电工学少学时第三版第五章变压器

不是常数
※ Rmc、Rm0、 Rm—— 铁心、空气 隙、磁路的磁阻。
右边 = ∑I = N I 磁路欧姆定律:
或 ∑I = F （磁通势） Rm = F 或 F = Rm
磁路中的气隙的影响 因为 1 ＞＞ 0 ，所以 Rm0 ＞＞ Rm1 当F 一定时， 因 Rm0 的存在，使 大大减小。 若要保持 一定，则需增大磁通势 F 。
忽略漏阻抗，有U =－E
则
m=
U 4.44 f N
当 U 、f 一定时， m 基本不变。
(2) 功率 视在功率: 无功功率: 有功功率:
有 线圈电阻损耗pCu 功 磁滞损耗 ph 功 铁损 率 涡流损耗pe
磁滞损耗
涡流损耗
S=UI 铜损耗 Q = S sin 铁损耗 P = S cos = PCu＋PFe = RI2 +( Ph＋Pe )
•变压器的分类
电力变压器 (输配电用)
按用途分
按相数分 按制造方式
仪用变压器 电压互感器 电流互感器 整流变压器 三相变压器
单相变压器 壳式 心式
变压器应用举例
发电厂
1.05万伏 升压 输电线 变电站
22万伏
降压
1万伏
降压
…
降压
实验室
仪器
380 / 220伏
降压
36伏
电磁关系
＋ i1 Φ1
Φ
一. 直流电磁铁：
1.直流铁心线圈电路
直流磁路的特点: I 一定 U一定 （线圈中没有感应电动势） 磁动势 F=IN 一定 绕组或 线圈
＋ U － I
铁 心
衔 铁
R m Rm铁 R m0 A A 0 U 线圈中的电流为： （其值不变） I R 2.电路功率 P UI I 2 R （R 为线圈的电阻）
三. 磁路的欧姆定律 1、磁路：主磁通所经过的闭合路径。 i
u1
线圈
s

u2
铁心
线圈通入电流后，产生磁通，分主磁通 和漏磁通S。
2、磁路的欧姆定律
铁心中： Bc = Bc

Hc = c = c Ac 气隙中：
B0 =
Ac
Φ I ＋ U
c Ac lc 0
A0 l0
H0 = 0 = 0 A0
Φ2
I1 i2 ＋
I2 ＋
＋
ZL U1 － E1 E2
u1 e1 －
e2 u2
－
m 不变
f 平均吸力
O
t
磁通势 →励磁电流
• 起动电流 工作电流。
注意：
如果气隙中有异物卡住，电磁铁长
Φ
i
时间吸不上，线圈中的电流一直很大，
将会导致过热，把线圈烧坏。
u
3. 结构特点 由于电磁铁吸力是脉动的， 会引起衔铁的振动，既会产 生噪音，又会造成机械磨损 降低磁铁的寿命。另，有涡 流产生。所以：
B0 根据全电流定律：
A0
－
∮H dl = ∑I
左边 = Hc lc＋H0 l0 lc l0 lc l0 ＋ =( A ＋ = 0 A0 ) c Ac 0 A0 c c = (Rmc＋Rm0) = Rm lc l0 Rm = Rmc＋Rm0 = A ＋ 0 A0 c c
MQ5系列交流牵引电 磁铁，适用于交流 50/60Hz，额定电压为 380V及以下的电路中， 作为机械设备及自动 化系统中各种操作机 构的远距离控制之用。
TAS系列交流牵引电磁铁，采用硅钢 片，浇注密封线圈，主要适用于交流 50Hz或60Hz,额定电压至415V的电路 中，作为机械设备自动化系统和各种 操作机构的远近距离等控制之用，

f
E = 4.44 f N m E =－j4.44 f NΦm
漏磁通磁路对应的电感 为常数 N L = i 漏感抗（漏电抗） X =ωL = 2 f L U = UR－E －E
漏磁通为线性的
Φ
＋ u － i －e＋

漏阻抗
=－E＋j LI＋RI
=－E＋(R＋j L ) I =－E＋Z I
课时
第一章直流电路 第二章电路的瞬态分析
第三章交流电路 第四章供电与用电 第五章变压器 第六章电动机
8
6
10
8
8
10
4
第七章电气自动控制
共计54学时
第五章 磁路与变压器
几 种 常 见 的 变 压 器
第五章 磁路与变压器
§5.1 磁路 §5.2 电磁铁 §5.3 变压器的工作原理 §5.4 变压器的基本结构 § 5.8 三相变压器 § 5.5 仪用变压器 § 5.6 自耦变压器 § 5.9 绕组的极性
(1) 铁心和衔铁用硅钢片叠成。 (2) 加短路环消除衔铁的振动。
[例5.2.1] 一铁心线圈，加上 12 V 直流电压时，电 流为1 A；加上 110 V 交流电压时，电流为 2 A，消耗的 功率为 88 W。求后一种情况下线圈的铜损耗、铁损耗和 功率因数。 [解] 由直流电压和电流求得线圈的电阻为 U 12 R= = = 12 I 1 由交流电流求得线圈的铜损耗为 PCu = RI2 = 12×22 W = 48 W 由有功功率和铜损耗求得线圈的铁损耗为 PFe = P－PCu = (88 －48) W = 40 W 功率因数为 P 88 = cos = = = 0.4 UI 110×2
H1
L2
H1 L1 H2 L2

H2 B＝f（H）
d
H1L1 H 2 L2 H 0d NI
H0
H0 d
5.2 电磁铁
电磁铁的常见结构形式
衔铁 铁心 铁心
铁心 励磁 线圈
励磁 线圈 铁心
励磁 线圈衔铁
励磁 线圈
衔铁
衔铁
电磁铁的种类： 直流电磁铁、交流电磁铁。
直流电磁铁
MFJ1系列交流阀用电磁 铁为交流单相螺管式，所 有零件都装在铝合金压铸 的外壳内，电磁铁本身没 有复位装置，靠阀体的弹 簧复位。在不接通电流时， 衔铁被阀体推杆推出到额 定行程距离。在通电吸合 后，产生电磁力使阀杆移 动，达到控制油路开闭或 换向的目的。
磁路小结
直流磁路
U I R
(U不变，I不变）
IN Φ Rm
（ 随Rm变化） Φ
交流磁路
U Φm 4.44 fN
（ U不变时，
IN Φ Rm
( I 随 Rm 变化）
Φm 基本不变）
§5.3 变压器的工作原理
•变压器功能： 变电压：电力系统 变电流：电流互感器 变阻抗：电子电路中的阻抗匹配 （如喇叭的输出变压器）
1. 高导磁性
常用磁性材料的磁导率
0 ，r 1
铸钢： ≈1 000 0 硅钢片：≈(6 000 ~ 7 000) 0 坡莫合金： ≈(20 000 ~ 200 000) 0
铁心
主磁通
磁性物质的高导磁性 被广泛应用于变压器 和电机中。
※ 主磁通 漏磁通。
这样的磁场则称为均匀磁场。 磁感应强度B与垂直于磁场方向的面积S的乘积， 称为通过该面积的磁通。
2、磁通
＝BS
的单位：伏•秒，通称为韦[伯] Wb 或麦克斯韦Mx 1Wb＝108Mx
3、磁场强度
磁场强度是计算磁场所用的物理量，其大小为磁 感应强度和导磁率之比。
H
B

H的单位：安／米 的单位：享／米
H B r r 0 0 H B0 或 r 1非磁性材料 r 1磁性材料
二、物质的磁性能
自然界的物质按磁导率分类： 非磁性物质、磁性物质。 非磁性物质：
≈0（ 为常数）
(1) 顺磁物质 例如变压器油和空气： 略大于 0 。 (2) 反磁物质 例如铜和铋： 略小于 0 。 磁性物质的磁性能主要有以下三点: 3. 磁滞性 1. 高导磁性 2. 磁饱和性

I N
磁路与电路对照 I
+
磁路
E
_
U
R 电路
磁通势F 磁通 磁感应强度B 磁阻Rm
电动势E 电流I 电流密度J 电阻R
Rm
l A
l R A
磁路的计算
• 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），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 所需的磁通势F＝NI。
磁通和磁阻成反比 (Φ F ) Rm lc l0
f Φ N S
N
S
3.电磁吸力 衔铁吸合后→磁阻
I 不变
Φ
I
→f
思考：电 思考：吸 磁力的大 合前后磁 小与什么 通是否变 量有关？ 化？
(Φ F
4.电磁铁结构特点：
Rm
)
铁心用整块的铸钢、软钢或纯铁制成圆柱状。？
（因为没有涡流）
二. 交流磁路的分析
学时安排：8节（5月24日至6月7日）
基本要求： 理解磁路欧姆定律，掌握变压器构造、 工作原理以及所具有的特性，了解三相 变压器不同联接方式所体现的变比。
重点： 单相变压器的空载和负载运行原理以及变压、 变流、变换阻抗的特性。 难点： 磁路的欧姆定律，单相变压器的空载和负载运 行原理和特性。
一、磁场的基本物理量
矢量
H 与 B 的区别： (1) H ∝I，与介质的性质无关。 (2) B 与电流的大小和介质的性质均有关。 单位：安/米（A / m）。
4、磁导率 磁导率 是一个用来表示磁场媒质磁性和衡量 物质导磁能力的物理量。
•真空中的磁导率为常数
0 4 10 H / m
7
•一般材料的磁导率 和真空磁导率 0 的比值，称为 该物质的相对磁导率 r
磁滞回线 B
H O
基本磁 化曲线