，则 m 减为原来一半。,（3）,当f 一定， U 一定
10、， N不变时，则 m 不变,拉开气隙时，Rm 增大，磁动势Fm 亦增大，励磁电流 i亦增大。,(2)励磁线圈匝数增加一倍，铁心中的磁通有何变化？,(3)匝数不变，衔铁拉开一个空气隙，励磁电流如何变化？,3上述磁路如用直流电励磁，保持励磁电压和线圈匝数不变，当磁路的截面增大一倍，试问：(1) 铁心的磁通有何变化？,Fm = NI = HK lK = RmK,当U 一定， N一定时， 则励磁电流 I、 和磁动势 Fm 不变,S 增大一倍，Rm减少一倍,（1）,（2）, = B S,有气隙时，S 增大，导致 Rm 增加很小，所以磁通m微量增加，几乎不变。,磁通m 增大一倍。,励磁电流 I、 和磁动势
11、 Fm 不变,(2)若磁路的铁心与衔铁之间原有较大的空气隙，磁通的变化与问(1)有何异同？,4交流电磁铁线圈匝数、电流电压及铁心尺寸不变时，若气隙加大， 则磁通量和电流如何变化？(注：电磁铁系指由铁心、气隙、衔铁 组成的磁路),5在电源电压一定时，交流电磁铁的吸力和行程有关吗？,当f 一定， U 一定， N一定时，m 不变,气隙加大时，Rm 增大，磁动势Fm 亦增大，励磁电流 i 亦增大,Fm = NI = HK lK = RmK,吸力和行程无关，吸力与 Bm 、 m 、S 有关， 励磁电流 i 与行程相关,6在电源电压一定时，气隙变化时，直流电磁铁的励磁电流和磁通如何变化？,Fm = NI = HK lK = RmK,当U 一定， N一定时， 则励磁电流 I、 和磁动势 Fm 不变, = B S,若 增大，Rm 亦增大， m 亦减小，则 I 不变。,7直流电磁铁的吸力与行程有关吗？,吸力和行程有关，与 Bm 、 m 、S 有关， 励磁电流 I 与行程无关,8变压器的原、副边绕阻在电路上并没有接通，工作时，它们是如何 相互影响的？,9如果把大小与原边绕阻额定电压相同的直流电压加在变压器上， 会产生什么结果？,设,L R 烧毁变压器,交流电流有效值,直流电流,i2N2,i2,u1,i1,i1N1, 为合成磁通,磁耦合作用,