电工学简明教程三版课件.ppt

1、 高高 等等 教教 育育 出出 版版 社社高等教育电子音像出版社高等教育电子音像出版社 高高 等等 教教 育育 出出 版版 社社高等教育电子音像出版社高等教育电子音像出版社第第 3 3 章磁路与变压器章磁路与变压器3.13.1磁路及其分析方法磁路及其分析方法3.23.2交流铁心线圈电路交流铁心线圈电路3.33.3变压器变压器3.43.4电磁铁电磁铁 高高 等等 教教 育育 出出 版版 社社高等教育电子音像出版社高等教育电子音像出版社3.13.1磁路及其分析方法磁路及其分析方法3.1.13.1.1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 B B 矢量单位：矢量单位：T T

2、均匀磁场均匀磁场 磁场内各点的磁场内各点的 B B 大小相等，方向相同大小相等，方向相同。(2)(2)磁通磁通 标量单位：标量单位：WbWb对于均匀磁场对于均匀磁场 =B S=B S(3)(3)磁导率磁导率 真空磁导率真空磁导率 0 0=4=4 10 10 7 7 H/m H/m(亨亨/米米)相对磁导率相对磁导率 r r=/0 0对于铁磁材料对于铁磁材料 r r=10=102 2 10105 5(4)(4)磁场强度磁场强度 H H 矢量矢量 定义定义H H=B B/单位：单位：A/m(A/m(安安/米米)高高 等等 教教 育育 出出 版版 社社高等教育电子音像出版社高等教育电子音像出版社3.1

3、.23.1.2磁性材料的磁性能磁性材料的磁性能(1)(1)高导磁性高导磁性在外磁场的作用下，磁性物质被强烈在外磁场的作用下，磁性物质被强烈 磁化而呈现出很强的磁性。磁化而呈现出很强的磁性。H Hm mH Hm mB Br rHHC CBH(2)(2)磁滞性磁滞性 B B 的变化落后于的变化落后于 H H。剩磁剩磁矫顽力矫顽力 高高 等等 教教 育育 出出 版版 社社高等教育电子音像出版社高等教育电子音像出版社(3)(3)磁饱和性磁饱和性H H 增加，增加，B B 增加很小的现象。增加很小的现象。H Hm mH Hm mB Br rH HC CBHB B-H H -H Hb bc cBH a a

4、a a、c c 段段 值大、过值大、过 c c 点出现饱和点出现饱和3.1.23.1.2磁性材料的磁性能磁性材料的磁性能 高高 等等 教教 育育 出出 版版 社社高等教育电子音像出版社高等教育电子音像出版社3.1.33.1.3磁路的分析方法磁路的分析方法磁路是研究局限于一定范围内的磁场问题。磁路与磁路是研究局限于一定范围内的磁场问题。磁路与电路一样，也是电工学课程所研究的基本对象。电路一样，也是电工学课程所研究的基本对象。I 主磁通主磁通 漏磁通漏磁通铁心铁心线圈线圈磁路：磁通相对集中通过的路径。磁路：磁通相对集中通过的路径。高高 等等 教教 育育 出出 版版 社社高等教育电子音像出版社高等教

5、育电子音像出版社(1)(1)磁通连续性原理磁通连续性原理0d SSB通过任意闭合面的磁通量通过任意闭合面的磁通量 总为总为 0 0。即穿入闭。即穿入闭合面的磁感线，必同时穿出该闭合面。合面的磁感线，必同时穿出该闭合面。(2)(2)安培环路定律安培环路定律 lIlH dI1I2I3 磁场强度沿任意闭合路径的线积分，磁场强度沿任意闭合路径的线积分，等于穿过该闭合路径所包围的电流的代数等于穿过该闭合路径所包围的电流的代数和。和。321dIIIl lH3.1.33.1.3磁路的分析方法磁路的分析方法 高高 等等 教教 育育 出出 版版 社社高等教育电子音像出版社高等教育电子音像出版社(3)(3)磁路的

6、欧姆定律磁路的欧姆定律lNui+根据根据 lIlH d得得H lH l=N IN I磁通势：磁通势：F F=N IN I(单位单位：安安)磁压降：磁压降：H lH l mRFSlNIHllSSHSB 磁路欧姆定律：磁路欧姆定律：mRF 磁路为不同材料组成时磁路为不同材料组成时 )(2211HllHlHNI磁路磁阻：磁路磁阻：R Rm mSlR m 高高 等等 教教 育育 出出 版版 社社高等教育电子音像出版社高等教育电子音像出版社3.23.2交流铁心线圈电路交流铁心线圈电路3.2.1 3.2.1 感应电动势与磁通的关系感应电动势与磁通的关系 Nui ee +设：设：=m msinsin t t

7、ddeNt ddeNt e=e=N N m mcoscos t t=E Em msin(sin(t t 9090)E Em m=N N m m=2 2 f f N N m m=2 2 f f NBNBm mS S 感应电动势的有效值：感应电动势的有效值：mmm44.4222 NfNfEE 高高 等等 教教 育育 出出 版版 社社高等教育电子音像出版社高等教育电子音像出版社3.2.2 3.2.2 外加电压与磁通的关外加电压与磁通的关系系 Nui ee +u uF Fm m=iN iN u uR R =iRiR (主磁通主磁通)tNedd (漏磁通漏磁通)tNedd 由由 KVLKVL：u u=i

8、R iR e e e e 因为因为 R R 和和 e e 很小很小所以所以u u e eU U 的有效值的有效值U U E E=4.44 4.44 f f N N m mU U=4.44 4.44 f NBf NBm mS S 高高 等等 教教 育育 出出 版版 社社高等教育电子音像出版社高等教育电子音像出版社3.2.3 3.2.3 功率损功率损耗耗 Ni e +u+e+(1)(1)磁滞损耗磁滞损耗铁心反复磁化时所消耗的铁心反复磁化时所消耗的功率。功率。(2)(2)涡流损耗涡流损耗 在铁心中产生的感应电流而在铁心中产生的感应电流而引起的损耗。引起的损耗。(3)(3)铁心损耗铁心损耗铁心损耗铁心

9、损耗 =磁滞损耗磁滞损耗 +涡流损耗涡流损耗 (4)(4)铜损耗铜损耗线圈电阻产生的损耗线圈电阻产生的损耗P PCuCu =I I2 2R R 高高 等等 教教 育育 出出 版版 社社高等教育电子音像出版社高等教育电子音像出版社3.33.3变压器变压器3.3.13.3.1变压器的工作原理变压器的工作原理(1)(1)变压器的分类变压器的分类按用途分按用途分：电力变压器，特种用途变压器。电力变压器，特种用途变压器。按相数分按相数分：单相、三相和多相变压器。单相、三相和多相变压器。按绕组数分按绕组数分：双绕组、多绕组及自耦变压器。双绕组、多绕组及自耦变压器。(2)(2)变压器的结构变压器的结构变压器

10、铁心变压器铁心：硅钢片叠压而成。硅钢片叠压而成。变压器绕组变压器绕组：高强度漆包线绕制而成。高强度漆包线绕制而成。其他部件其他部件：油箱、冷却装置、保护装置等。油箱、冷却装置、保护装置等。高高 等等 教教 育育 出出 版版 社社高等教育电子音像出版社高等教育电子音像出版社变压器铁心变压器铁心：硅钢片叠压而成。硅钢片叠压而成。变压器绕组变压器绕组：高强度漆包线绕制而成。高强度漆包线绕制而成。其他部件其他部件：油箱、冷却装置、保护装置等。油箱、冷却装置、保护装置等。铁心铁心线圈线圈壳式变压器壳式变压器心式变压器心式变压器铁心铁心线圈线圈(2)(2)变压器的结构变压器的结构 高高 等等 教教 育育

11、出出 版版 社社高等教育电子音像出版社高等教育电子音像出版社 1 1N N1 1i1一次绕组一次绕组二次绕组二次绕组(3)(3)变压器的工作原理变压器的工作原理u1+e1+e 1+N2e2u20SZLi2+11ddeNt 111ddeNt tNedd22 变压器符号变压器符号U1U2u1u2 高高 等等 教教 育育 出出 版版 社社高等教育电子音像出版社高等教育电子音像出版社u u1 1 i i1 1(i i1 1N N1 1)1 1 e e 1 1 e e1 1i i2 2(i i2 2N N2 2 )2 2 e e 2 2e e2 2S|Z|1N1N2 i1e2u2e1u1e 1 2i2+

12、e 2+(3)(3)变压器的工作原理变压器的工作原理 高高 等等 教教 育育 出出 版版 社社高等教育电子音像出版社高等教育电子音像出版社 1N1N2 I0E2 U20E1 U1 E 1+电压变换电压变换变压器空载：变压器空载：01111IREEU 11UE E E1 1 =4.44 4.44 f Nf N1 1 m m202UE E E2 2 =4.44 4.44 f Nf N2 2 m m11202UEUE 111m12022m24.444.44UEfNNUEfNN 结论结论U1U20=KN1N2 变比变比 高高 等等 教教 育育 出出 版版 社社高等教育电子音像出版社高等教育电子音像出版

13、社 电流变换电流变换SZLN1N2 I1E2 U2 E1 U1 E 1 I2+E 2+N N1 1I I1 1=N=N2 2 I I2 2(I0 小小)结论结论产生主磁通产生主磁通 的磁通势的磁通势有效值有效值I I0 0=I I1N 1N(2.5(2.5 5)5)变压器接负载：变压器接负载：012211INININ 02211 ININ2211ININ KNNII11221 高高 等等 教教 育育 出出 版版 社社高等教育电子音像出版社高等教育电子音像出版社 阻抗变换阻抗变换I2KZLU2U1I1Z0E+结论结论ZL可利用变压器进行阻抗匹配可利用变压器进行阻抗匹配1221212212221(

14、)NUUNNUNINIIN LL1212 UUZZII ，LL212()NZZN 第第1章章 电路及其分析方法电路及其分析方法THANK YOUSUCCESS2023-5-21可编辑 高高 等等 教教 育育 出出 版版 社社高等教育电子音像出版社高等教育电子音像出版社(4)(4)变压器的铭牌数据变压器的铭牌数据 额定容量额定容量 S SN N三相变压器三相变压器SN=U1NI1N=U2NI2N单相变压器单相变压器S SN N=U U1N1NI I1N 1N=U U2N2NI I2N 2N 额定电压额定电压 U U1N1N 和和 U U2N2NU U2N2N 应比满载运行时的输出电压应比满载运行

15、时的输出电压 U U2 2 高出高出 5%5%10%10%。额定电流额定电流 I I1N1N 和和 I I2N 2N 允许通过的最大电流。允许通过的最大电流。额定频率额定频率 f fN N 高高 等等 教教 育育 出出 版版 社社高等教育电子音像出版社高等教育电子音像出版社 例例 11有一台额定容量有一台额定容量 50 kV50 kV A A、额定电压、额定电压 3300/220 3300/220 V V 的变压器，高压绕组为的变压器，高压绕组为 6000 6000 匝，试求：匝，试求：(1 1)低压绕组匝数低压绕组匝数；(2 2)高压边高压边 低压边额定电流；低压边额定电流；(3 3)当一次

16、侧保持额定电压不当一次侧保持额定电压不变，二次侧达到额定电流，输出功率变，二次侧达到额定电流，输出功率 9 kW9 kW，coscos =0.8=0.8 时时的二次侧端电压的二次侧端电压 U U2 2。解解(1 1)21N2N1NNUU 40033002206000N1N212 UUNN(2 2)A1.15A3300105031NNN1 USII2N=K I1N=600040015.1 A=226.5 A(3 3)P P=U U2 2I I2N2Ncos cos PI2N cos U2=39 103227 0.8=V=215 V 高高 等等 教教 育育 出出 版版 社社高等教育电子音像出版社高

17、等教育电子音像出版社I2KRLU2U1I1R0E+例例 2 2如图所示，交流信号源如图所示，交流信号源 E E=120 V=120 V，内阻内阻 R R0 0=800 800 ，负载负载 R RL L=8 =8 。(1)(1)当当 R RL L 折算到一次侧的等效电阻折算到一次侧的等效电阻 R R L L =R R0 0 时，求变压器的匝数和信号源的输出功率；时，求变压器的匝数和信号源的输出功率；(2)(2)当将当将负载直接与信号源连接时，信号源输出多大功率？负载直接与信号源连接时，信号源输出多大功率？解解 RL108800 1LL21 RRNN)(22L0L120800 W4.5 W8008

18、00EPRRR (2 2)22L0L1208 W0.176 W8008EPRRR 高高 等等 教教 育育 出出 版版 社社高等教育电子音像出版社高等教育电子音像出版社3.3.23.3.2变压器的外特性变压器的外特性coscos =0.8=0.8coscos =1=10 0U U2 2I I2 2 外特性外特性 U U2 2 =f=f(I I2 2)电压变化率电压变化率U20 U2U20 U%=100%U U2020I I2N2NI2KRLU2U1I1RiUs+高高 等等 教教 育育 出出 版版 社社高等教育电子音像出版社高等教育电子音像出版社3.3.33.3.3变压器的损耗与效率变压器的损耗与

19、效率(1)(1)损耗损耗 P P=P PCuCu+P PFeFe铜损铜损222211CuIRIRP 铁损铁损 P PFe Fe 与与 B Bm m 有关有关(2)(2)效率效率%100%100FeCu2212 PPPPPP =(90=(90 99)%99)%高高 等等 教教 育育 出出 版版 社社高等教育电子音像出版社高等教育电子音像出版社3.3.43.3.4特殊变压器特殊变压器U1N1N2Z ZL LU2+U1 N1N2 U2ZLI1 I2 I+(1)(1)自耦变压器自耦变压器KNNUU 2121KNNII11221 21III 高高 等等 教教 育育 出出 版版 社社高等教育电子音像出版社

20、高等教育电子音像出版社(2)(2)电流互感器电流互感器KNNII11221 N1N2负载负载Ai1i22121INNI 用来扩大测量交流电流的量程用来扩大测量交流电流的量程注意：测量时二次绕组电路不允许开路。注意：测量时二次绕组电路不允许开路。3.3.43.3.4特殊变压器特殊变压器 高高 等等 教教 育育 出出 版版 社社高等教育电子音像出版社高等教育电子音像出版社3.3.53.3.5变压器绕组的极性变压器绕组的极性1234ii 1 2同名端同名端(1)(1)同名端同名端感应电动势的同极性端感应电动势的同极性端+e1e21234 高高 等等 教教 育育 出出 版版 社社高等教育电子音像出版社

21、高等教育电子音像出版社2 2 与与 3 3 相连，相连，两个两个 1 1 的方向相同的方向相同u =eu =e1 1 e e1 1+R+R1 1i+i+R R1 1i i=2 2e e1 1+2 2R R1 1i i2 2 与与 4 4 相连，相连，两个两个 1 1 的方向相反的方向相反u=eu=e1 1+e+e1 1+R+R1 1i+Ri+R1 1i=i=2 2R R1 1i i正确连接方法正确连接方法，u u 加在加在 1 1、4 4 端端错误连接方法错误连接方法，u u 加在加在 1 1、3 3 端端产生很大电流，不允许产生很大电流，不允许(2)(2)绕组的连接绕组的连接1234ii 1

22、 1e1e1+1234ii 1 1e1e1+高高 等等 教教 育育 出出 版版 社社高等教育电子音像出版社高等教育电子音像出版社3.43.4电磁铁电磁铁衔铁衔铁铁心铁心铁心铁心线圈线圈线圈线圈衔铁衔铁结构结构 ：线圈、铁心、衔铁：线圈、铁心、衔铁利用电磁力实现某一机械发生动作的电磁元件。利用电磁力实现某一机械发生动作的电磁元件。高高 等等 教教 育育 出出 版版 社社高等教育电子音像出版社高等教育电子音像出版社3.4.1 3.4.1 直流电磁直流电磁铁铁 F FB B0 0 结论：吸力变大！结论：吸力变大！通入直流，无铁损，铁心用整块的铸钢、软钢。通入直流，无铁损，铁心用整块的铸钢、软钢。(1

23、)(1)电磁吸力电磁吸力0207810SBF (2)(2)吸合前后的电磁吸力变化情况吸合前后的电磁吸力变化情况对电流对电流U U=IR U IR U 不变时，不变时，I I 不变不变磁通势磁通势F Fm m=ININ=U Um m=R Rm m，也不变也不变吸合吸合前前R Rm m=R Rm0m0 +R+Rm1m1后后R Rm m=R Rm1m1所以在吸合后所以在吸合后 S S 不变不变 高高 等等 教教 育育 出出 版版 社社高等教育电子音像出版社高等教育电子音像出版社(1)(1)平均电磁吸力平均电磁吸力铁心由硅钢片叠成；铁心由硅钢片叠成；有分磁环。有分磁环。3.4.2 3.4.2 交流电磁

24、交流电磁铁铁02m71610SBF (2 2)吸合前后的电磁吸力吸合前后的电磁吸力 不变不变根据根据 U U=4.44 4.44 f N f N m m当当 U U，f f，N N 不变不变，m m不变不变 B Bm m 不变不变 吸力吸力 F F 不变。不变。磁通势磁通势 F Fm m=i Ni N=U Um m=R Rm m前前R Rm m=R Rm0m0 +R+Rm1m1后后R Rm m=R Rm1m1吸合吸合所以在吸合过程中所以在吸合过程中，吸力不变吸力不变，励磁电流由大变小励磁电流由大变小大大 i Ni N 有效值有效值 I I 大大 小小 i Ni N 有效值有效值 I I 小小

25、高高 等等 教教 育育 出出 版版 社社高等教育电子音像出版社高等教育电子音像出版社t t，F FF F 1铁心铁心电磁吸力电磁吸力由于由于 1 1 与与 2 2 之间出现了相位差，合成磁通所产生之间出现了相位差，合成磁通所产生的电磁吸力就不会为零。的电磁吸力就不会为零。磁通为零，磁通为零，吸力也为零吸力也为零 2短路铜环短路铜环(3 3)分磁环结构分磁环结构 高高 等等 教教 育育 出出 版版 社社高等教育电子音像出版社高等教育电子音像出版社 例例 11把一台把一台 50 Hz50 Hz、380 V 380 V 的交流电磁铁接在的交流电磁铁接在 50 Hz50 Hz、220 V 220 V

26、的交流电源上，会出现什么问题？怎样解决？的交流电源上，会出现什么问题？怎样解决？解解 根据根据U U 4.44 4.44 f Nf N m mU U m m F F 吸力不足吸力不足减少减少 N N解决方法解决方法 高高 等等 教教 育育 出出 版版 社社高等教育电子音像出版社高等教育电子音像出版社 例例 22一台单相变压器，一次侧为两个绕组，额定电一台单相变压器，一次侧为两个绕组，额定电压均为压均为 110 V110 V，试问电源电压为，试问电源电压为 220 V 220 V 时，如何连接？电时，如何连接？电源电压为源电压为 110 V 110 V 时，如何连接？时，如何连接？解解 电源电压为电源电压为 220 V220 V电源电压为电源电压为 110 V110 V12341234+u u 1234+u u 高高 等等 教教 育育 出出 版版 社社高等教育电子音像出版社高等教育电子音像出版社电磁铁应用一例电磁铁应用一例M M3 3抱闸抱闸电磁铁电磁铁制动轮制动轮弹簧弹簧 高高 等等 教教 育育 出出 版版 社社高等教育电子音像出版社高等教育电子音像出版社M3M3抱闸抱闸电磁铁电磁铁制动轮制动轮弹簧弹簧电磁铁应用一例电磁铁应用一例第第1章章 电路及其分析方法电路及其分析方法THANK YOUSUCCESS2023-5-21可编辑