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1、第8章铁心线圈与变压器8.1磁路的基本概念和定律8.2直流铁心线圈与直流电磁铁8.3交流铁心线圈与交流电磁铁8.4变压器8.5理想变压器的仿真分析8.1磁路的基本概念和定律8.1.1磁场的基本物理量8.1.2磁路的基本定律8.1.3磁性材料的BH曲线8.1.1磁场的基本物理量1.磁感应强度具有外部磁场的物体称为磁体(也称为磁钢或磁铁)。2.磁通在工程上通常用磁力线来形象地描述空间磁场的强弱和方向，磁力线上各点的方向与该点B的方向一致，大小则用磁力线的疏密来表示。3.磁场强度、磁导率表征磁场性质的另一个基本物理量是磁场强度，用H表示。表81各类物质的相对磁导率8.1.1磁场的基本物理量8.1.2
2、磁路的基本定律1.安培环路定律(全电流定律)2.磁路的欧姆定律3.磁路的基尔霍夫定律1.安培环路定律(全电流定律)图8-1环形铁心线圈2.磁路的欧姆定律图8-2有分支的磁路3.磁路的基尔霍夫定律表8-2磁路与电路各量的对应关系8.1.3磁性材料的BH曲线已知磁通密度和磁场强度的关系为B=r0H,不同的磁性材料有不同的r,同一材料当磁通密度不同时r亦不相同。因此，不同的磁性材料有着不同的BH曲线。它是磁性材料最基本的特性，亦称为磁性材料的磁化曲线。8.1.3磁性材料的BH曲线图8-3磁化曲线a铸铁b铸钢c硅钢片8.2直流铁心线圈与直流电磁铁1.直流铁心线圈图8-4是一直流铁心线圈的原理图。2.直
3、流电磁铁直流电磁铁、直流继电器的基本结构如图8-4所示。1)由于励磁电流是直流，磁动势和磁通是恒定的，因而在励磁线圈两端不会产生感应电动势。2)当励磁线圈外加电压U，线圈的电阻为R，则励磁电流为3)由于铁心中的磁通是恒定的，因而在铁心中没有能量损耗(无铁损耗)，直流铁心线圈的功率损耗为4)磁路中储存的磁场能量对衔铁将产生电磁吸力，通电后将使衔铁迅速吸合。8.2直流铁心线圈与直流电磁铁1.直流铁心线圈图8-4直流铁心线圈(电磁铁)原理图2.直流电磁铁直流电磁铁、直流继电器的基本结构主要由静铁心、线圈和衔铁三部分构成，是通过电磁吸力工作的。直流继电器通电吸合后，其动铁心所带动的触点可实现电路的接通
4、或断开；直流电磁铁利用其通电后的电磁吸力可制造成医用的电磁吸盘及电磁起重机等。8.3交流铁心线圈与交流电磁铁8.3.1交流铁心线圈的电磁关系与电压平衡方程式8.3.2交流铁心线圈的功率损耗8.3.3交流电磁铁8.3.1交流铁心线圈的电磁关系与电压平衡方程式线圈加交变电压u，则线圈中产生了交变电流i及与之相应的交变磁动势。和直流磁动势一样，交变的磁动势也要产生两种磁通：主磁通和漏磁通 。但它们都是交变的。两种交变磁通在线圈中又分别产生了交变电动势e和e 。8.3.1交流铁心线圈的电磁关系与电压平衡方程式图8-5交流铁心线圈8.3.2交流铁心线圈的功率损耗图8-6涡流的形成和抑制8.3.3交流电磁
5、铁1)吸力f是交变的，为防止颤动，铁心要嵌加分磁短路环。2)当外加电压的有效值不变时，主磁通的最大值也几乎不变。3)交流电磁铁的铁心和衔铁是用硅钢片叠装而成，目的是减少磁滞和涡流损耗。8.3.3交流电磁铁图8-7交流电磁铁的吸力8.3.3交流电磁铁8.4变压器8.4.1变压器的分类和构造8.4.2变压器的额定值8.4.3变压器的工作原理8.4.4变压器的损耗与效率8.4.5其他类型变压器简介8.4.1变压器的分类和构造1.分类变压器可以按用途、绕组数目、相数、冷却方式分别进行分类。2.构造变压器主要由铁心和绕组两大部分构成。1.分类按用途分类：电力变压器、互感器、特殊用途变压器。按绕组数目分类
6、：双绕组变压器、三绕组变压器、自耦变压器。按相数分类：单相变压器、三相变压器。按冷却方式分类：干式变压器、油浸变压器。2.构造图8-9单相变压器外形a)心式变压器b)壳式变压器1铁心2绕组8.4.2变压器的额定值(1)额定容量SN它也是变压器的视在功率。(2)一次侧、二次侧额定电压U1N、U2N规定二次侧额定电压U2N是当变压器一次侧外加额定电压U1N时二次侧的空载电压。(3)一次侧、二次侧额定电流I1N、I2N对于三相变压器，额定电流指线电流。(4)额定频率f我国电网频率f=50Hz。(5)额定运行时绕组温升油浸变压器的线圈温升限值为65K。8.4.3变压器的工作原理1.变压器的空载运行为方
7、便计，我们先来分析变压器的空载运行情况。2.变压器的负载运行变压器二次绕组接上负载的运行状态就叫变压器的负载运行状态，如图8-11所示。3.变压器的功能1.变压器的空载运行图8-10变压器的空载运行2.变压器的负载运行图8-11变压器的负载运行3.变压器的功能(1)电压变换(2)电流变换(3)阻抗变换(1)电压变换一、二次侧两边的电压之比近似地等于其匝数之比。实际上当正常负载运行时仍然成立，即电压之比近似地等于匝数之比，这就是变压器变换电压的功能。(2)电流变换图8-12参数集中的变压器电路(3)阻抗变换图8-13变压器的阻抗变换8.4.4变压器的损耗与效率由于电流的大小和负载有关，负载变化时
8、铜损耗的大小也要相应变化，因此铜损耗又称可变损耗。变压器正常工作时，一次电压的有效值大小是不变的，因此主磁通最大值的大小也不变，从而铁损耗也基本不变，所以铁损耗又称不变损耗。8.4.5其他类型变压器简介1.三相变压器电能的发生、传输和分配都是用三相制的，三相电压的变换在电力系统中占据着特殊重要的地位。2.自耦变压器这种变压器只有一个绕组，二次绕组是一次绕组的一部分，因此它的特点是一、二次绕组之间不仅有磁的联系，电的方面也是连通的。3.电流互感器 电流互感器用来测量交流大电流或进行交流高电压下电流的测量，它是根据变压器的变流原理制成的。8.4.5其他类型变压器简介图8-15三相心式变压器的构造原
9、理1低压绕组2高压绕组3铁心柱4磁轭1.三相变压器(1)三相变压器的原理结构和联结法三相心式变压器的构造原理如图8-15所示，它是由三根铁心柱和三组高低压绕组等组成。(2)联结组单相变压器的高低压绕组都绕在同一个铁心柱上，它们被同一个主磁通所交链。(1)三相变压器的原理结构和联结法表8-3变压器绕组的首端和末端标志图8-16三相绕组的星形、三角形联结a)星形联结b)星形联结中性点引出c)三角形逆联d)三角形顺联(2)联结组图8-17单相变压器两绕组同绕向(2)联结组图8-18单相变压器两绕组反绕向(2)联结组图8-19Yy0联结组(2)联结组图8-20Yd11联结组2.自耦变压器图8-自耦变压器2.自耦变压器图8-22自耦变压器原理图3.电流互感器图8-23电流互感器a)原理图b)电路符号c)测流钳8.5理想变压器的仿真分析可以用EDA软件对理想变压器进行仿真分析。对例8-7进行分析。取变压器的变比为10,分别将信号源通过变压器带负载和不通过变压器直接带负载进行仿真，仿真图如图8-24和图8-25所示。由仿真结果可知，通过变压器的阻抗变换，实现了负载阻抗与信号源阻抗的匹配，在负载上得到大电流和大电压，从而得到大的输出功率。8.5理想变压器的仿真分析图8-24信号源通过变压器带负载8.5理想变压器的仿真分析图8-25信号源直接带负载
