磁路和变压器

1、第第7 7章章 磁路和变压器磁路和变压器7.1 7.1 磁路的基本物理量和基本性质磁路的基本物理量和基本性质7.2 7.2 铁磁材料铁磁材料7.3 7.3 磁路的概念及磁路的基本定律磁路的概念及磁路的基本定律7.4 7.4 直流磁路直流磁路7.5 7.5 交流磁路与交流铁心线圈交流磁路与交流铁心线圈7.6 7.6 电磁铁电磁铁7.7 7.7 变压器变压器后一页退出本章基本要求1.了解铁磁材料的磁性能及B-H曲线。2.理解和掌握磁路的基本概念、基本定律和基本电 磁关系。3.了解直流磁路与交流磁路的特点，能正确运用磁 路基本定律对交、直流磁路进行定性分析。前一页 后一页 节目录退出4.理解和掌握交

2、、直流磁路的功率损耗。5.了解交、直流电磁铁的构造和功能。6.理解和掌握变压器的变压、变流、变换阻抗的作用和变压器的运行特性、额定值及用途。7.了解自耦变压器、仪用互感器的使用方法及注意事项。前一页 后一页 节目录退出第第7 7章章 磁路和变压器磁路和变压器7.1 7.1 磁路的基本物理量和基本性质磁路的基本物理量和基本性质前一页 后一页 节目录退出一、磁感应强度一、磁感应强度（磁通密度）（磁通密度） 二、二、 磁通磁通 均匀磁场均匀磁场 时：时：=BS SBS三、磁导率三、磁导率 真空磁导率：真空磁导率：0-7 m ， 相对磁导率：相对磁导率：四、磁场强度四、磁场强度 B五、磁通的连续性原理

3、五、磁通的连续性原理前一页 后一页 节目录退出r0SSB0d铁磁材料具有以下特点：铁磁材料具有以下特点：前一页 后一页 节目录退出7.2 7.2 铁磁材料铁磁材料1r1.1.磁导率高磁导率高2.2.磁饱和现象磁饱和现象3.3.磁滞现象磁滞现象前一页 后一页 节目录退出铁磁材料分类：铁磁材料分类：(1)(1)软磁材料软磁材料(2)(2)硬磁材料硬磁材料(3)(3)矩形材料矩形材料前一页 后一页 节目录退出剩磁小、矫顽力小剩磁小、矫顽力小用途：交流电机、用途：交流电机、变压器的铁心等变压器的铁心等 剩磁大、矫顽力大剩磁大、矫顽力大用途：永久磁铁、用途：永久磁铁、永磁同步电动机永磁同步电动机剩磁大、

4、矫顽力小剩磁大、矫顽力小用途：记忆元件、用途：记忆元件、存储器的磁芯等存储器的磁芯等7.3 7.3 磁路的概念及磁路的基本定律磁路的概念及磁路的基本定律一、磁路的概念一、磁路的概念磁路磁路约束在铁心所限定的范围内的磁通约束在铁心所限定的范围内的磁通路径。路径。前一页 后一页 节目录退出二、磁路的基本定律二、磁路的基本定律 (1)(1)安培环路定律安培环路定律 磁通势磁通势 (2)(2)磁路欧姆定律磁路欧姆定律均匀磁路：均匀磁路： 磁阻磁阻: :BSHSlINHllH dm /INlINRlSS前一页 后一页 节目录退出lnKKFIlHm1dmlRSm332211312dFNIlHlHlHlHl

5、Hkkkl1111HSB03303HSBBmm111nnnkkkkkkkkkkl RFS012312120312123120331122mkmkkkkklllBBBFlllSSSlRS前一页 后一页 节目录退出2222HSB练习与思考1.试列表写出磁路与电路相对应的基本物理量和相对应的基本定律。2.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用非磁性材料构成，磁路b用铁磁材料构成，c是留有气隙 的铁心磁路。试问：（1）磁路a与磁路b中的磁感应强度是否相等？（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？磁感应强度是否相等。（3）沿三个磁路的中心线闭合

6、环路对磁场强度的线积分值各为何值？它们是否相等？前一页 后一页 节目录退出7.4 7.4 直流磁路直流磁路直流磁路直流磁路直流电励磁，外加电压不变，直流电励磁，外加电压不变，电流不变，励磁线圈中不产生感应电动势。电流不变，励磁线圈中不产生感应电动势。两种磁路计算两种磁路计算（1 1）已知磁路的结构和磁路中的磁通，求产）已知磁路的结构和磁路中的磁通，求产生磁通的磁通势。生磁通的磁通势。（2 2）已知磁路的结构和磁通势，求磁路中的）已知磁路的结构和磁通势，求磁路中的磁通。磁通。前一页 后一页 节目录退出（1 1）求各段磁路的平均长度和截面积）求各段磁路的平均长度和截面积（2 2）通过磁通求磁感应强

7、度）通过磁通求磁感应强度（3 3）根据）根据B B通过通过B BH H曲线查曲线查H H200mm20005040 mm632Sl211mm190095. 05040 mm360)240120(2)2402200(Sl222mm15005030 mm160)2402200(Sl233mm20005040 mm302302Sl, T05. 1 , T110BBT1 , T33. 132BB A/m1062.794000BH A/m1037.031H A/m1033. 232H A/m107 . 033H前一页 后一页 节目录退出A2 .5304 218 .3722 .1332 .4777 30m

8、kkklHNIF （4 4）应用安培环路定律求磁通势）应用安培环路定律求磁通势前一页 后一页 节目录退出练习与思考1.如图7.4.1所示的磁路，若线圈励磁后，衔铁即将吸合，试问衔铁吸合过程中线圈中的电流有无变化？为什么？2.在图7.4.1所示磁路的铁心上套一短路铜环，试问在励磁线圈切断电流的同时，铁心中的磁通是否也突减为零？前一页 后一页 节目录退出7.57.5交流磁路与交流铁心线圈交流磁路与交流铁心线圈一、磁通与电压、电流的关系一、磁通与电压、电流的关系 KVL:KVL: 设设结论：交流磁路中的磁通不受结论：交流磁路中的磁通不受磁路变化磁路变化的影响，的影响，只与只与电路参数电路参数有关。有

9、关。 ddeNt ddeNt iReeuddueNt msin tmsin( 90 )uNtm4.44UfN前一页 后一页 节目录退出二、铁心损耗二、铁心损耗1.1.磁滞损耗磁滞损耗 2.2.涡流损耗涡流损耗 h PnfBKPmhh e P2m2ee BfKP 前一页 后一页 节目录退出三、交直流磁路的对比三、交直流磁路的对比磁阻磁阻 磁通磁通 磁通势磁通势 磁路变化磁路变化 直流磁路直流磁路 由电路参由电路参数决定，数决定，不受磁路不受磁路影响。影响。 影响磁阻和影响磁阻和磁通磁通，不影不影响磁通势和响磁通势和电流。电流。交流磁路交流磁路 由电路决参由电路决参数定，基本数定，基本不受磁路的不

10、受磁路的影响。影响。 影响磁阻、影响磁阻、磁通势和电磁通势和电流，不影响流，不影响磁通。磁通。SlR mmmmRNIRF RUNF mSlR mfNU44. 4m mmFN I R前一页 后一页 节目录退出练习与思考1.如图7.5.5所示磁路，保持励磁电流的频率和电压不变，试问：（1）励磁线圈匝数不变，磁路的截面增大一倍，励磁电流有何变化？（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？前一页 后一页 节目录退出2.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？（2）若磁路的铁

11、心与衔铁之间原有较大的空气隙，磁通的变化与（1）问有何异同？前一页 后一页 节目录退出7.6 7.6 电磁铁电磁铁电磁铁的应用：电磁铁的应用： 起重电磁铁，控制和保护用的电磁铁，电磁吸盘等。起重电磁铁，控制和保护用的电磁铁，电磁吸盘等。按励磁电流分类：按励磁电流分类：一、直流电磁铁一、直流电磁铁直流电磁铁的特点直流电磁铁的特点 ： （1 1）直流电磁铁线圈的励磁电流，与衔铁的运动过程）直流电磁铁线圈的励磁电流，与衔铁的运动过程无关，即与气隙无关，即与气隙大小无关。大小无关。（2 2）电磁吸力与衔铁的运动行程有关。）电磁吸力与衔铁的运动行程有关。（3 3）直流电磁铁动作平稳，工作可靠，适于动作频

12、繁）直流电磁铁动作平稳，工作可靠，适于动作频繁的机构。的机构。前一页 后一页 节目录退出特点：特点：（1 1）交流电磁铁是用交流电励磁，磁感应强度）交流电磁铁是用交流电励磁，磁感应强度是随时是随时间变化的函数。间变化的函数。（2 2）当励磁电压为定值时，）当励磁电压为定值时，基本不变，与行程无关。基本不变，与行程无关。（3 3）励磁电流与运动行程有关。）励磁电流与运动行程有关。（4 4）电磁力是角频率的函数。）电磁力是角频率的函数。 tBB sinm2) cos2-(1mtFF前一页 后一页 节目录退出二、交流电磁铁二、交流电磁铁练习与思考1.交流电磁铁线圈匝数、电源电压及铁心尺寸不变时，若气

13、隙加大，则磁通量和电流如何变化？2.在电源电压一定时，交流电磁铁的吸力与行程有关吗？3.在一定电源电压作用下，当磁路的结构、气隙 变化时，直流电磁铁的励磁电流和磁通如何变化？4.直流电磁铁的吸力大小与气隙长短变化有关吗？前一页 后一页 节目录退出7.7 7.7 变压器变压器一、工作原理一、工作原理 （一）空载运行（一）空载运行 电磁感应定律电磁感应定律 设设 忽略漏磁通和线圈电阻压降忽略漏磁通和线圈电阻压降 变压比变压比1N000001 31III01I N11ddeNt 22ddeNt msin t11msin( 90 )eNt2211 EUEU11m4.44 Uf N22m4.44 Uf

14、NuKNNUU2121电压变换电压变换前一页 后一页 节目录退出（二）带载运行（二）带载运行1122I NI N22110221110)(NINIINININI 12211NNIIIuiKKNNII112212211 EUEU变流比变流比忽略漏磁通和线圈电阻压降忽略漏磁通和线圈电阻压降前一页 后一页 节目录退出（三）变换阻抗（三）变换阻抗 11IUZZKIUKIKUKuuiu222222前一页 后一页 节目录退出应用变压器阻抗变换作用，可以实现电路阻抗匹配。应用变压器阻抗变换作用，可以实现电路阻抗匹配。例7.7.1 一正弦信号源的电压 ,内阻为负载电阻 。用一变压器将负载与信号源接通，如图7.

15、7.3所示，使电路达到阻抗匹配， ，信号源输出的功率最大。试求：变压器的匝数比；变压器的一次和二次电流；负载获得的功率；如果不用变压器耦合，直接将负载接通电源时负载获得的功率。 图7.7.3S5VUS1000R L40R LSRR前一页 后一页 节目录退出解：将二次电阻 换算为 所需变压器匝数比：因为所以一次电流：二次电流：负载的功率：直接接电源时负载的功率：21LL2NRRNLRLRS1L2LL1000540RNRNRRS1SL5mA2.5mA10001000UIRR12125 2.5mA12.5mANIIN 223L2L12.5 1040W6.25mWPI R22SLLSL540W0.92

16、5mW100040UPRRR前一页 后一页 节目录退出二、运行特性二、运行特性 1.1.外特性和电压调整率外特性和电压调整率2.2.损耗和效率损耗和效率002022000100UUUUFeCuPPP222121IRIRehPPCuN2P0P1CuN201112)(-1 PPPPPPpP铜损耗铜损耗铁损耗铁损耗前一页 后一页 节目录退出三、变压器绕组的同极性端三、变压器绕组的同极性端)()(211eeu10u 前一页 后一页 节目录退出1、3或或2、4为同极性端，为同极性端， 用用“”表示，同极性端也表示，同极性端也称为同名端。称为同名端。1、6也为同极性端也为同极性端 绕组极性连接错近似于短路

17、：绕组极性连接错近似于短路： 绕组极性连接正确：绕组极性连接正确：四、三相变压器四、三相变压器 1L1P12L22P33uUUNKUNU1L1P12L2P2333uUUNKUUN1L1P12L2P2333uKUUNUUN前一页 后一页 节目录退出 Y / Y 或或 Y / Y0Y / Y五、额定值五、额定值1.1.额定电压额定电压 1000 V / 400 V1000 V / 400 V高压一侧的（线）电压高压一侧的（线）电压 低压一侧的（线）电压低压一侧的（线）电压2.2.额定电流额定电流一次侧接额定电压时原、二次侧允许长时间通一次侧接额定电压时原、二次侧允许长时间通过的最大（线）电流。过的最大（线）电流。3.3.额定容量额定容量4.4.温升温升kVA)(1000NNNIUS前一页 后一页 节目录退出六、其他类型变压器六、其他类型变压器1.1.自耦变压器自耦变压器 前一页 后一页 节目录退出 由于由于b b是滑动端，因是滑动端，因此自耦变压器的此自耦变压器的N2 2可以可以小于小于N1 1，也可以大于，也可以大于N1 1，实现降低和增高电压实现降低和增高电压U2 2的功能。的功能。2.2.仪用互感器仪用互感器（1 1）电流互感器）电流互