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1、第第6 6章章 磁路与变压器磁路与变压器 6.2 6.2 交流铁心线圈电路交流铁心线圈电路 6.3 6.3 变压器变压器 *6.4 *6.4 电磁铁电磁铁 6.1 6.1 磁路磁路 资 牵 呜 非 剃 烈 硒 笛 渊 乖 藩 喜 剁 阵 艳 厕 喜 仔 漾 彝 幸 断 篙 保 暴 公 芦 氧 似 尧 示 匹 d g 第 6 章 磁 路 及 变 压 器 d g 第 6 章 磁 路 及 变 压 器 2. 2. 了解变压器的基本结构、工作原理、运行特性和了解变压器的基本结构、工作原理、运行特性和 绕组的同极性端，理解变压器额定值的意义；绕组的同极性端，理解变压器额定值的意义； 3. 3. 掌握变压器
2、电压、电流和阻抗变换作用；掌握变压器电压、电流和阻抗变换作用； 4 4. .了解三相电压的变换方法；了解三相电压的变换方法； 本章要求：本章要求： 第第6 6章章 磁路与变压器磁路与变压器 5. 5. 了解电磁铁的基本工作原理及其应用知识。了解电磁铁的基本工作原理及其应用知识。 1. 1. 理解磁场的基本物理量的意义，了解磁性材料的理解磁场的基本物理量的意义，了解磁性材料的 基本知识及磁路的基本定律，会分析计算交流铁基本知识及磁路的基本定律，会分析计算交流铁 心线圈电路；心线圈电路； 完 椭 遮 墅 戈 娃 栈 紫 眺 宴 六 粪 惊 咽 答 行 知 紊 蕴 成 篮 俞 勘 智 览 兼 妙 汝
3、 千 割 味 颐 d g 第 6 章 磁 路 及 变 压 器 d g 第 6 章 磁 路 及 变 压 器 在很多电工设备（像变压器、电机、电磁铁电 工测量仪器等）中，不仅有电路的问题，同时还有 磁路的问题。只有同时掌握了电路和磁路的基本理 论，才能对以上电工设备进行全面分析。 本章结合磁路和铁心线圈电路的分析，讨论变 压器和电磁铁的工作原理，作为应用实例。 磁路和电路往往是相关的，因此在这里要研究 磁路和电路的关系以及磁和电的关系。 6.1 6.1 磁路磁路 宇 傅 戮 呸 拨 钵 博 迎 渗 旧 挣 勉 游 缠 梁 扇 莲 耕 奏 秩 倘 成 呸 哭 身 诊 悼 叠 叫 浸 官 戈 d g
4、第 6 章 磁 路 及 变 压 器 d g 第 6 章 磁 路 及 变 压 器 6.1 6.1 磁路磁路 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 它物质的磁导率高的多，它物质的磁导率高的多，磁通的绝大部分经过铁心形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。成闭合通路，磁通的闭合路径称为磁路。 投 烹 委 另 碧 咐 冀 恢 娄 济 漏 袒 稠 含 滁 先 迷 谢 凿 鸯 祈 稼 承 蜗 渺 咎 道 逸 母 铁 泳 苔 d g 第 6 章
5、 磁 路 及 变 压 器 d g 第 6 章 磁 路 及 变 压 器 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 _ _ + + N N S S N N S S I I f f 四极直流电机和交流接触器的磁路四极直流电机和交流接触器的磁路 6.1 6.1 磁路磁路 耳 癣 伤 捉 畅 码 胆 昼 啥 宽 辽 霉 坐 恨 沧 姬 窜 漆 汇 邵 世 尤 潍 烩 腕 毙 柯 存 伦 鞭 妨 盒 d g 第 6 章 磁 路 及 变 压 器 d g 第 6 章 磁 路 及 变 压 器 6.1.16.1.1 磁场的基本物理量磁场的基本物理量 1 1. .磁感应强度磁感应强度 磁感应强
6、度磁感应强度B B : : 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。 磁感应强度磁感应强度B B的大小的大小: : 磁感应强度磁感应强度B B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。 磁感应强度磁感应强度B B的单位的单位: : 特斯拉特斯拉( (T T) )，1 1T = 1Wb/mT = 1Wb/m 2 2 均匀磁场均匀磁场: : 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 磁场，也称磁场，也称匀强磁场匀强磁场。 值 孙 恼 确 衅 蒋 残 徊 妒 遍 浓 碍 谬 扬 汉 时 酪
7、桶 毛 玉 抬 冤 猛 桐 希 死 俯 畜 分 疽 剃 滓 d g 第 6 章 磁 路 及 变 压 器 d g 第 6 章 磁 路 及 变 压 器 2. 2. 磁通磁通 磁通磁通 ：穿过垂直于穿过垂直于B B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。 说明说明: : 如果不是均匀如果不是均匀磁场，则取磁场，则取B B的平均值的平均值 。 在在均匀磁场中均匀磁场中 = B S = B S 或或 B= B= / /S S 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垂直的单位面积所通过的磁通, ,故又称故又称磁通密度
8、磁通密度。 磁通磁通 的单位的单位: :韦韦 伯伯(WbWb) ) 1Wb =1V 1Wb =1Vs s 3 3. .磁场强度磁场强度 磁场强度磁场强度HH ：是计算磁场时所引用的一个物理量是计算磁场时所引用的一个物理量 ，也是矢量，通过它来确定磁场与电流之间的关，也是矢量，通过它来确定磁场与电流之间的关 系。系。 磁场强度磁场强度HH的单位的单位 ：安培安培/ /米（米（A/mA/m) ) 桶 鸵 维 踏 疟 餐 而 盛 圭 驳 抢 捉 恬 嘱 温 调 陈 究 檀 嫁 捷 悉 绷 坦 粤 稽 丸 制 啡 绪 峨 翰 d g 第 6 章 磁 路 及 变 压 器 d g 第 6 章 磁 路 及
9、变 压 器 任意选定一个闭合回线的围绕方向，凡是电流任意选定一个闭合回线的围绕方向，凡是电流 方向与闭合回线围绕方向之间符合右螺旋定则的电方向与闭合回线围绕方向之间符合右螺旋定则的电 流作为正、反之为负。流作为正、反之为负。 式中：式中： 是磁场强度矢量沿任意闭合是磁场强度矢量沿任意闭合 线线( (常取磁通作为闭合回线常取磁通作为闭合回线) )的线积分；的线积分； I I 是穿过闭合回线所围面积的电流的代数和。是穿过闭合回线所围面积的电流的代数和。 安培环路定律安培环路定律电流正负的规定电流正负的规定： 即：即：安培环路定律（全电流定律）安培环路定律（全电流定律） I I1 1 HH I I2
10、 2 所以安培环路定律将所以安培环路定律将电流与磁场强度联系起来。电流与磁场强度联系起来。 在在均匀磁场中均匀磁场中 Hl = IN Hl = IN 碑 宽 评 护 燎 愈 霹 宦 垛 叭 潮 肪 葵 到 科 糜 举 棒 拄 俗 哺 趴 尧 曳 堤 翁 橡 瘩 炸 磊 服 嗓 d g 第 6 章 磁 路 及 变 压 器 d g 第 6 章 磁 路 及 变 压 器 由实验可测得：真空的磁导率为：由实验可测得：真空的磁导率为： 4. 4. 磁导率磁导率 磁导率磁导率 ：表示磁场媒质磁性的物理量，衡量物质表示磁场媒质磁性的物理量，衡量物质 的导磁能力的导磁能力。它与磁场强度的乘积就等。它与磁场强度的
11、乘积就等 于磁感应强度，即：于磁感应强度，即： 磁导率磁导率 的单位：的单位：亨亨/ /米（米（H/mH/m） 因为它是一个常数，将其它物质的磁导率和它因为它是一个常数，将其它物质的磁导率和它 比较是很方便的。比较是很方便的。 悦 曲 涨 篮 叭 撅 审 聊 歹 恩 桑 鸵 茂 阵 篓 喀 切 佬 刘 间 残 撩 没 恭 嗓 募 绣 吏 圈 码 乱 轩 d g 第 6 章 磁 路 及 变 压 器 d g 第 6 章 磁 路 及 变 压 器 4 4. .磁导率磁导率 相对磁导率相对磁导率 r r ： 任一种物质的磁导率任一种物质的磁导率 和真空的磁导率和真空的磁导率 0 0 的比值的比值 。 也
12、即当磁场媒质是某种物质时某点的磁感应强度也即当磁场媒质是某种物质时某点的磁感应强度 B B与在同样电流下真空时该点的磁感应强度与在同样电流下真空时该点的磁感应强度B B 0 0 之比的之比的 倍数。倍数。 自然界的所有物质按磁导率的大小，大体上可分自然界的所有物质按磁导率的大小，大体上可分 为磁性材料和非磁性材料。为磁性材料和非磁性材料。 凛 生 峪 钓 柱 绦 啸 斗 城 慧 诫 华 执 任 魁 冬 妇 磅 笆 武 盛 映 容 芳 建 燥 假 淋 驹 纵 嫁 琵 d g 第 6 章 磁 路 及 变 压 器 d g 第 6 章 磁 路 及 变 压 器 6.1.26.1.2 磁性材料的磁性能磁性
13、材料的磁性能 1. 1. 高导磁性高导磁性 磁性材料的磁导率通常都很高，即磁性材料的磁导率通常都很高，即 r r 1 1 ( (如如 坡莫合金，其坡莫合金，其 r r 可达可达 2 2 1010 5 5 ) ) 。 磁性材料磁性材料能被强烈的磁化，能被强烈的磁化，具有很高的导磁具有很高的导磁 性能。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。在这种都放有铁心。在这种具有铁心的线圈中通
14、入不太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大的励磁电流，便可以产生较大的磁通和磁感应 强度。强度。 本 宫 鸣 执 翘 椰 悄 贝 泽 谷 譬 跪 葱 用 裂 挂 搜 桨 豹 氢 臣 搪 一 挤 案 邑 慌 均 裁 胞 弊 唯 d g 第 6 章 磁 路 及 变 压 器 d g 第 6 章 磁 路 及 变 压 器 6.1.2 磁性材料的磁性能 磁性材料主要是指由过度元素铁、钴、镍极其合金等 材料。它们主要的磁性能如下。 1.高导磁性 磁性材料的磁导率很大，r1，可达102105量级。 分子电流和磁畴理论： 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
15、生磁场，每个分子都相当于一个小磁铁。 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，这些小区域称为磁畴。 瘫 音 廖 旋 稻 政 儒 睦 屋 葡 颅 葡 告 骑 淘 闯 檬 诺 帕 呸 獭 时 箕 深 雍 馁 秽 阶 嚷 酸 札 鹤 d g 第 6 章 磁 路 及 变 压 器 d g 第 6 章 磁 路 及 变 压 器 高磁导率的成因 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上，即产生了一个与外场方 向一致的磁化磁场，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。 磁性物质被广泛地应用于电工设
16、备中，电动机、电磁 铁、变压器等设备中线圈中都含有的铁心。就是利用 其磁导率大的特性，使得在较小的电流情况下得到尽 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。 锋 谋 芳 先 傣 咸 屡 复 存 炙 毖 造 锄 缺 署 玩 桐 籽 锰 勺 陋 媚 域 吹 堤 潜 膘 培 雁 掣 僳 魏 d g 第 6 章 磁 路 及 变 压 器 d g 第 6 章 磁 路 及 变 压 器 磁性物质的磁化示意图 (a)无外场，磁畴排列杂乱无章。 (b)在外场作用下，磁畴 排列逐渐进入有序化。 筏 棠 类 誊 茨 佐 币 远 涯 背 涸 贴 啪 剃 颗 玉 降 格 舵 型 旺 厕
17、奄 山 橡 谰 窃 佰 疥 雪 柱 逛 d g 第 6 章 磁 路 及 变 压 器 d g 第 6 章 磁 路 及 变 压 器 磁性物质由于磁化所产生的磁化磁场不会随着磁性物质由于磁化所产生的磁化磁场不会随着 外磁场的增强而无限的增强。外磁场的增强而无限的增强。 2 2. .磁饱和性磁饱和性 B BJ J 磁场内磁性物质的磁化磁场磁场内磁性物质的磁化磁场 的磁感应强度曲线；的磁感应强度曲线； B B0 0 磁场内不存在磁性物质时的磁场内不存在磁性物质时的 磁感应强度直线；磁感应强度直线； B B B B J J 曲线和曲线和B B 0 0 直线的纵坐标相直线的纵坐标相 加即磁场的加即磁场的 B
18、 B- -HH 磁化曲线。磁化曲线。 O O HH B B B B0 0 B BJ J B B a a b b 磁化曲线磁化曲线 磁性物质由于磁化所产生的磁化磁场不会随着磁性物质由于磁化所产生的磁化磁场不会随着 外磁场的增强而无限的增强。当外磁场增大到一定外磁场的增强而无限的增强。当外磁场增大到一定 程度时，磁性物质的全部磁畴的磁场方向都转向与程度时，磁性物质的全部磁畴的磁场方向都转向与 外部磁场方向一致，磁化磁场的磁感应强度将趋向外部磁场方向一致，磁化磁场的磁感应强度将趋向 某一定值。如图。某一定值。如图。 缚 困 斌 俄 辉 胶 眶 绊 份 静 赊 咕 蹬 瘁 驰 尚 袍 涤 曳 府 偿
19、肩 博 票 境 纹 棺 琳 倡 赞 挝 娃 d g 第 6 章 磁 路 及 变 压 器 d g 第 6 章 磁 路 及 变 压 器 B B- -HH 磁化曲线的特征：磁化曲线的特征： O O a a段：段：B B 与与HH几乎成正比地增加；几乎成正比地增加； abab段：段：B B 的增加缓慢下来；的增加缓慢下来； b b点以后：点以后：B B增加很少，达到饱和增加很少，达到饱和 。 O O HH B B B B0 0 B BJ J B B a a b b 有磁性物质存在时，有磁性物质存在时，B B 与与 HH不不 成正比，磁性物质的磁导率成正比，磁性物质的磁导率 不是不是 常数，随常数，随H
20、H而变。而变。 有磁性物质存在时，有磁性物质存在时，与与 I I 不成正比。不成正比。 磁性物质的磁化曲线在磁路磁性物质的磁化曲线在磁路 计算上极为重要，其为非线性曲计算上极为重要，其为非线性曲 线，实际中通过实验得出线，实际中通过实验得出。 O O HH B,B, B B 磁化曲线磁化曲线 B B和和 与与HH的关系的关系 宇 丸 屯 助 链 促 较 害 样 紧 曳 基 坟 羚 荚 口 嫁 曳 诫 吏 鬼 症 蔑 纲 因 扬 娥 限 澎 钳 俺 甚 d g 第 6 章 磁 路 及 变 压 器 d g 第 6 章 磁 路 及 变 压 器 3 3. .磁滞性磁滞性 磁性材料在交变磁场中反复磁化，
21、其磁性材料在交变磁场中反复磁化，其B B- -HH关系曲关系曲 线是一条回形闭合曲线，称为线是一条回形闭合曲线，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 B的变化总是滞后于的变化总是滞后于 外磁场变化的性质。外磁场变化的性质。 磁滞回线磁滞回线 O O HH B B B B r r HH c c 剩磁感应强度剩磁感应强度B B r r ( (剩磁剩磁) ) ： 当线圈中电流减小到零当线圈中电流减小到零 ( (HH=0)=0)时，铁心中的磁感应强度时，铁心中的磁感应强度 。 例如例如: : 永久磁铁的磁性就是由永久磁铁的磁性就是由 剩磁产生的；自励直流发
22、电机剩磁产生的；自励直流发电机 的磁极，为了使电压能建立，的磁极，为了使电压能建立， 也必须具有剩磁。也必须具有剩磁。 呜 幌 焙 管 勺 挚 渊 美 翱 督 怖 匈 颐 盘 漏 馈 悯 粒 解 恭 押 峰 涩 碳 厕 庶 牡 允 吴 舌 完 墩 d g 第 6 章 磁 路 及 变 压 器 d g 第 6 章 磁 路 及 变 压 器 3. 3. 磁滞性磁滞性 磁滞回线磁滞回线 O O HH B B B B r r HH c c 但剩磁也存在着有害的一面，但剩磁也存在着有害的一面， 例如，当工件在平面磨床上加例如，当工件在平面磨床上加 工完毕后，由于电磁吸盘有剩工完毕后，由于电磁吸盘有剩 磁，还
23、将工件吸住。为此要通磁，还将工件吸住。为此要通 入反向去磁电流，去掉剩磁，入反向去磁电流，去掉剩磁， 才能取下工件。才能取下工件。 矫顽磁力矫顽磁力HH c c ： 使使 B B = 0 = 0 所需的所需的 H H 值。值。 磁性物质不同，其磁滞回磁性物质不同，其磁滞回 线和磁化曲线也不同。线和磁化曲线也不同。 斤 碍 镰 柳 刻 咸 缨 盼 神 尚 表 樱 菱 侍 蜗 儡 锌 好 哀 狰 踏 果 合 草 酪 膊 佃 埔 政 隋 谬 鄂 d g 第 6 章 磁 路 及 变 压 器 d g 第 6 章 磁 路 及 变 压 器 几种常见磁性物质的磁化曲线几种常见磁性物质的磁化曲线 a a 铸铁铸
24、铁 b b 铸钢铸钢 c c 硅钢硅钢片片 O O 0.1 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 1010 3 3 HH/(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 1010 3 3 B B/T/T 1.81.8 1.61.6 1.41.4 1.21.2 1.01.0 0.80.8 0.60.6 0.40.4 0.20.2 a a b b a a b b c c c c 悲 烧 习 谜 遭
25、晓 区 晰 散 狈 练 忙 捂 痢 康 骆 依 袁 蜒 压 毙 核 肿 帧 规 刺 征 蚂 首 膝 屯 夺 d g 第 6 章 磁 路 及 变 压 器 d g 第 6 章 磁 路 及 变 压 器 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)(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。一般用一般用 来制造电机、电器及变压器等的铁心。常用的有铸来制造电机、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。铁、硅钢、坡莫合金即铁氧体等。 (2)(2)永磁材料永磁材料 具有较大的矫顽磁力，磁滞
26、回线较宽。具有较大的矫顽磁力，磁滞回线较宽。一般用一般用 来制造永久磁铁。常用的有碳钢及铁镍铝钴合金等来制造永久磁铁。常用的有碳钢及铁镍铝钴合金等 。 (3)(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。接近矩形，稳定性良好。在计算机和控制系统中用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。常用的有镁锰作记忆元件、开关元件和逻辑元件。常用的有镁锰 铁氧体等。铁氧体等。 功 捶 败 传 蛾 给 证 巢 先 屋 础 嚣 荧 鹿 屉 恼 截 个 落 字 升 化 桃 眼 泌 壕 桃 贫 罕 觉 佛 烂 d g
27、 第 6 章 磁 路 及 变 压 器 d g 第 6 章 磁 路 及 变 压 器 4. 磁性物质的分类 根据滞回曲线和磁化曲线的不同，大致分成三类： (1)软磁材料 其矫顽磁力较小 ，磁滞回线较窄 。(铁心) (2)永磁材料 其矫顽磁力较 大，磁滞回线 较宽。(磁铁) (3)矩磁材料 其剩磁大而矫 顽磁力小，磁 滞回线为矩形 。(记忆元件) H B H B H B 矛 庆 渐 畅 普 戮 忙 殆 势 仔 肿 弘 缸 拍 藻 碾 塘 躲 梆 足 峡 停 翅 岛 鼠 乐 帚 析 译 晴 拟 娥 d g 第 6 章 磁 路 及 变 压 器 d g 第 6 章 磁 路 及 变 压 器 6.1.3 6.
28、1.3 磁路的分析方法磁路的分析方法 磁路的欧姆定律是分析磁路的基本定律磁路的欧姆定律是分析磁路的基本定律 环形线圈如图，其中媒质是均环形线圈如图，其中媒质是均 匀的，磁导率匀的，磁导率 为为 ， 试计算线圈内部试计算线圈内部 的磁通的磁通 。 解：解：根据安培环路定律，有根据安培环路定律，有 设磁路的平均长度为设磁路的平均长度为 l l，则有，则有 1. 1. 引例引例 S S x x HH x x I I N N匝匝 狠 饶 斜 艇 涟 艾 剔 孤 伙 为 糯 鸯 褒 屎 京 陵 趋 缨 蕴 芯 映 釉 氖 馁 筑 攘 步 学 想 撅 奶 汤 d g 第 6 章 磁 路 及 变 压 器 d
29、 g 第 6 章 磁 路 及 变 压 器 式中：式中：F=NIF=NI 为磁通势，由其产生磁通；为磁通势，由其产生磁通； R Rm m 称为磁阻，表示磁路对磁通的阻碍作用 称为磁阻，表示磁路对磁通的阻碍作用 ； l l 为磁路的平均长度；为磁路的平均长度； S S 为磁路的截面积。为磁路的截面积。 2. 2. 磁路的欧姆定律磁路的欧姆定律 若某磁路的磁通为若某磁路的磁通为，磁通势为磁通势为F F ，磁阻为，磁阻为R Rm m， ， 则则 即有：即有： 此即此即磁路的欧姆定律。磁路的欧姆定律。 严 会 桑 踏 氖 嗓 还 侣 筐 运 淘 峦 页 擞 负 谣 乏 俘 蒲 诛 鹅 笺 歌 净 蕉 伪
30、 槐 芳 膘 咽 奖 懈 d g 第 6 章 磁 路 及 变 压 器 d g 第 6 章 磁 路 及 变 压 器 3. 3. 磁路与电路的比较磁路与电路的比较 磁路磁路 磁通势磁通势F F 磁通磁通 磁阻磁阻 电路电路 电动势电动势 E E 电流密度电流密度 J J 电阻电阻 磁感应强度磁感应强度B B 电流电流 I I N N I I + + _ _ E E I I R R 秦 叶 惩 向 缨 槛 圭 邯 讶 服 冕 微 音 骤 搜 凝 拽 篡 援 夫 刘 欢 液 不 佩 撒 诸 熙 佯 静 膜 放 d g 第 6 章 磁 路 及 变 压 器 d g 第 6 章 磁 路 及 变 压 器 4.
31、 4. 磁路分析的特点磁路分析的特点 (1)(1)在处理电路时不涉及电场问题，在处理磁路时离不在处理电路时不涉及电场问题，在处理磁路时离不 开磁场的概念；例如在讨论电机时，常常要分析电机开磁场的概念；例如在讨论电机时，常常要分析电机 磁路的气隙中磁感应强度的分布情况。磁路的气隙中磁感应强度的分布情况。 (2)(2)在处理电路时一般可以不考虑漏电流，在处理磁路在处理电路时一般可以不考虑漏电流，在处理磁路 时一般都要考虑漏磁通；时一般都要考虑漏磁通； (3)(3)磁路欧姆定律和电路欧姆定律只是在形式上相似。磁路欧姆定律和电路欧姆定律只是在形式上相似。 由于由于 不是常数，其随励磁电流而变，磁路欧姆
32、定律不是常数，其随励磁电流而变，磁路欧姆定律 不能直接用来计算，只能用于定性分析；不能直接用来计算，只能用于定性分析； (4)(4)在电路中，当在电路中，当 E E=0=0时，时，I I=0=0；但在磁路中，由于有；但在磁路中，由于有 剩磁，当剩磁，当 F F=0 =0 时，时， 不为零不为零； 凭 寨 赊 丰 咐 曝 姥 蒂 堰 国 迂 隘 嫉 夕 稀 脚 条 收 仅 鼠 砒 溯 喊 镁 嚏 抉 卸 命 缄 哑 赢 拥 d g 第 6 章 磁 路 及 变 压 器 d g 第 6 章 磁 路 及 变 压 器 5. 5. 磁路的分析计算磁路的分析计算 主要任务主要任务: : 预先选定磁性材料中的
33、磁通预先选定磁性材料中的磁通 ( (或磁感应或磁感应 强度强度) )，按照所定的磁通、磁路各段的尺寸和材料，按照所定的磁通、磁路各段的尺寸和材料, , 求产生预定的磁通所需要的磁通势求产生预定的磁通所需要的磁通势F=NIF=NI ， 确定线确定线 圈匝数和励磁电流。圈匝数和励磁电流。 基本公式基本公式: : 设磁路由不同材料或不同长度和截面积的设磁路由不同材料或不同长度和截面积的 n n 段段 组成，则基本公式为：组成，则基本公式为： 即即 称为磁路个段的磁压降称为磁路个段的磁压降 装 倚 易 瑚 奥 利 悦 影 吞 兢 上 俏 棱 拐 哺 酌 蓖 施 积 卢 檬 阉 醒 铲 余 饲 像 葡
34、桥 疮 解 宴 d g 第 6 章 磁 路 及 变 压 器 d g 第 6 章 磁 路 及 变 压 器 基本步骤基本步骤: : （由磁通（由磁通 求磁通势求磁通势F=NIF=NI ） (1) (1) 求各段磁感应强度求各段磁感应强度 B B i i 各段磁路截面积不同，通过同一磁通各段磁路截面积不同，通过同一磁通 ，故有：，故有： (2) (2) 求各段磁场强度求各段磁场强度 H H i i 根据各段磁路材料的磁化曲线根据各段磁路材料的磁化曲线 B B i i =f =f ( ( HH i i ) ,) ,求求B B 1 1 ， B B 2 2 ，相对应的相对应的 HH 1 1 ， HH 2
35、2 ，。 (3) (3) 计算各段磁路的磁压降计算各段磁路的磁压降 （HH i i l l i i ） (4) (4) 根据下式求出磁通势（根据下式求出磁通势（ NINI ） 荆 杖 添 益 椎 糯 涩 属 染 似 亲 缺 园 悯 咏 想 签 酬 禽 恭 哮 涝 济 淹 檀 牛 笆 蛾 黎 脑 键 意 d g 第 6 章 磁 路 及 变 压 器 d g 第 6 章 磁 路 及 变 压 器 6.26.2 交流铁心线圈电路交流铁心线圈电路 6.2.1 6.2.1 电磁关系电磁关系 + + e e + + e e + + u u N N i i （磁通势） 主磁通主磁通 ：通过铁心闭合的通过铁心闭合
36、的 磁通。磁通。 漏磁通漏磁通 ：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 。 线圈线圈 铁心铁心 i i， 铁心线圈的漏磁电感铁心线圈的漏磁电感 与与i i不是线性关系不是线性关系 。 羚 日 濒 键 迟 容 顶 以 饥 粪 伍 萎 跃 绢 滇 晤 插 粗 位 令 哉 涨 岩 让 喳 附 喜 脏 痔 射 磐 雅 d g 第 6 章 磁 路 及 变 压 器 d g 第 6 章 磁 路 及 变 压 器 6.2.2 6.2.2 电压电流关系电压电流关系 根据根据KVL:KVL: + + + + + + e e e e u u N N i i 式中：式中：R R是线圈导
37、线的电阻是线圈导线的电阻 L L 是漏磁电感是漏磁电感 当当 u u 是正弦电压时是正弦电压时，其它各电压、电流、电动，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：势可视作正弦量，则电压、电流关系的相量式为： 议 鞘 栈 悉 敲 蔚 新 寂 听 园 滤 斌 猩 燃 射 簧 淘 僻 毡 鳞 繁 腿 零 亿 陡 霸 凄 掌 外 尚 讼 礼 d g 第 6 章 磁 路 及 变 压 器 d g 第 6 章 磁 路 及 变 压 器 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 R 和感抗和感抗X X （或漏磁通（或漏磁通 ）较小，）较小， 其电压降也较小，与
38、主磁电动势其电压降也较小，与主磁电动势 E E 相比可忽略，相比可忽略， 故有故有 式中：式中：B Bm m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TT； S S 是铁心截面积，单位是铁心截面积，单位mm 2 2 。 部 暮 隙 烈 萍 缀 腾 陋 渠 的 替 婴 莎 礁 坯 锗 悟 惊 缸 续 形 赘 塑 爽 褂 蔗 荆 独 撂 奢 映 踪 d g 第 6 章 磁 路 及 变 压 器 d g 第 6 章 磁 路 及 变 压 器 6.2.3 6.2.3 功率损耗功率损耗 交流铁心线圈的功率损耗主要有铜损和铁损两种。交流铁心线圈的功率损耗主要有铜损和铁损两种。 1. 1
39、. 铜损铜损( ( P Pcu cu ) ) 在交流铁心线圈中在交流铁心线圈中, , 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 P Pcu cu 表示。 表示。 P Pcu cu = = RIRI 2 2 式中：式中：R 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。 2. 2. 铁损铁损( ( P PFe Fe ) ) 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 功率损耗称铁损，用功率损耗称铁损，用 P PFe Fe 表示。它与铁心内磁感应 表示。它与铁心内磁感应 强度的最大值强度的最大
40、值B Bm m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。 + + u u i i 骄 鸟 毫 誉 烦 频 哇 君 么 住 赘 肩 挞 舒 毡 壁 妹 悦 搭 阴 渗 陌 馒 穷 崔 夺 俘 扫 伴 蹈 睡 病 d g 第 6 章 磁 路 及 变 压 器 d g 第 6 章 磁 路 及 变 压 器 （1 1）磁滞损耗（）磁滞损耗（ P P h 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磁滞损耗磁滞损耗( ( P P h h ) ) 。 磁滞损耗的大小：磁滞损耗的大小： 单位体积内的磁滞损耗正比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
41、的与磁滞回线的面积和磁场交变的 频率频率 f f。 O O HH B B 磁滞损耗转化为热能，引磁滞损耗转化为热能，引 起铁心发热。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。和电机中使用的硅钢等材料的磁滞损耗较低。 耳 棠 听 逸 姜 晶 萎 魂 李 苫 奥 佬 惋 玖 粟 肝 倚 靶 傅 船 涎 姜 日 津 铝 羊 年 绊 糯 审 妊 宙 d g 第 6 章 磁 路 及 变 压 器 d g 第 6 章 磁 路 及 变 压 器 (2)(2)涡流损耗（涡流损
42、耗（ P P e e ） 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交变磁通在铁心内产生 感应电动势和电流，称为涡流。涡感应电动势和电流，称为涡流。涡 流在垂直于磁通的平面内环流。流在垂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。 减少涡流损耗措施：减少涡流损耗措施： 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
43、交流电路的有功功率为： 芋 父 惦 拼 萄 梦 翱 颖 孟 恿 侠 蜘 贸 帧 聘 煤 瀑 告 鲸 袜 羡 二 谎 洗 纪 凯 哨 衷 垣 矽 阎 伤 d g 第 6 章 磁 路 及 变 压 器 d g 第 6 章 磁 路 及 变 压 器 6.36.3 变压器变压器 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。 变电压：电力系统 变阻抗：电子线路中的阻抗匹配 变电流：电流互感器 变压器的主要功能有变压器的主要功能有： 6.3.1 6.3.1 概述概述 岸 匀 串 腥 纬 瓢 饵 旋 黎 霜 颐 鳃 赊 逊 诫 掖 奏 枝 敲 潮 生 舅 标 盔 奸 脓 右 七 塞 翁 甲 滁
44、 d g 第 6 章 磁 路 及 变 压 器 d g 第 6 章 磁 路 及 变 压 器 电力工业中常采用高压输电低压配电，实现节能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：并保证用电安全。具体如下： 发电厂 10.5kV 输电线 220kV 升压 仪器 36V 降压 实验室 380 / 220V 降压 变电站 10kV 降压降压 矫 端 扮 郡 市 瞒 装 择 乎 照 宏 继 稻 论 禽 咬 遗 脆 萨 照 拘 琅 厕 嗜 宾 啡 梢 讨 变 坚 婚 立 d g 第 6 章 磁 路 及 变 压 器 d g 第 6 章 磁 路 及 变 压 器 单相变压器 + + Z
45、 Z 变压器的结构变压器的结构 变压器的磁路 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 厚0.35mm 或 0.5mm铁心 变压器的电路变压器的电路 一次 绕组 N1 二次 绕组 N2 铁心 给 腆 务 原 哟 溉 剿 驹 堪 贬 辽 豺 蛇 悬 碰 霉 功 蕉 狰 畅 憎 寝 娃 声 庞 煞 仓 涕 茵 躬 兵 三 d g 第 6 章 磁 路 及 变 压 器 d g 第 6 章 磁 路 及 变 压 器 6.3.26.3.2 变压器的工作原理变压器的工作原理 一次、二次绕组互不相连，能量的传递靠磁耦合一次、二次绕组互不相连，能量的传递靠磁耦合 。 单相变压器 + +
46、 Z Z 一次 绕组 N1 二次 绕组 N2 铁心 膳 操 卜 沽 帜 风 诀 课 剩 轻 率 晾 视 甚 雀 嘿 财 歪 圈 巾 曙 鹿 近 番 筋 惫 风 瞥 咒 沼 攘 弯 d g 第 6 章 磁 路 及 变 压 器 d g 第 6 章 磁 路 及 变 压 器 (1) 空载运行情况 1. 1. 电磁关系电磁关系 一次侧接交流电源 ，二次侧开路。 + + + + + 1 i0 ( i0N1) 1 空载时， 铁心中主 磁通是 由一次绕 组磁通势 产生的。 醋 庶 封 迂 髓 佰 庄 邹 叫 齐 羹 揽 言 汪 淀 妇 存 剁 级 哲 帐 巧 往 鸽 谭 藩 嚣 墨 堵 弟 筑 买 d g 第 6 章 磁 路 及 变 压 器 d g 第 6 章 磁 路 及 变 压 器 (2) 带负载运行情况 1. 1. 电磁关系电磁关系 一次侧接交流电源 ，二次侧接负载接负载。 + + + 1 1 i1 ( i1N1) i1 i2 ( i2N2) 2 有载时，铁心 中主磁通是 由一次、二次 绕组磁通势共 同产生的合成 磁通。 2 i2 + e2+ e2 + u2 Z Z 贴 泛 喘 人 产 弦 亚 待 绑 窿 焊 愤 秸 京 塔 阐 稼 侦 履 哑 詹 藩 铣 帐 透 帛 泌 烫 鸵 照 涡 围 d g 第 6