电工第五章第三版课件

第第 5 5 章章变压器变压器5.1 磁路磁路5.2 电磁铁电磁铁 5.4 变压器的基本结构变压器的基本结构5.3 变压器的工作原理变压器的工作原理5.7 自耦变压器自耦变压器5.5 三相变压器三相变压器5.9 绕组的极性绕组的极性第第5 5章章 变压器变压器5.6 仪用互感器仪用互感器5.8 三绕组变压器三绕组变压器5.1 磁路磁路5.1 磁场的基本物理量磁场的基本物理量1 1 1 1、磁感应强度、磁感应强度、磁感应强度、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。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)均匀磁场均匀磁场均匀磁场均匀磁场: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，也称磁场，也称磁场，也称匀强磁场匀强磁场匀强磁场匀强磁场。2、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:如果不是均匀如果不是均匀如果不是均匀如果不是均匀磁场，则取磁场，则取磁场，则取磁场，则取B B的平均值。的平均值。的平均值。的平均值。在在在在均匀磁场中均匀磁场中均匀磁场中均匀磁场中 =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)3、磁场强度磁场强度磁场强度磁场强度磁场强度磁场强度HH ：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)真空的磁导率为常数，用真空的磁导率为常数，用真空的磁导率为常数，用真空的磁导率为常数，用 0 0表示，有：表示，有：表示，有：表示，有：4、磁导率磁导率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的导磁能力的导磁能力。相对磁导率相对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和真空的磁导率和真空的磁导率 0 0的比值的比值的比值的比值。磁导率磁导率磁导率磁导率 的单位：的单位：的单位：的单位：亨亨亨亨/米（米（米（米（H/mH/m）5.2 物质的磁性能物质的磁性能1.1.非磁性物质非磁性物质非磁性物质非磁性物质 非磁性物质分子电流的磁场方向杂乱无章，几乎非磁性物质分子电流的磁场方向杂乱无章，几乎非磁性物质分子电流的磁场方向杂乱无章，几乎非磁性物质分子电流的磁场方向杂乱无章，几乎不受外磁场的影响而互相抵消，不具有磁化特性。不受外磁场的影响而互相抵消，不具有磁化特性。不受外磁场的影响而互相抵消，不具有磁化特性。不受外磁场的影响而互相抵消，不具有磁化特性。非磁性材料的磁导率都是常数，有：非磁性材料的磁导率都是常数，有：非磁性材料的磁导率都是常数，有：非磁性材料的磁导率都是常数，有：所以磁通所以磁通所以磁通所以磁通 与产生此磁通的电流与产生此磁通的电流与产生此磁通的电流与产生此磁通的电流 I I 成正比，呈成正比，呈成正比，呈成正比，呈线性关系。线性关系。线性关系。线性关系。当磁场媒质是非磁性材料时，有：当磁场媒质是非磁性材料时，有：当磁场媒质是非磁性材料时，有：当磁场媒质是非磁性材料时，有：即即即即 B B与与与与 H H 成正比，呈线性关系。成正比，呈线性关系。成正比，呈线性关系。成正比，呈线性关系。由于由于由于由于O OHHB B 0 0 r r 1 1B B=0 0 H H()(I I)2.2.磁性物质磁性物质磁性物质磁性物质 磁性物质内部形成许多小区域，其分子间存在的一磁性物质内部形成许多小区域，其分子间存在的一磁性物质内部形成许多小区域，其分子间存在的一磁性物质内部形成许多小区域，其分子间存在的一种特殊的作用力使每一区域内的分子磁场排列整齐，种特殊的作用力使每一区域内的分子磁场排列整齐，种特殊的作用力使每一区域内的分子磁场排列整齐，种特殊的作用力使每一区域内的分子磁场排列整齐，显示磁性，称这些小区域为磁畴。显示磁性，称这些小区域为磁畴。显示磁性，称这些小区域为磁畴。显示磁性，称这些小区域为磁畴。在外磁场作用下，磁畴方向发生变化，使之与外在外磁场作用下，磁畴方向发生变化，使之与外在外磁场作用下，磁畴方向发生变化，使之与外在外磁场作用下，磁畴方向发生变化，使之与外磁场方向趋于一致，物质整体显示出磁性来，称为磁场方向趋于一致，物质整体显示出磁性来，称为磁场方向趋于一致，物质整体显示出磁性来，称为磁场方向趋于一致，物质整体显示出磁性来，称为磁化。即磁化。即磁化。即磁化。即磁性物质能被磁化。磁性物质能被磁化。磁性物质能被磁化。磁性物质能被磁化。磁磁磁磁畴畴畴畴外外外外磁磁磁磁场场场场 在没有外磁场作用的普通磁性物质中，各个磁畴排在没有外磁场作用的普通磁性物质中，各个磁畴排在没有外磁场作用的普通磁性物质中，各个磁畴排在没有外磁场作用的普通磁性物质中，各个磁畴排列杂乱无章，磁场互相抵消，整体对外不显磁性。列杂乱无章，磁场互相抵消，整体对外不显磁性。列杂乱无章，磁场互相抵消，整体对外不显磁性。列杂乱无章，磁场互相抵消，整体对外不显磁性。磁磁磁磁畴畴畴畴5.2.15.2.1磁性材料的磁性磁性材料的磁性能能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(如坡如坡如坡如坡莫合金，其莫合金，其莫合金，其莫合金，其 r r 可达可达可达可达 2 2 10105 5)。磁性材料磁性材料磁性材料磁性材料能被强烈的磁化，能被强烈的磁化，能被强烈的磁化，能被强烈的磁化，具有很高的导磁性具有很高的导磁性具有很高的导磁性具有很高的导磁性能。能。能。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备磁性物质的高导磁性被广泛地应用于电工设备磁性物质的高导磁性被广泛地应用于电工设备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都中，如电机、变压器及各种铁磁元件的线圈中都中，如电机、变压器及各种铁磁元件的线圈中都中，如电机、变压器及各种铁磁元件的线圈中都放有铁心。放有铁心。放有铁心。放有铁心。磁性物质的高导磁性被广泛地应用于电工设备磁性物质的高导磁性被广泛地应用于电工设备磁性物质的高导磁性被广泛地应用于电工设备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都中，如电机、变压器及各种铁磁元件的线圈中都中，如电机、变压器及各种铁磁元件的线圈中都中，如电机、变压器及各种铁磁元件的线圈中都放有铁心。在这种放有铁心。在这种放有铁心。在这种放有铁心。在这种具有铁心的线圈中通入不太大具有铁心的线圈中通入不太大具有铁心的线圈中通入不太大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强的励磁电流，便可以产生较大的磁通和磁感应强的励磁电流，便可以产生较大的磁通和磁感应强的励磁电流，便可以产生较大的磁通和磁感应强度。度。度。度。主磁通主磁通 漏磁通。漏磁通。磁通的绝大部分经过铁心形成闭合通路，磁磁通的绝大部分经过铁心形成闭合通路，磁磁通的绝大部分经过铁心形成闭合通路，磁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通的闭合路径称为通的闭合路径称为通的闭合路径称为磁路。磁路。磁路。磁路。在电机、变压器及各种铁磁元件中常用磁性材料做在电机、变压器及各种铁磁元件中常用磁性材料做在电机、变压器及各种铁磁元件中常用磁性材料做在电机、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它成一定形状的铁心。铁心的磁导率比周围空气或其它成一定形状的铁心。铁心的磁导率比周围空气或其它成一定形状的铁心。铁心的磁导率比周围空气或其它物质的磁导率高的多，物质的磁导率高的多，物质的磁导率高的多，物质的磁导率高的多，磁通的绝大部分经过铁心形成磁通的绝大部分经过铁心形成磁通的绝大部分经过铁心形成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。闭合通路，磁通的闭合路径称为磁路。闭合通路，磁通的闭合路径称为磁路。闭合通路，磁通的闭合路径称为磁路。+NIfNSS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。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 磁饱和性磁饱和性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。某一定值。如图。某一定值。如图。B HO 初始磁化曲线初始磁化曲线 B B-HH 磁化曲线的特征：磁化曲线的特征：磁化曲线的特征：磁化曲线的特征：O Oa a段：段：段：段：B B 与与与与HH几乎成正比地增加；几乎成正比地增加；几乎成正比地增加；几乎成正比地增加；abab段：段：段：段：B B 的增加缓慢下来；的增加缓慢下来；的增加缓慢下来；的增加缓慢下来；b b点以后：点以后：点以后：点以后：B B增加很少，达到饱和。增加很少，达到饱和。增加很少，达到饱和。增加很少，达到饱和。O OHHB BB B a a b b 有磁性物质存在时，有磁性物质存在时，有磁性物质存在时，有磁性物质存在时，B B 与与与与 HH不成不成不成不成正比，正比，正比，正比，磁性物质的磁导率磁性物质的磁导率磁性物质的磁导率磁性物质的磁导率 不是常不是常不是常不是常数数数数，随，随，随，随HH而变。而变。而变。而变。有磁性物质存在时，有磁性物质存在时，有磁性物质存在时，有磁性物质存在时，与与与与 I I 不成不成不成不成正比。正比。正比。正比。磁性物质的磁化曲线在磁路计磁性物质的磁化曲线在磁路计磁性物质的磁化曲线在磁路计磁性物质的磁化曲线在磁路计算上极为重要，其为非线性曲线，算上极为重要，其为非线性曲线，算上极为重要，其为非线性曲线，算上极为重要，其为非线性曲线，实际中通过实验得出实际中通过实验得出实际中通过实验得出实际中通过实验得出。O OHHB,B,B B 磁化曲线磁化曲线磁化曲线磁化曲线B B和和和和 与与与与HH的关系的关系的关系的关系3 磁滞性磁滞性 磁性材料在交变磁场中反复磁化，其磁性材料在交变磁场中反复磁化，其磁性材料在交变磁场中反复磁化，其磁性材料在交变磁场中反复磁化，其B B-HH关系曲线关系曲线关系曲线关系曲线是一条回形闭合曲线，称为是一条回形闭合曲线，称为是一条回形闭合曲线，称为是一条回形闭合曲线，称为磁滞回线磁滞回线磁滞回线磁滞回线。磁滞性：磁滞性：磁滞性：磁滞性：磁性材料中磁性材料中磁性材料中磁性材料中磁感应强度磁感应强度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。外磁场变化的性质。外磁场变化的性质。磁滞回线磁滞回线磁滞回线磁滞回线O OHHB BB Br rHHc c剩磁感应强度剩磁感应强度剩磁感应强度剩磁感应强度B Br r(剩磁剩磁剩磁剩磁)：当线圈中电流减小到零当线圈中电流减小到零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。时，铁心中的磁感应强度。时，铁心中的磁感应强度。矫顽磁力矫顽磁力矫顽磁力矫顽磁力HHc c：使使使使 B B=0=0 所需的所需的所需的所需的 H H 值。值。值。值。磁性物质不同，其磁滞回线磁性物质不同，其磁滞回线磁性物质不同，其磁滞回线磁性物质不同，其磁滞回线和磁化曲线也不同。和磁化曲线也不同。和磁化曲线也不同。和磁化曲线也不同。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：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。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。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)永磁材料永磁材料永磁材料永磁材料 具有较大的矫顽磁力，磁滞回线较宽。具有较大的矫顽磁力，磁滞回线较宽。具有较大的矫顽磁力，磁滞回线较宽。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。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。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。铁氧体等。铁氧体等。式中：式中：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；为磁通势，由其产生磁通；为磁通势，由其产生磁通；R Rmm 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；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；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。为磁路的截面积。为磁路的截面积。三三三三.磁路的欧姆定律磁路的欧姆定律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若某磁路的磁通为若某磁路的磁通为 ，磁通势为磁通势为磁通势为磁通势为F F ，磁阻为磁阻为磁阻为磁阻为R Rmm，则，则，则，则即有：即有：即有：即有：此即此即此即此即磁路的欧姆定律。磁路的欧姆定律。磁路的欧姆定律。磁路的欧姆定律。1.1.磁路分析的特点磁路分析的特点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，在处理磁路时离在处理电路时不涉及电场问题，在处理磁路时离在处理电路时不涉及电场问题，在处理磁路时离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；不开磁场的概念；不开磁场的概念；不开磁场的概念；(2)(2)在处理电路时一般可以不考虑漏电流，在处理磁在处理电路时一般可以不考虑漏电流，在处理磁在处理电路时一般可以不考虑漏电流，在处理磁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；路时一般都要考虑漏磁通；路时一般都要考虑漏磁通；路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。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。由于由于由于由于 不是常数，其随励磁电流而变，磁路欧姆定律不是常数，其随励磁电流而变，磁路欧姆定律不是常数，其随励磁电流而变，磁路欧姆定律不是常数，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；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，当在电路中，当在电路中，当 E E=0=0时，时，时，时，I I=0=0；但在磁路中，由于有但在磁路中，由于有但在磁路中，由于有但在磁路中，由于有剩磁，当剩磁，当剩磁，当剩磁，当 F F=0=0 时，时，时，时，不为零不为零不为零不为零；分析与思考解答分析与思考解答 5.1.(1)磁路的结构一定，磁路的磁阻是否一定即磁磁路的结构一定，磁路的磁阻是否一定即磁路的磁阻是否是线性的？路的磁阻是否是线性的？【答答】磁路的结构一定（即尺寸、形状和材料一定）磁路的结构一定（即尺寸、形状和材料一定）时，磁路的磁通并不一定。因为磁性材料的磁导率时，磁路的磁通并不一定。因为磁性材料的磁导率不不是常数（是常数（B 与与H 不是正比关系），即磁路的磁阻是非线不是正比关系），即磁路的磁阻是非线性的。性的。15.2 电磁铁电磁铁1.1.概述概述概述概述 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、工件于固定位置的一种电器。当电源断开时电磁铁的磁性消失，衔铁或其它零当电源断开时电磁铁的磁性消失，衔铁或其它零当电源断开时电磁铁的磁性消失，衔铁或其它零当电源断开时电磁铁的磁性消失，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。根据使用电源类型分为：根据使用电源类型分为：根据使用电源类型分为：根据使用电源类型分为：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；交流电磁铁：交流电磁铁：交流电磁铁：交流电磁铁：用交流电源励磁。用交流电源励磁。用交流电源励磁。用交流电源励磁。5.2 电电 磁磁 铁铁 电磁铁的常见结构形式电磁铁的常见结构形式 电磁铁的种类：电磁铁的种类：直流电磁铁、交流电磁铁。直流电磁铁、交流电磁铁。励磁励磁 线圈线圈 铁心铁心 衔铁衔铁 励磁励磁 线圈线圈 衔铁衔铁 铁心铁心 铁心铁心 励磁励磁 线圈线圈 衔铁衔铁 衔铁衔铁 铁心铁心 励磁励磁 线圈线圈 一、直流电磁一、直流电磁铁铁 U S N N SIf U I N I URI=(1)电压与电流的关系电压与电流的关系(2)线圈的功率：线圈的功率：P=R I 2 1.1.直流直流直流直流铁心线圈电路铁心线圈电路铁心线圈电路铁心线圈电路 一、直流电磁一、直流电磁铁铁 U S N N SIf2.2.电磁吸力电磁吸力电磁吸力电磁吸力 线圈通电后，产生主磁通。线圈通电后，产生主磁通。铁心和衔铁被磁化，在它们铁心和衔铁被磁化，在它们的两端形成的两端形成N极和极和S极，从而极，从而产生电磁吸力产生电磁吸力F。I 不变不变 F 衔铁吸合后衔铁吸合后磁阻磁阻 二、二、交流电磁铁交流电磁铁1、电磁关系、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 ：经过空气或其它经过空气或其它经过空气或其它经过空气或其它非导磁媒质闭合的磁通。非导磁媒质闭合的磁通。非导磁媒质闭合的磁通。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。O Oi iL,L,L L 和和和和L L与与与与i i的关系的关系的关系的关系 有磁性物质存在时，有磁性物质存在时，有磁性物质存在时，有磁性物质存在时，B B 与与与与 HH不成不成不成不成正比，磁性物质的磁导率正比，磁性物质的磁导率正比，磁性物质的磁导率正比，磁性物质的磁导率 不是常不是常不是常不是常数，随数，随数，随数，随HH而变。而变。而变。而变。=B B/HH 有磁性物质存在时，有磁性物质存在时，有磁性物质存在时，有磁性物质存在时，与与与与 I I 不成不成不成不成正比。正比。正比。正比。O OHHB,B,B B 磁化曲线磁化曲线磁化曲线磁化曲线B B和和和和 与与与与HH的关系的关系的关系的关系 与与与与B B成正比，成正比，成正比，成正比，HH与与与与 I I成正比成正比成正比成正比例例例例1 1：空心线圈的电感是常数，而铁心线圈的电感不是空心线圈的电感是常数，而铁心线圈的电感不是空心线圈的电感是常数，而铁心线圈的电感不是空心线圈的电感是常数，而铁心线圈的电感不是常数，为什么？如果线圈尺寸、形状和匝数相同，有常数，为什么？如果线圈尺寸、形状和匝数相同，有常数，为什么？如果线圈尺寸、形状和匝数相同，有常数，为什么？如果线圈尺寸、形状和匝数相同，有铁心和没有铁心时，哪个电感大？铁心线圈的铁心在铁心和没有铁心时，哪个电感大？铁心线圈的铁心在铁心和没有铁心时，哪个电感大？铁心线圈的铁心在铁心和没有铁心时，哪个电感大？铁心线圈的铁心在达到磁饱和和尚未达到磁饱和状态时，哪个电感大？达到磁饱和和尚未达到磁饱和状态时，哪个电感大？达到磁饱和和尚未达到磁饱和状态时，哪个电感大？达到磁饱和和尚未达到磁饱和状态时，哪个电感大？O OHHB,B,B B B B和和和和 与与与与HH的关系的关系的关系的关系有铁心时，有铁心时，有铁心时，有铁心时，所以电感大。，所以电感大。，所以电感大。，所以电感大。解：由于电感解：由于电感解：由于电感解：由于电感 ，空心线圈中介质磁导率，空心线圈中介质磁导率，空心线圈中介质磁导率，空心线圈中介质磁导率为常数为常数为常数为常数 ，而铁心线圈中介质的磁导率，而铁心线圈中介质的磁导率，而铁心线圈中介质的磁导率，而铁心线圈中介质的磁导率 ，大小和线圈电流大小有关，所以铁心大小和线圈电流大小有关，所以铁心大小和线圈电流大小有关，所以铁心大小和线圈电流大小有关，所以铁心线圈电感不是常数。线圈电感不是常数。线圈电感不是常数。线圈电感不是常数。铁心达到饱和时磁导率大大下降，铁心达到饱和时磁导率大大下降，铁心达到饱和时磁导率大大下降，铁心达到饱和时磁导率大大下降，因此电感也减小。因此电感也减小。因此电感也减小。因此电感也减小。2、电压电流关系、电压电流关系根据根据根据根据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：Z Z 是漏磁阻抗是漏磁阻抗是漏磁阻抗是漏磁阻抗设主磁通设主磁通设主磁通设主磁通 根据电磁感应定律根据电磁感应定律根据电磁感应定律根据电磁感应定律有效值有效值有效值有效值 由于线圈电阻由于线圈电阻由于线圈电阻由于线圈电阻 R R 和感抗和感抗和感抗和感抗X X （或漏磁通或漏磁通或漏磁通或漏磁通 ）较小，其）较小，其）较小，其）较小，其电压降也较小，与主磁电动势电压降也较小，与主磁电动势电压降也较小，与主磁电动势电压降也较小，与主磁电动势 E E 相比可忽略，故有相比可忽略，故有相比可忽略，故有相比可忽略，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。U=E 忽略漏阻抗，有忽略漏阻抗，有U4.44 f N m=则则 当当 U、f 一定时，一定时，m 基本不变。基本不变。(2)功率功率视在功率视在功率:S=U I无功功率无功功率:Q=S sin 有功功率有功功率:P=S cos =PCuPFe 铜损耗铜损耗 铁损耗铁损耗=RI2+(PhPe)磁滞损耗磁滞损耗 涡流损耗涡流损耗 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。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.铜损（铜损（铜损（铜损（P Pcucu）在交流铁心线圈中在交流铁心线圈中在交流铁心线圈中在交流铁心线圈中,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 P Pcucu 表示。表示。表示。表示。P Pcucu =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，用功率损耗称铁损，用功率损耗称铁损，用 P PFeFe 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 i（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：磁滞损耗的大小：交变磁化一周在铁心的单位体交变磁化一周在铁心的单位体交变磁化一周在铁心的单位体交变磁化一周在铁心的单位体积内所产生的磁滞损耗能量与磁积内所产生的磁滞损耗能量与磁积内所产生的磁滞损耗能量与磁积内所产生的磁滞损耗能量与磁滞回线所包围的面积成正比。滞回线所包围的面积成正比。滞回线所包围的面积成正比。滞回线所包围的面积成正比。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。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。变压器和选用磁滞回线狭小的磁性材料制作铁心。变压器和选用磁滞回线狭小的磁性材料制作铁心。变压器和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。电机中使用的硅钢等材料的磁滞损耗较低。电机中使用的硅钢等材料的磁滞损耗较低。电机中使用的硅钢等材料的磁滞损耗较低。(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。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：(1)变化变化 f 变化变化 电磁吸力用平均值衡量。电磁吸力用平均值衡量。m 不变不变 Fm 不变。不变。(2)衔铁吸合后衔铁吸合后磁阻磁阻 起动电流起动电流 工作电流。工作电流。4.4.电磁吸力电磁吸力电磁吸力电磁吸力 m 不变不变 磁通势磁通势 励磁电流励磁电流 Of t F fm 平均吸力平均吸力 (1)(1)交流电磁铁的吸力在零与最大值交流电磁铁的吸力在零与最大值交流电磁铁的吸力在零与最大值交流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颤动，之间脉动。衔铁以两倍电源频率在颤动，之间脉动。衔铁以两倍电源频率在颤动，之间脉动。衔铁以两倍电源频率在颤动，引起噪音，同时触点容易损坏。引起噪音，同时触点容易损坏。引起噪音，同时触点容易损坏。引起噪音，同时触点容易损坏。为了消除为了消除为了消除为了消除这种现象，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，其阻碍磁通的变化，在中产生感应电流，其阻碍磁通的变化，在中产生感应电流，其阻碍磁通的变化，在中产生感应电流，其阻碍磁通的变化，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 之间产之间产之间产之间产生相位差，因而两部分的吸力不同时为零，生相位差，因而两部分的吸力不同时为零，生相位差，因而两部分的吸力不同时为零，生相位差，因而两部分的吸力不同时为零，实现消除振动和噪音，如图所示；而直流实现消除振动和噪音，如图所示；而直流实现消除振动和噪音，如图所示；而直流实现消除振动和噪音，如图所示；而直流电磁铁吸力恒定不变；电磁铁吸力恒定不变；电磁铁吸力恒定不变；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)交流电磁铁中交流电磁铁中交流电磁铁中交流电磁铁中,为了减少铁损，铁心由钢片叠为了减少铁损，铁心由钢片叠为了减少铁损，铁心由钢片叠为了减少铁损，铁心由钢片叠成；直流电磁铁的磁通不变，无铁损，铁心用整块软钢成；直流电磁铁的磁通不变，无铁损，铁心用整块软钢成；直流电磁铁的磁通不变，无铁损，铁心用整块软钢成；直流电磁铁的磁通不变，无铁损，铁心用整块软钢制成；制成；制成；制成；(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)在交流电磁铁中，在其吸合过程中，随着磁在交流电磁铁中，在其吸合过程中，随着磁在交流电磁铁中，在其吸合过程中，随着磁在交流电磁铁中，在其吸合过程中，随着磁路气隙的减小，磁阻减小，电流减小。如果衔铁被路气隙的减小，磁阻减小，电流减小。如果衔铁被路气隙的减小，磁阻减小，电流减小。如果衔铁被路气隙的减小，磁阻减小，电流减小。如果衔铁被卡住，通电后衔铁吸合不上，电流较大，将使线圈卡住，通电后衔铁吸合不上，电流较大，将使线圈卡住，通电后衔铁吸合不上，电流较大，将使线圈卡住，通电后衔铁吸合不上，电流较大，将使线圈严重发热甚至烧毁；严重发热甚至烧毁；严重发热甚至烧毁；严重发热甚至烧毁；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：理是：理是：理是：用电磁铁衔铁的动作带动其他机械装置运动，用电磁铁衔铁的动作带动其他机械装置运动，用电磁铁衔铁的动作带动其他机械装置运动，用电磁铁衔铁的动作带动其他机械装置运动，产生机械连动，实现控制要求。产生机械连动，实现控制要求。产生机械连动，实现控制要求。产生机械连动，实现控制要求。应用实例应用实例应用实例应用实例 图示为应用电磁铁图示为应用电磁铁图示为应用电磁铁图示为应用电磁铁实现制动机床或起重机电动机实现制动机床或起重机电动机实现制动机床或起重机电动机实现制动机床或起重机电动机的基本结构，其中电动机和制的基本结构，其中电动机和制的基本结构，其中电动机和制的基本结构，其中电动机和制动轮同轴。原理如下：动轮同轴。原理如下：动轮同轴。原理如下：动轮同轴。原理如下：M3 抱闸抱闸抱闸抱闸制动轮制动轮制动轮制动轮弹弹弹弹簧簧簧簧电电电电磁磁磁磁铁铁铁铁通通通通电电电电电磁铁电磁铁电磁铁电磁铁动作动作动作动作拉开拉开拉开拉开弹簧弹簧弹簧弹簧抱闸抱闸抱闸抱闸提起提起提起提起松开松开松开松开制动轮制动轮制动轮制动轮 电机电机电机电机转动转动转动转动断断断断电电电电电磁铁电磁铁电磁铁电磁铁释放释放释放释放弹簧弹簧弹簧弹簧收缩收缩收缩收缩抱闸抱闸抱闸抱闸抱紧抱紧抱紧抱紧抱紧抱紧抱紧抱紧制动轮制动轮制动轮制动轮 电机电机电机电机制动制动制动制动启动过程：启动过程：启动过程：启动过程：制动过程：制动过程：制动过程：制动过程：例例5.2.1 一个铁心线圈，加上一个铁心线圈，加上12V直流电压时，直流电压时，电流为电流为1A；加上加上110V交流时，电流为交流时，电流为2A，消耗消耗的功率为的功率为88W。求后一种情况线圈的铜损耗、求后一种情况线圈的铜损耗、铁损耗和功率因数。铁损耗和功率因数。解：解：(1)线圈施加直流电压时：线圈施加直流电压时：UIR=121=12(2)线圈施加交流电压时：线圈施加交流电压时：PCu=RI2=1222 W=48 WPFe=PPCu=(8848)W=40W PU Icos =881102=0.4例：例：例：例：如果线圈的铁心由彼此绝缘的钢片在垂直磁场如果线圈的铁心由彼此绝缘的钢片在垂直磁场如果线圈的铁心由彼此绝缘的钢片在垂直磁场如果线圈的铁心由彼此绝缘的钢片在垂直磁场方向叠成，是否也可以？方向叠成，是否也可以？方向叠成，是否也可以？方向叠成，是否也可以？解：解：解：解：不可以。因为绝缘不能不可以。因为绝缘不能不可以。因为绝缘不能不可以。因为绝缘不能隔断涡流，故钢片之间仍有隔断涡流，故钢片之间仍有隔断涡流，故钢片之间仍有隔断涡流，故钢片之间仍有涡流损失，所以不可能减小涡流损失，所以不可能减小涡流损失，所以不可能减小涡流损失，所以不可能减小涡流损失。涡流损失。涡流损失。涡流损失。例：例：例：例：铁心线圈中通有直流电，是否有铁损？铁心线圈中通有直流电，是否有铁损？铁心线圈中通有直流电，是否有铁损？铁心线圈中通有直流电，是否有铁损？解：解：解：解：恒定电流，仅在电阻上产生功率损耗（铜耗）恒定电流，仅在电阻上产生功率损耗（铜耗）恒定电流，仅在电阻上产生功率损耗（铜耗）恒定电流，仅在电阻上产生功率损耗（铜耗）。不存在铁心的磁滞和涡流，故无铁损。不存在铁心的磁滞和涡流，故无铁损。不存在铁心的磁滞和涡流，故无铁损。不存在铁心的磁滞和涡流，故无铁损。例例例例1 1：将一个空心线圈先后接到直流电源和交流电源上，将一个空心线圈先后接到直流电源和交流电源上，将一个空心线圈先后接到直流电源和交流电源上，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入铁心，再接到上述的直流和交然后在这个线圈中插入铁心，再接到上述的直流和交然后在这个线圈中插入铁心，再接到上述的直流和交然后在这个线圈中插入铁心，再接到上述的直流和交流电源上。如果流电源上。如果流电源上。如果流电源上。如果交流电源电压的有效值和直流电源电交流电源电压的有效值和直流电源电交流电源电压的有效值和直流电源电交流电源电压的有效值和直流电源电压相等压相等压相等压相等，在上述四种情况下，试比较通过线圈的电流，在上述四种情况下，试比较通过线圈的电流，在上述四种情况下，试比较通过线圈的电流，在上述四种情况下，试比较通过线圈的电流和功率的大小，并说明其理由。和功率的大小，并说明其理由。和功率的大小，并说明其理由。和功率的大小，并说明其理由。解：解：解：解：对空心线圈：对空心线圈：对空心线圈：对空心线圈：接到直流电源上时，电流接到直流电源上时，电流接到直流电源上时，电流接到直流电源上时，电流 ；接到交流电源上时，接到交流电源上时，接到交流电源上时，接到交流电源上时，。显然显然显然显然 。消耗功率消耗功率消耗功率消耗功率插入铁心后：插入铁心后：插入铁心后：插入铁心后：接到直流电源上，磁通不变化，电流和功率也接到直流电源上，磁通不变化，电流和功率也接到直流电源上，磁通不变化，电流和功率也接到直流电源上，磁通不变化，电流和功率也不变化，即不变化，即不变化，即不变化，即电流大大减小，功率也减小。电流大大减小，功率也减小。电流大大减小，功率也减小。电流大大减小，功率也减小。相应于铁心中能量损耗的等效电阻相应于铁心中能量损耗的等效电阻相应于铁心中能量损耗的等效电阻相应于铁心中能量损耗的等效电阻相应于铁心中能量储放的等效感抗相应于铁心中能量储放的等效感抗相应于铁心中能量储放的等效感抗相应于铁心中能量储放的等效感抗 接到交流电源上：接到交流电源上：接到交流电源上：接到交流电源上：5.2.(1)额定电压一定的交流铁心线圈能否施加大小额定电压一定的交流铁心线圈能否施加大小相同的直流电压？相同的直流电压？【答答】如果给交流铁心线圈施加了与交流电压大小如果给交流铁心线圈施加了与交流电压大小相等的直流电压会把线圈烧毁。相等的直流电压会把线圈烧毁。这是因为交流铁心线圈上施加的交流电压绝大部分被这是因为交流铁心线圈上施加的交流电压绝大部分被感应电动势所平衡（感应电动势所平衡（UE），），漏阻抗上的电压很小，因而漏阻抗上的电压很小，因而励磁电流很小。励磁电流很小。如果是施加同样大小的直流电压，由于线圈中没有感如果是施加同样大小的直流电压，由于线圈中没有感应电动势与之平衡，全部电压降落在线圈本身的电阻上，应电动势与之平衡，全部电压降落在线圈本身的电阻上，该电阻值是很小的，因此将会产生很大的直流励磁电流，该电阻值是很小的，因此将会产生很大的直流励磁电流，使线圈烧毁。如果系统有过流保护装置，此时保护装置将使线圈烧毁。如果系统有过流保护装置，此时保护装置将动作跳闸。动作跳闸。5.1.(2)恒定恒定(直流直流)电流通过电路时会在电阻中产生电流通过电路时会在电阻中产生功率损耗，恒定磁通通过磁路时会不会产生功率损耗？功率损耗，恒定磁通通过磁路时会不会产生功率损耗？【答答】恒定的磁通通过磁路时，不会在磁路中产生恒定的磁通通过磁路时，不会在磁路中产生功率损耗，即直流磁路中没有铁损耗。功率损耗，即直流磁路中没有铁损耗。这是因为铁心损耗包括涡流损耗和磁滞损耗，其中这是因为铁心损耗包括涡流损耗和磁滞损耗，其中涡流损耗是由交流磁场在铁心中感应出的涡流而产生的涡流损耗是由交流磁场在铁心中感应出的涡流而产生的功率损耗，而磁滞损耗是因为铁心被反复磁化时的磁滞功率损耗，而磁滞损耗是因为铁心被反复磁化时的磁滞现象而引起的功率损耗。由于恒定磁通既不会在铁心中现象而引起的功率损耗。由于恒定磁通既不会在铁心中产生涡流又不会使铁心交变磁化，所以恒定磁通通过磁产生涡流又不会使铁心交变磁化，所以恒定磁通通过磁路时不会产生功率损耗。路时不会产生功率损耗。5.2.(2)教材中图教材中图 5.2.1 所示交流铁心线圈，电压的有所示交流铁心线圈，电压的有效值不变，而将铁心的平均长度增加一倍。试问铁心中的效值不变，而将铁心的平均长度增加一倍。试问铁心中的主磁通最大值主磁通最大值m 是否变化（分析时可忽略线圈的漏阻是否变化（分析时可忽略线圈的漏阻抗）？抗）？如果是直流铁心线圈，铁心中的主磁通如果是直流铁心线圈，铁心中的主磁通的大小是否的大小是否变化？变化？U4.44 f Nm=【答答】增加交流铁心的长度是不会改变铁心中的主磁增加交流铁心的长度是不会改变铁心中的主磁通最大值通最大值m的。因为在忽略漏阻抗时，的。因为在忽略漏阻抗时，即即m的与磁路的几何尺寸无关。如果是直流铁心线圈，的与磁路的几何尺寸无关。如果是直流铁心线圈，磁路（铁心）的长度增加一倍，在相同的磁通势作用下，磁路（铁心）的长度增加一倍，在相同的磁通势作用下，由于磁阻增加了，主磁通就要减小。由于磁阻增加了，主磁通就要减小。5.2.(3)两个匝数相同（两个匝数相同（N1=N2）的铁心线圈分别接到的铁心线圈分别接到电压相等（电压相等（U1=U2）而频率不同（而频率不同（f1f2）的两个交流电源的两个交流电源上时，试分析两个线圈中的主磁通上时，试分析两个线圈中的主磁通1m 和和2m 的相对大的相对大小（分析时可忽略线圈的漏阻抗）小（分析时可忽略线圈的漏阻抗）U4.44 f Nm=【答答】根据根据 得知得知1m 2m。单相变压器单相变压器+一次一次绕组绕组N1二次二次绕组绕组N2铁心铁心 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。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。5.3 变压器的工作原理变压器的工作原理(1)空载运行情况空载运行情况1.1.电磁关系电磁关系电磁关系电磁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。+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。(2)带负载运行情况带负载运行情况1.1.电磁关系电磁关系电磁关系电磁关系一次侧接交流电源，一次侧接交流电源，二次侧二次侧接负载接负载接负载接负载。+1 1i1(i1N1)i1i2(i2N2)2有载时，铁心有载时，铁心中主磁通中主磁通 是是由一次、二次由一次、二次绕组磁通势共绕组磁通势共同产生的合成同产生的合成磁通。磁通。2i2+e2+e 2+u2 Z Z 2.2.电压变换电压变换电压变换电压变换（设加正弦交流电压）（设加正弦交流电压）（设加正弦交流电压）（设加正弦交流电压）有效值有效值:同同 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 则则则则变压器变压器变压器变压器 一次、二次侧一次、二次侧一次、二次侧一次、二次侧绕组的电动势之比称绕组的电动势之比称绕组的电动势之比称绕组的电动势之比称为变压器的为变压器的为变压器的为变压器的电压比电压比电压比电压比(1)(1)一次、二次侧主磁通感应电动势一次、二次侧主磁通感应电动势一次、二次侧主磁通感应电动势一次、二次侧主磁通感应电动势根据根据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 R1 和感抗和感抗 X X1 1(或漏磁通或漏磁通)较小较小,其两端其两端的电压也较小的电压也较小,与主磁电动势与主磁电动势 E1 1比较可忽略不计，比较可忽略不计，则则+(2)(2)一次、二次侧电压一次、二次侧电压一次、二次侧电压一次、二次侧电压式中式中式中式中 R R1 1 为为为为一次侧一次侧绕组的电阻绕组的电阻绕组的电阻绕组的电阻;X X1 1=L L 1 1 为为为为一次侧一次侧绕组的感抗绕组的感抗绕组的感抗绕组的感抗(漏磁感抗，由漏漏磁感抗，由漏漏磁感抗，由漏漏磁感抗，由漏磁产生磁产生磁产生磁产生)。（匝比）匝比）匝比）匝比）K K为为为为变比变比变比变比对二次侧，对二次侧，对二次侧，对二次侧，根据根据KVL：结论：改变匝数比，就能改变输出电压。结论：改变匝数比，就能改变输出电压。式中式中式中式中 R R2 2 为为为为二次二次二次二次绕组的电阻绕组的电阻绕组的电阻绕组的电阻;X X2 2=L L 2 2 为为为为二次二次二次二次绕组的感抗；绕组的感抗；绕组的感抗；绕组的感抗；为为为为二次二次二次二次绕组的端电压。绕组的端电压。绕组的端电压。绕组的端电压。变压器空载时变压器空载时变压器空载时变压器空载时:+u u2 2+i i1 1i i2 2+e e2 2+e e 2 2式中式中式中式中U 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。故有故有故有故有 一般取一般取高压绕组的电压与低压绕组的电高压绕组的电压与低压绕组的电 压之比，压之比，规定规定:当当 U1=U1N 时时,U1N U2N即：即：k1U20=U2N 如铭牌上标注如铭牌上标注:电压电压 10000/230V变压器铭牌参数：变压器铭牌参数：额定电压额定电压 U U1N1N、U U2N2N 变压器二次侧开路（空载）时，一次、二次侧变压器二次侧开路（空载）时，一次、二次侧绕组允许的电压值绕组允许的电压值U U1N