课题：模块三磁路与变压器
3.1磁场的性质与分析方法
课时安排：2课时
授课类型：讲授型新课
授课方式：讲授法
教学目标：1．知道磁场的基本特性是对处在它里面的磁极或电流有磁场力的作用．2．知道磁极和磁极之间、磁极和电流之间、电流和电流之间都是通过磁场发生相互作用的．3．知道什么叫磁感线．4．知道条形磁铁、蹄形磁铁、直线电流、环形电流和通电螺线管的磁感线分布情况．5．会用安培定则判定直线电流、环形电流和通电螺线管的磁场方向．
教学重点：（1）理解用场的基本性质一一力的作用和方向性．（2）掌握安培定则及常见几种磁场的磁感线分布．（3）磁场的空间分布与磁感线的对应联系．
教学难点：磁场的空间分布与磁感线的对应联系
引入新课：
我国是世界上最早发现磁现象的国家．早在战国末年就有磁铁的记载．我国古代的四大发明之一的指南针就是其中之一，指南针的发
明为世界的航海业作出了
巨大的贡献．在现代生活
中，利用磁场的仪器或工具随处可见，如我们将
要学习的电流表、质谱仪、回旋加速器等等．进
人21世纪后，科技的发展突飞猛进、一日千里，作为新世纪的主人，肩负着民族振兴的重任，希望同学们勤奋学习，为攀登科学高峰打好扎实的基础．今天，我们首先认识磁场．
（二）新课教学：
1、磁场的产生：演示：在玻璃板上放两辆小车，小车上各放置一条形磁铁，通过演示实验1察到，磁体
同名磁极相斥，异名磁极相吸，且不需要
接触就可以发生力的作用，显然这一力是
场力，但磁不带电，不存在电场，它就是
另一种场一一磁场。体周围存在着磁场，
常见的条形磁铁、蹄形磁铁周围都存在着磁场．除磁体周围有磁场外，丹麦物理学家奥斯特首先发现电流周围也存在着磁场．观察演示实验2出，当通人电流时，小四针转动，说明电流周围也有磁场．磁极与磁极之间、电流与磁极之间、电流与电流之间通过演示实验看出都会发生相互作用，这种作用都是通过磁场这种特殊物质发生作用的．
2、磁场的性质在磁铁周围的不同由放置一些小磁针，发现小磁针静时，指向各不相如图 3 所示，这表明磁场中不同位置力的作用方向不同，因此磁场具有方向性．与电场对比．在电场中，我们利用检验电荷的受力情来反映电场的方向性，规定正电荷受的电场力方向为电场方向。
在磁场中，我们利用小磁针来规定磁场的方向，规定在磁场中的任意一点小磁针北极受力的方向亦即小磁针静止时北极所指的方向，就是那一点的磁场方向．
3、磁感线为了形象地反映电场的方向性，我们引进了电场线的概念．同理，在研究磁场时，我们引进磁感线来反映磁场的方
向性，磁感线是一些有方向的曲线，在这些曲线上，每一点的切线方向都跟该点的磁场方向相同（即为小磁针的北极指向），利用磁感线，我们就可以比较直观描述磁场的方向性．
不同的磁场，磁感线的空间分布是不一样
的，常见的磁场的磁感线空间分布情况如下：
演示：（l）条形磁铁的磁场
取一块玻璃板，在其上面撒上碎铁屑，
下面放条形磁铁，轻轻敲击玻璃板，碎铁屑等
效于无数个小磁针，形象地显现出磁场的方向，即为磁感线的平面分布情况，所以条形磁铁的磁感线分布如图4。
（2）、蹄形磁铁的磁场：（图5）（3）、直线电流的磁场：（图6）（4）、环形电流的磁场：（图7）：
（5）、通电螺线管的磁场：（图8）
（6）磁感线的特点：
①磁感线是不存在不相交的闭合曲线。
②磁感线某点的切线方向表示该点的磁场方向。
③磁感线的疏密表示磁场的强弱。
4、安培定则：（1）直线电流：用右手握住导线，让大拇指所指的方向跟电流的方向一致，弯曲的四指所指的方向就是磁感线的环绕方向。如图9所示。
（2）环形电流：让右手弯曲的四指和环形电流的方向一致，伸直的大拇指所指的方向就是环形导线中心轴线上磁感线的方向。如图10所示。
（3）通电螺线管：用右手握住通电螺线管，让弯曲的四指所指的方向跟电流的方向一致，大拇指所指的方向就是螺线管内部磁感线的方向。如图8所示。
小结：
1、磁体周围、电流周围都有磁场，磁场是物质存在的一种形式，其性质是对放入其中的电流和磁体有力的作用。
2、磁场是有方向的，可用磁感线直观形象的反映磁场的方向，须注意磁感线是假象的曲线。
3、通电螺线管内部的磁感线是平行轴线分布的，其外部磁感线由N极出发至S极，其内部是由S极重新回到N极的闭合曲线，所以螺线管内部磁感线最密、磁场最强。
课题：模块三磁路与变压器
3.2认识磁路
课时安排：2课时
授课类型：讲授型新课
授课方式：讲授法
教学目标：
1. 磁场的基本知识，磁场、磁力线、磁感应强度、磁通、磁场
强度的基本概念
2. 电流的磁效应和安培定则，电磁力和左手定则
3. 理解电磁感应现象和电磁感应定律，楞次定律和右手定则
教学重点：1. 磁场的基本知识，磁场、磁力线、磁感应强度、磁通、磁场强度的基本概念
2. 电流的磁效应和安培定则，电磁力和左手定则
教学难点：理解电磁感应现象和电磁感应定律，楞次定律和右手定则
变化的电流能产生磁场，磁场在一定条件下又能产生电流，二者密不可分，许多电气设备的工作原理是基于电磁的相互作用，如变压器、电机、电磁铁、电工测量仪表以及其他各种铁磁元件，不仅有电路的问题，同时还有磁路的问题。只有同时掌握了电路和磁路的基本理论，才能对各种电工设备的工作原理作全面的分析。
与流经电路中的电流同理，流经磁路的磁通也遵循一定的规律，如磁路的欧姆定律等。磁路问题是局限于一定路径内的磁场问题，因此磁场的各个基本物理量也适用于磁路。磁路主要是由具有良好导磁能力的材料构成的，因此本章我们将对这种导磁材料的磁性能加以讨论。
磁路和电路是相关联的，因此本章我们还将研究磁路和电路的关系以及磁和电的关系。
通过以上的基本概念学习后，我们会对分析与计算磁路的基本方法加以讨论，最后，会讨论变压器及电磁铁等应用实例。
磁路的基本概念
为了更好地理解磁场的基本性质，掌握磁场的特性，我们可用下列几个在物理学中学过的基本物理量来表示，对此我们做一复习。
磁场的基本物理量
1．磁感应强度B
磁感应强度是用来描述磁场内某点磁场强弱和方向的物理量，是一个矢量。它与电流（电流产生磁场）之间的方向关系满足右手螺旋定则，其大小可用通电导体在磁场中某点受到的电磁力与导体中的电流和导体的有效长度的乘积的比值，来表示该点磁场的性质，并称作该点磁感应强度B 。其数学式为：
F B lI
= 在SI 制中，B 的单位是特斯拉，简称特（T ）；以前也常用电磁制单位高斯（Gs ）。两者的关系是
1T=104Gs
如果磁场内各点磁感应强度B 的大小相等，方向相同，则称为均匀磁场。在均匀磁场中，B 的大小可用通过垂直于磁场方向的单位截面上的磁力线来表示。
由上式可知，一载流导体在磁场中受电磁力气作用，如图3-1所示。电磁力的大小F 与磁感应强度B 、电流I 、垂直于磁场的导体有效长度L 成正比。其数学式为
αsin BIL F = （4-1）
式中，α为磁场与导体的夹角；B 、F 、I 三者的方向由左手定则确定。
若 90=α，则 BIL F =
（4-2） 2．磁通Φ
磁感应强度B （如果不是均匀磁场，则取B 的平均值）与垂直于磁场方向的面积S 乘积称为该面积的磁通Φ，即
BS =Φ （4-3） 可见，磁感应强度在数值上可以看成为与磁场方向相垂直的单位面积所通过的磁通，故又称为磁通密度。
在SI 制中，Φ的单位是韦伯，简称韦（Wb ）；在工程上有时用电磁制单位麦克斯韦（Mx ）。两者的关系是
1Wb =108Mx
3．磁导率μ
磁导率μ是表示磁场媒质磁性的物理量，也就是用来衡量物质导磁能力的物理量。它与磁场强度的乘积就等于磁感应强度，即
H B μ= （4-4） 直导体通电后，在周围产生磁场，在导体附近X 点处的磁感应强度X B 与导体中的电流I 、X 点所处的空间几何位置及磁介质的磁导率μ有关。其数学式为 2X X I B H r μμπ==
由（3-4）可见，磁场内某一点的磁场强度H 只与电流大小以及该点的几何位置有关，而与磁场媒质的磁性（μ）无关，就是说在一定电流值下，同一点的磁场强度不因磁场媒质的不同而有异。但磁感应强度是与磁场媒质的磁性有关的。当线圈内的媒质不同时，则磁导率μ不同，在同样电流下，同一点的磁感应强度的大小就不同，线圈内的磁通也就不同了。
自然界的物质，就导磁性能而言，可分为铁磁物质(1r μ )和非铁磁物质(1r μ≤)两大类。非铁磁物质和空气的磁导率与真空磁导率0μ很接近，70104-?=πμH/m 。
任意一种物质磁导率μ和真空的磁导率0μ的比值，称为该物质的相对磁导率
r μ，即
00r r
H B H B μμμμμμ?=
????==?? （4—5） 在SI 制中，单位是亨/米（H/m ）
上式表示相对磁导率就是当磁场媒质是某种物质时某点的磁感应强度B 与在同样电流值下在真空中该点的磁感应强度0B 之比所得的倍数。
4．磁场强度H
磁场强度H 是计算磁场时所引用的一个物理量，也是矢量。磁场内某点的磁场强度的大小等于该点磁感应强度除以该点的磁导率，即
μB
H = （4-6）
式中，H 的单位是安每米（A/m ）
上式是安培环路定律（或称为全电流定律）的数学表示式。它是计算磁路的
基本公式。
由图3-2可知，X 点的磁场强度X H 为
r I B H X X πμ2== （4-7）
由式（3-7）可知，磁场强度的大小取决于电流的大小、载流导体的形状及几何位置，而与磁介质无关。
磁性材料的磁性能
1．磁性材料主要是指铁、镍、钴及其合金而言。这些磁性材料具有下列磁性能。
1）．高导磁性
磁性材料的磁导率很高，铁磁物质的磁导率比非磁物质的要高很多，如硅钢的相对磁导率可达7000之多。这就使它们具有被强烈磁化（呈现磁性）的特性。
铁磁性材料的磁化曲线可否用磁感应强度B 随外磁场强度H 的变化关系来表征（由实验结果绘成）。如图4-1所示的()H f B =曲线。曲线
大致可分为三个段：
oa 段、ab 段和bc 段。oa 段为高导磁性材料段。正是由于铁磁
材料的高导磁性，许多电气设备的线圈都绕制在铁磁性材料上，以便用小的励磁电流（与H 有关）产生较大的磁场、磁通。 如
变压器、电机与发电机的铁心都是高导性材料制成。以降低 图4-1 磁化曲线
设备的体积与重量。
2）．磁饱和性 在图4-1中的ab 段，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地增强。当外磁场（或励磁电流）增大到一定值时，全部磁畴的磁场方向都转向与外磁场的方向一致。这时磁化磁场的磁感应强度B J 即达饱和值。
3）．磁滞性
在铁心线圈中通入交流电，铁心被交变的磁场反复磁化，在电流变化一次时，磁感应强度B 随磁场强度H 而变化的关系如图4-2所示，由图可见，当H 已减到零值时，B 并未回到零值。这种磁感应强度滞后于磁场强度变化的性质称为磁性物质的磁滞性，由此画出的B-H 曲线称为磁滞回线。 当线圈中电流减小到零值（即H=0）时，铁心在磁化时
所获得的磁性还未完全消失。这时铁心中所保留的磁感应
强 度称为剩磁感应强度B r （也叫剩磁），在图4-2中即为O
H
B
纵坐标0-2和0-5，永久磁铁的磁性就是由剩磁产生的。图4-2 磁滞回线
如果要使铁心的剩磁消失，通常改变线圈中励磁电流的方向，也就是改变磁场强度H的方向来进行反向磁化。使B=0的H值（如图3-6中的0-3和0-6段）称为矫顽磁力H C（也叫矫顽力）。
铁磁材料在反复磁化过程中产生的损耗称为磁滞损耗，它是导致铁磁性材料发热的原因之一，对电机、变压器等电气设备的运行不利。因此，常采用磁滞损耗小的铁磁性材料作他们的铁心。
由实验可知，不同的铁磁性材料，其磁化曲线和磁滞回线都不一样。
2．磁性物质的分类
按磁化特性的不同，铁磁性材料可以分成三种类型。
1）．软磁材料
具有较小的矫顽力，磁滞回线较窄。一般用来制造电机、电器及变压器等的铁心。常用的有铸铁、硅钢、坡莫合金及铁氧体等。铁氧体在电子技术中应用也很广泛，可做计算机的磁心，磁鼓以及录音机的磁带、磁头。
2）．硬磁性材料——永磁材料
具有较大的矫顽力，磁滞回线较宽。一般用来制造永久磁铁。常用的有碳钢、钴钢及铁镍铝钴合金等。
3）．矩磁材料
具有较小的矫顽力和较大的剩磁，磁滞回线接近矩形，稳定性也良好。在计算机和控制系统中可用作记忆元件、开关元件和逻辑元件。常用的有镁锰铁氧体及1J51型铁镍合金。
磁路基本定律
为了使较小的励磁电流产生足够大的磁通（或磁感应强度），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。由于铁心的磁导率比周围空气或其他物质的磁导率高得多，因此磁通的绝大部分经过铁心而形成一个闭合通路。这种人为造成的磁通路径，称为磁路。
1．安培环路定律（全电流定律）
在磁路中，沿任意闭合路径，磁场强度的线积分等于与该闭合路径交链的电流的代数和。即：
? （4-8）=∑
Hdl I
计算电流代数和时，与绕行方向符合右手螺旋定则的电流取正号，反之取负号。
若闭合回路上各点的磁场强度相等且其方向与闭合回路的切线方向一致，则：
Hl I NI ==∑
式中N 为线圈匝数。
2．磁路欧姆定律
设一段磁路长为l ，磁路面积为S 的环形线圈，磁力线均匀分布于横截面上，这时B 、H 与μ之间的关系为
μB H = S B Φ=
根据安培环路定律得磁路的欧姆定律。
m B
Hl l l S
Hl F l R S μμμΦ==Φ==或 （4-9） 上式中， F Hl =为磁动势，单位为安匝；
S
l R m μ=称为磁路的磁阻，是表示磁路对磁通具有阻碍作用的物理量，他与磁路的几何尺寸、磁介质的磁导率有关，单位为1-H 。
式（4-9）与电路的欧姆定律在形式上相似，所以称为磁路的欧姆定律。它是磁路进行分析与计算所要遵循的基本定律。
因为铁磁材料的磁导率μ不是常数，它随励磁电流而变，所以铁磁材料的磁阻是非线性的，数值很小；空气隙的磁导率0μ很小，而且是常数，所以空气隙中的磁阻是线性的，数值很大。由于铁磁材料的磁阻是非线性的，因此，不能直接用（4-9）式进行定量分析，而只能进行定性分析。
小结：
1、磁场的基本物理量
磁感应强度B ：是用来描述磁场内某点磁场强弱和方向的物理量，是一个矢量。它的方向由右手螺旋定则确定，其大小可用F B lI
=来衡量。
磁通Φ：磁场中垂直穿过某截面S 的磁感线总数，即 BS =Φ
磁导率μ：表示物质导磁能力的物理量。非铁磁物质和空气的磁导率与真空磁导率0μ很接近，70104-?=πμH/m 。铁磁物质的磁导率很大，且不是常数。相对磁导率为0r μμμ=。
磁场强度H ：表示励磁电流在空间产生的磁化力的矢量物理量。它与磁感应强度之间的关系为B H μ=，这是反映磁性材料的磁化性能的基本公式。
2．磁性材料具有高导磁性、磁饱和性、磁滞性。磁滞会产生损耗并导致铁心发热。
3．磁路的基本定律
安培环路定律：Hdl I =∑? 或Hl I NI ==∑，它是计算磁路的基本定律。 欧姆定律： m Hl F l R S
μΦ==，它用来对磁路作定性分析，一般不用来做定量计算。
课题：模块三 磁路与变压器
3.3认识交流铁芯线圈
课时安排：2课时
授课类型：讲授型新课
授课方式：讲授法
教学目标：
1. 掌握交流铁芯线圈的原理及应用
2. 掌握掌握的原理及应用
3. 理解电磁感应现象和电磁感应定律，楞次定律和右手定则
教学重点：
1. 掌握交流铁芯线圈的原理及应用
2. 掌握掌握的原理及应用
教学难点：
理解电磁感应现象和电磁感应定律，楞次定律和右手定则
一：電磁鐵的由來
1820年，丹麥人厄司特（Hans Christian Oersted, 1777-1851）所發現的電流磁效應，顯示了電與磁的關聯性。此後，許多科學家便試圖尋找由磁產生電的逆效應。1821年，英國大科學家法拉第（Michael Faraday，1791-1867）也在其筆記中，提醒自己應探討如何「把磁變成電」。
在電流磁效應被發現後不久，大約在1825年，英國人斯特金（William Sturgeon, 1783-1850）將通有電流的金屬線纏繞在絕緣的鐵棒上，發明了電磁鐵。
電磁鐵通電時便有磁性，不通電就沒有磁性，方便我們運用。
電磁鐵和一般永久磁鐵的差別
電磁鐵和一般永久磁鐵最大的差別，是電磁鐵可以藉由改變通過線圈的電流大小及線圈的匝數來控制磁性的大小，而一般磁鐵的磁性則是固定的。
也因此，電磁鐵在實驗室及生活應用上都相當重要，像電動機、發電機、起重機等，都運用到電磁鐵。
一：電磁鐵的原理
?當直流電通過導體時會產生磁場，若使直流電通過由導體構成的線圈則會產生具方向性的磁場。但是單純由直流電和線圈所構成磁場不夠集中而導致產生的磁力不夠，因此會在線圈的中心加入一磁性
物質以達到集中磁場的效果。
?一般而言，電磁鐵所產生的磁場強度和直流電大小、線圈圈數及中心的導磁物質有關，在設計電磁鐵時會注重線圈的分佈和導鐵物質的選擇，並利用直流電的大小來控制磁場強度。然而線圈的材料具有電阻而限制了電磁鐵所能產生的磁場大小，但隨著超導體的發現與應用將有機會突破現有的限制
二：安培右手定則
如右圖所示,一載流長直導線,若電流為由下而上,則產生環狀磁場以右手握住載流導線,姆指指向電流方向,則餘四指纏繞方向為感
應磁場方向
由上往下看為逆時針方向
在任一點的感應磁場方向為其切線方向
離載流導線愈遠,所生的磁場強度愈弱
(所謂磁場方向即為磁針N極在磁場中的受力方向,亦為磁針N極
在磁場中所指的方向)即：
磁場方向=Ｎ極受力方向=Ｎ極所指方向
三：螺旋右手定則
?如右圖所示為一載流螺線形導線
?四指纏繞的方向為電流纏繞方向,則姆指所指方向則為感應磁場方向
四：電磁鐵日常生活中用途產品如下
(1)電鈴、電動機（馬達）、電話等，都有利用電磁鐵產生動作。
(2)錄音帶可以把聲音錄下來，電腦的硬碟可以把資料記錄下來，這些都是利用磁頭的電磁鐵改變錄音帶和磁碟上磁性物質的性質而達到這些效果的.
(3)電腦硬碟的磁頭和磁碟。
(4)喇叭能發出聲音，是因為裡面的線電磁鐵通電後，和外圈的磁鐵不斷互相吸引和排斥，就會造成震動，然後發出聲音.
小结：
1. 掌握交流铁芯线圈的原理及应用
2. 掌握掌握的原理及应用
3. 理解电磁感应现象和电磁感应定律，楞次定律和右手定则
课题：模块三磁路与变压器
3.4小型单相变压器
课时安排：2课时
授课类型：新课
授课方式：课堂讲授、样品展示、举例、小结、提问
目的要求：1、了解变压器的用途用分类
2、理解单相变压器的工作原理
重点：变压器的用途、单相变压器的工作原理
难点：单相变压器的工作原理
内容及步骤：
第一节变压器的基本工作原理和结构
变压器是利用电磁感应原理，将某一数值的交变电压变换为同一频率的另一数值的交变电压。
一、单相变压器的工作原理
二、变压器的应用和分类
变压器的用途
变压器的主要用途是在输配电系统。作用高压电传输，不仅可以减小输电线的截面积，节约引进人材材料，同时还可减小输电线路的功率损耗。变压器还可用来改变电流、变换阻抗以及产生脉冲。
通常可按其用途、绕组结构、铁心结构、相数和冷却方式等进行分类。
1、按用途分类：
1）电力变压器：分为升压、降压和配电变压器等。
2）特种变压器：如焊接电源的电焊变压器、电炉变压器和将整流变压器。
3）仪用互感器：如电流互感器、电压互感器。
4）其他变压器
2、按绕组构成分类：有双绕组变压器、三绕组变压器和自耦变压器。
3、按铁心结构分类：有心式变压器和壳式变压器。
4、按相数分类：有单相、三相和多相变压器。
5、按冷却方式分类：有干式、油浸自冷、油浸风冷变压器、强迫油循环和充气式变态器。
三、变压器的基本结构
是指接在单相交流电源上用来改变单相交流电压的变压器中，其容量较小，一般用作控制及照明。主要由铁心和绕组两部分组成。
1、铁心
铁心构成变压器磁路系统是变压器的机械骨架。铁心由铁心柱和铁轭两部分组成。
根据变压器铁心的结构形式可分为心式和壳式两大类。根据变压器铁心的制作工艺可分为叠片式和卷制式铁心两种。
2、绕组（线圈）
是变压器的电路部分，小型变压器一般用具有绝缘的漆包圆铜线绕制而成，对容量稍大的变压器则用扁铜线或扁铝线绕制。
高压绕组:接到高压电网的绕组.
低压绕组:接到低压电网的绕组
1、同心式绕组：将高、低压绕组同心地套装在铁心柱上
2、交叠式绕组：饼式绕组，将高压绕组及低压绕组分成若干个线饼，沿着铁心柱的高度交替排列着。
注意：为了便于绝缘，一般最上层和最下层安放低压绕组。
四、变压器的额定与主要系列
铭牌
（1）型号
（2）额定电压U1N和U2N：在三相变压器中，额定电压均指线电压
（3）额定电流I1N和I2N
（4）额定容量S N：指变压器在额定工作状态下，二次绕组的视在功率
第二节变压器的空载运行
一、变压器的空载运行
变压器一次绕组接额定频率和额定电压的电网上，而二次绕组开路，即I2=0的工作方式称变压器的空载运行。如上图所示：在空载情况下,由于二次绕组开路,故端电压U2与电动势E2相等即: U2=E2U1/ U2≈E1/E2= N1/N2=K u=K
K u变压器的变压比
例1:如上图所示,低压照明变压器一次绕组匝数N1=660匝,一次绕组电压U1=220V,现要求二次绕组输出电压U2=36V,求二次绕组匝数N2及变比K u
解：
通常把K u >1的变压器称为降压变压器；K u <1的变压器称为升压变压器
课堂小结：本次课讲述了变压器的用途、分类、基本结构及工作原理。
磁路与变压器 一、选择题： 1、一台Y，d11连接的三相变压器，额定容量S N＝630kVA，额定电压U N1／U N2 ＝10／0.4kV，二次侧的额定电流是：（正确答案是:C） A、 21A B、 36.4A C、 525A D 、909A 2、变压器的额定容量是指： （正确答案是:C） A、一、二次侧容量之和 B、二次绕组的额定电压和额定电流的乘积所决定的有功功率 C、二次绕组的额定电压和额定电流的乘积所决定的视在功率 D 一、二次侧容量之和的平均值 3、变压器铁芯中的主磁通Φ按正弦规律变化，绕组中的感应电动势： （正确答案是:C） A、正弦变化、相位一致 B、正弦变化、相位相反 C、正弦变化、相位滞后900 D 正弦变化、相位与规定的正方向无关 4、一台变压器，当铁芯中的饱和程度增加时，励磁电抗Xm： （正确答案是:B） A、不变 B、变小 C、变大 D 都有可能 5、一台原设计为50Hz的电力变压器，运行在60Hz的电网上，若额定电压值不变，则空载电流： （正确答案是:A） A、减小 B、增大 C、不变 D 减小或增大 6、变压器在( )时，效率最高。： （正确答案是:A） A、额定负载下运行
B、空载运行 C、轻载运行 D 超过额定负载下运行 7、额定电压为10／0.4kV的配电变压器，连接组别一般采用( )接线方式。： （正确答案是:C） A、 Y，y0 B、 D，y11 C、 Y，yn0 D Y，d11 8、多台变压器在并联运行时： （正确答案是:D） A、容量较大的变压器首先满载 B、容量较小的变压器首先满载 C、短路阻抗百分数大的变压器首先满载 D 短路阻抗百分数小的变压器首先满载 9、一台双绕组变压器改接成自耦变压器，变比之间的关系可表示为： （正确答案是:A） A、 Ka＝1＋K B、 Ka＝K－1 C、 K＝Ka＋1 D K＝Ka 10、自耦变压器的变比Ka一般： （正确答案是:B） A、≥2 B、≤2 C、≥10 D ≤10 11、变比k=2的变压器，空载损耗250W(从低压侧测得)，短路损耗1000W(从高压侧测得)，则变压器效率最大时，负载系数βm=( )： （正确答案是:C ） A、 1 B、 2 C、 0.5 D 0.25 12、若将变压器一次侧接到电压大小与铭牌相同的直流电源上，变压器的电流比额定电流( )： （正确答案是:D）
第六章 磁路与变压器 一、内容提要 变压器是一种静止的电磁装置，原绕组（一次绕组）和副绕组（二次绕组）没有电的直接联系，通过交变磁场，利用电磁感应关系实现能量变换。在变压器中既有磁路问题，又有电路问题，变压器是磁路的具体应用，学习磁路是了解变压器的基础。因此本章在学习变压器理论之前讲述了磁路的基本概念及构成磁路的铁磁材料的性能；介绍了变压器理论、电机理论中常用的电磁定律及交流磁路的特点。简单地讲述了变压器的结构、工作原理、铭牌数据及变压器的外特性、效率性和变压器绕组的同极性端；并重点讲述了变压器电压、电流、阻抗的变换功能。 二、基本要求 1、了解磁路的概念和磁路中几个基本物理量 2、了解交流磁路和直流磁路的异同； 3、重点掌握分析磁路的基本定律，理解铁心线圈电路中的电磁关系、电压电流关系及功率与能量问题； 4、掌握变压器的基本结构、工作原理、铭牌数据、绕组的同极性端、外特性、损耗和效率特性； 5、掌握变压器的电压、电流、阻抗变换。 三、学习指导 磁路部分是学习变压器以及后面学习电动机内容的基础，学习磁路时可以与电路中的内容联系对比来加深理解和记忆。 1、磁场的基本物理量 1）磁感应强度B ：表示磁场内某点的磁场强弱和方向的物理量。它是一个矢量，与电流之间的方向用右手螺旋定则确定。单位：特【斯拉】（T ）。 2）磁通Ф：磁感应强度B 与垂直于磁场方向的面积S 的乘积，即Ф=BS 。单位：韦【伯】（Wb ）。 3）磁场强度H ：计算磁场时所引用的一个物理量，也是矢量，通过它来确定磁场与电流之间的关系。单位：安【培】每米（A/m ）。 4）磁导率μ：用来表示磁场媒质磁性的一个物理量，也是用来衡量物质导磁能力的物理量。H B =μ，单位：亨【利】每米（H/m ）。真空导磁率为H/m 10470-?=πμ。 2、磁性材料与磁性能 1）、磁路 由于磁性物质（铁磁材料）具有高的导磁性。可用来构成磁通绝大部分通过的路径，这种磁路径称为磁路。 2）、磁通 磁通包括：主磁通和漏磁通 主磁通是磁通的绝大部分，沿铁心闭合起能量传递媒介作用，所经磁路是非线性的。
第六章磁路及变压器 1、磁性材料中，软磁材料磁滞回线较窄，可用来制造电机、变压器的铁心； 永磁材料具有较大矫顽磁力，一般用来制造永久磁铁；矩磁材料具有较小矫顽磁力和较大剩磁，可用作记忆元件、开关元件和逻辑元件。 2、变压器中，除线圈电阻R上有功率损失即所谓铜损耗外，处于交变磁化下的铁心也有功率损耗即铁损耗。 3、磁性材料具有高导磁性、磁饱和性、磁滞性三大主要磁性能。 4、现有一变压器要实现阻抗匹配，今在二次绕组接有8Ω电阻一只，要求从一次绕组看其等效电阻是800Ω，则变压器的变压比k＝ 10 。 5、有一台变压器，其变比Ｋ=20，若该台变压器二次绕组接上2Ω电阻，则从一次绕组上得到的等效电阻为 800Ω。 6、一次侧接交流电源的变压器空载时的损耗基本上是铜损耗。 7、已知变压器的 1100 N=， 210 N=。当负载阻抗为5Ω时，折算到初级回路的阻抗为 500 Ω。 8、在交流铁心线圈中，线圈电阻上的功率损耗称为铜损耗，处于交变磁化下的铁心中的功率损耗称为铁损耗。 9、下图所示的电路中，若电源电压u的有效值为100V，频率f=50Hz，线圈匝数为200，在不考虑线圈内阻和漏磁的情况下，铁心中的磁通最大值Φm = 2.25×10-3Wb ；若电压的有效值、频率、线圈匝数保持不变，在铁心上开一个气缝,则此时铁心中的磁通最大值将不变，线圈中的励磁电流将增大。 10、磁性材料的磁滞性是指磁感应强度的变化滞后于磁场强度变化的性质。 11、使用电流互感器时，二次绕组电路不允许开路。 12、电磁铁衔铁会引起噪声，容易引起触点损坏，为消除此现象，可在磁极部分端面套上分磁环。 二、选择题
1. 下列说法中正确的是（ ） a ． 硅钢片具有高导磁率，可制造永久磁铁； b ． 调压器（自耦变压器）既可调节交流电压，也可调节直流电压； c ． 交流继电器铁心上有短路铜环，是为了防震； d ． 直流电磁铁消耗的功率有铜损和铁损。 2. 变压器的容量S N 一定，其输出有功功率不仅取决于负载的______大小，还取决于负载 的______高低。 3. 某信号源内阻为512Ω，若要使它向8Ω的喇叭输出最大功率，则输出变压器的变比K 应为多大？ 4. 将直流继电器接在同样电压的交流电源上使用，结果（ ） a ． 没有影响，照常工作； b ． 电流过小，吸力不足，铁心发热； c ． 电流过大，烧坏线圈。 5. 某变压器额定电压为220V/110V ，今电源电压为220V ，欲将其升高到440V ，可采用（ ） a ． 将副绕组接到电源上，由原绕组输出； b ． 将副绕组匝数增加到4倍； c ． 将原绕组匝数减少为1/4。 6. 某电源变压器的容量为100V A ，额定电压为380V/220V 。（1）若接一只220V ，40W 的 白炽灯，则消耗铜损R Cu ＝2W ，铁损R Fe ＝3W ，试求副边电流和效率，输出视在功率占容量百分之几？（2）若接一只220V ，40W ，功率因数5.0cos =?的日光灯（不计镇流器的功率损失），试求副边电流，铜损，和效率（铁损正比于电压），输出视在功率占容量百分之几？ 7. 有一空载变压器，原边加额定电压220V ，并测得原绕组电阻R 1＝10Ω，试问原边电流 是否等于22A ？ 8. 如果变压器原绕组的匝数增加一倍，而所加电压不变，试问励磁电流将有何变化？ 9. 有一台电压为220V/110V 的变压器，N 1＝2000，N 2＝1000。有人想省些铜线，将匝数减 为400和200，是否也可以？ 10. 变压器的额定电压为220V/110V ，如果不慎将低压绕组接到220V 电源上，试问励磁电 流有何变化？后果如何？ 11. 交流电磁铁在吸合过程中气隙减小，试问磁路磁组、线圈电感、线圈电流以及铁中心磁 通的最大值将作何变化（增大、减小、不变或近于不变）？ 12. 有一线圈，其匝数N ＝1000，绕在由铸钢制成的闭合铁心上，铁心的截面积S Fe ＝20cm 2， 铁心的平均长度l Fe ＝50cm 。如要在铁心中产生磁通φ＝0.002Wb ，试问线圈中应通入多大直流电流？ 13. 如果上题的铁心中含有一长度为δ＝0.2cm 的空气隙（与铁心柱垂直），由于空气隙较短， 磁通的边缘扩散可忽略不计，试问线圈中的电流必须多大才可使铁心中的磁感应强度保持上题中的数值？ 14. 在题12中，如将线圈中的电流调到2.5A ，试求铁心中的磁通。 15. 为了求出铁心线圈的铁损，先将它接在直流电源上，从而测得线圈的电阻为1.75Ω；然 后接在交流电源上，测得电压U ＝120V ，功率P ＝70W ，电流I ＝2A ，试求铁损和线圈的功率因数。 16. 有一交流铁心线圈，接在f ＝50Hz 的正弦电源上，在铁心中得到磁通的最大值φm ＝2.25 ×10－3Wb 。现在在此铁心上再绕一个线圈，其匝数为200。当此线圈开路时，求其两端
第五章磁路与变压器习题参考答案 一、填空题： 1．变压器运行中，绕组中电流的热效应所引起的损耗称为损耗；交变磁场在铁心中所引起的损耗和损耗合称为损耗。损耗又称为不变损耗；损耗称为可变损耗。 2．变压器空载电流的分量很小，分量很大，因此空载的变压器，其功率因数，而且性的。 3．电压互感器在运行中，副方绕组不允；而电流互感器在运行中，副方绕组不允许。从安全的角度出发，二者在运行中，绕组都应可靠地接地。 4．变压器是能改变、和的的电气设备。 5．三相变压器的额定电压，无论原方或副方的均指其；而原方和副方的额定电流均指其。 6．变压器空载运行时，其是很小的，所以空载损耗近似等于。 7．电源电压不变，当副边电流增大时，变压器铁心中的工作主磁通Φ将基本维持不变。 二、判断题： 1. 变压器的损耗越大，其效率就越低。（） 2. 变压器从空载到满载，铁心中的工作主磁通和铁损耗基本不变。（） 3. 变压器无论带何性质的负载，当负载电流增大时，输出电压必降低。（） 4. 电流互感器运行中副边不允许开路，否则会感应出高电压而造成事故。（） 5. 互感器既可用于交流电路又可用于直流电路。（） 6. 变压器是依据电磁感应原理工作的。（） 7. 电机、电器的铁心通常都是用软磁性材料制成。（） 8. 自耦变压器由于原副边有电的联系，所以不能作为安全变压器使用。） 9. 变压器的原绕组就是高压绕组。（） 三、选择题： 1. 变压器若带感性负载，从轻载到满载，其输出电压将会（） A、升高； B、降低； C、不变。 2. 变压器从空载到满载，铁心中的工作主磁通将） A、增大； B、减小； C、基本不变。 3. 电压互感器实际上是降压变压器，其原、副方匝数及导线截面情况是（）
第6章磁路与变压器 本章基本要求： 了解磁路的基本概念。了解变压器的基本结构，掌握其工作原理、额定值的意义、外特性及绕组的同极性端。了解三相电压的变换。 本章讲授重点知识： ?磁路的概念、物理量和定律 ?交流铁心线圈电路的分析 ?变压器工作原理 本章讲授难点知识： ?交流铁心线圈电路的分析 本章作业：p143 2、3 §6.1磁路的基本概念和基本定律 线圈通有电流将有磁场产生，线圈绕制在铁芯上就构成了磁路。可以说，磁路就是局限在一定路径内部的磁场。 6.1.1 磁场的基本物理量 1．磁感应强度B 磁感应强度是表示空间某点磁场强弱与方向的物理量。B的大小等于通过垂直于磁场方向单位面积的磁力线数目，B的方向用右手螺旋定则确定。单位是特斯拉(T)。2．磁通Φ
磁通表示穿过某截面的磁力线总数。单位是韦伯(Wb)。 BS =Φ 3．磁导率μ 磁导率是衡量物质导磁能力的物理量。单位是亨/米(H/m)。 真空的磁导率：H/m 10470-?=πμ 相对磁导率μr ：物质磁导率与真空磁导率的比值。 非铁磁物质μr 近似为1，铁磁物质μr 远大于1。 4．磁场强度H 磁场强度是描述磁场源强弱的物理量，与励磁电流成正比，磁场强度只与产生磁场的电流以及这些电流分布有关，与磁介质无关。单位是安／米（A ／m ）。是为了简化计算而引入的辅助物理量。 μB H = B H μ= 6.1.2 铁磁物质的磁化曲线 铁磁物质在磁化过程中的B-H 关系曲线称为磁化曲线。由于B 落后于H 变化（磁滞性），磁化曲线不是一条曲线，而是一个回线，又称磁滞回线。当H 增大到一定值时， B 几乎不再随H 变化，即达到了饱和值，这种现象称为磁饱和。
课题：模块三磁路与变压器 3.1磁场的性质与分析方法 课时安排：2课时 授课类型：讲授型新课 授课方式：讲授法 教学目标：1．知道磁场的基本特性是对处在它里面的磁极或电流有磁场力的作用．2．知道磁极和磁极之间、磁极和电流之间、电流和电流之间都是通过磁场发生相互作用的．3．知道什么叫磁感线．4．知道条形磁铁、蹄形磁铁、直线电流、环形电流和通电螺线管的磁感线分布情况．5．会用安培定则判定直线电流、环形电流和通电螺线管的磁场方向． 教学重点：（1）理解用场的基本性质一一力的作用和方向性．（2）掌握安培定则及常见几种磁场的磁感线分布．（3）磁场的空间分布与磁感线的对应联系． 教学难点：磁场的空间分布与磁感线的对应联系 引入新课： 我国是世界上最早发现磁现象的国家．早在战国末年就有磁铁的记载．我国古代的四大发明之一的指南针就是其中之一，指南针的发 明为世界的航海业作出了 巨大的贡献．在现代生活 中，利用磁场的仪器或工具随处可见，如我们将 要学习的电流表、质谱仪、回旋加速器等等．进 人21世纪后，科技的发展突飞猛进、一日千里，作为新世纪的主人，肩负着民族振兴的重任，希望同学们勤奋学习，为攀登科学高峰打好扎实的基础．今天，我们首先认识磁场．
（二）新课教学： 1、磁场的产生：演示：在玻璃板上放两辆小车，小车上各放置一条形磁铁，通过演示实验1察到，磁体 同名磁极相斥，异名磁极相吸，且不需要 接触就可以发生力的作用，显然这一力是 场力，但磁不带电，不存在电场，它就是 另一种场一一磁场。体周围存在着磁场， 常见的条形磁铁、蹄形磁铁周围都存在着磁场．除磁体周围有磁场外，丹麦物理学家奥斯特首先发现电流周围也存在着磁场．观察演示实验2出，当通人电流时，小四针转动，说明电流周围也有磁场．磁极与磁极之间、电流与磁极之间、电流与电流之间通过演示实验看出都会发生相互作用，这种作用都是通过磁场这种特殊物质发生作用的． 2、磁场的性质在磁铁周围的不同由放置一些小磁针，发现小磁针静时，指向各不相如图 3 所示，这表明磁场中不同位置力的作用方向不同，因此磁场具有方向性．与电场对比．在电场中，我们利用检验电荷的受力情来反映电场的方向性，规定正电荷受的电场力方向为电场方向。 在磁场中，我们利用小磁针来规定磁场的方向，规定在磁场中的任意一点小磁针北极受力的方向亦即小磁针静止时北极所指的方向，就是那一点的磁场方向． 3、磁感线为了形象地反映电场的方向性，我们引进了电场线的概念．同理，在研究磁场时，我们引进磁感线来反映磁场的方
第4章磁路与变压器复习练习题 一、填空题 1.线圈产生感应电动势的大小正比于通过线圈的磁通量的变化率。 2.磁路的磁通等于__磁势___与___磁阻__之比，这就是磁路的欧姆定律。 3.变压器是由原、副线圈和闭合铁心组成的。 4.变压器有变电压、变电流和变阻抗的作用。 5.变压器的铁心既是变压器的磁路，又是器身的骨架，它由铁柱和铁轭组成。 6.变压器空载运行时，其铜耗较小，所以空载时的损耗近似等于铁耗。 7.变压器铁心导磁性能越好，其励磁电抗越大，励磁电流越小。 8.变压器的原副边虽然没有直接电的联系，但当负载增加，副边电流就会增加，原边电流 __增加___。 9.变压器的原副边虽然没有直接电的联系，但当负载减少，副边电流就会减小，原边电流 __减少___。 10.变压器在电力系统中主要作用是更换电压，以利于功率的传输。 二、选择题 1.变压器的基本工作原理是 C 。 (Ａ)电磁感应 (Ｂ)电流的磁效应 (Ｃ)能量平衡 (Ｄ)电流的热效应 2.有一空载变压器原边额定电压为380Ｖ。并测得原绕组Ｒ＝10Ω，试问原边电流应为__C____。 (Ａ)大于38A (Ｂ)等于38A (Ｃ)大大低于38A 3.某单相变压器额定电压380/220Ｖ，额定频率为50ＨZ。如将低压边接到380Ｖ交流电源上，将出现___B___。 (Ａ)主磁通增加，空载电流减小 (Ｂ)主磁通增加，空载电流增加。 (Ｃ)主磁通减小，空载电流减小。 4.某单相变压器额定电压380/220Ｖ，额定频率为50ＨZ。如电源为额定电压，但频率比额定值高２０％，将出现___B___。 (Ａ)主磁通和励磁电流均增加。 (Ｂ)主磁通和励磁电流均减小。 (Ｃ)主磁通增加，而励磁电流减小。 5.如将380/220V的单相变压器原边接于380Ｖ直流电源上，将出现__C_____. (Ａ)原边电流为零。 (Ｂ) 副边电压为220Ｖ。 (Ｃ)原边电流很大, 副边电压为零。 6.当电源电压的有效值和电源频率不变时，变压器负载运行和空载运行时的主磁通是___B____。 (Ａ)完全相同 (Ｂ)基本不变 (Ｃ)负载运行比空载时大 (Ｄ)空载运行比负载时大7.变压器在负载运行时，原边与副边在电路上没有直接联系，但原边电流能随副边电流的增减而成比例的增减，这是由于____C___。 (Ａ)原绕组和副绕组电路中都具有电动势平衡关系；(Ｂ)原绕组和副绕组的匝数是固定的; (Ｃ)原绕组和副绕组电流所产生的磁动势在磁路中具有磁动势平衡关系。 8.今有变压器实现阻抗匹配，要求从原边看等效电阻是50Ω，今有2Ω电阻一支，则变压器的变比Ｋ＝___D_____。 (Ａ) 100；(Ｂ) 25；(Ｃ) 0.25；(Ｄ) 5。 9.变压器原边加220Ｖ电压，测得副边开路电压为22Ｖ，副边接负载Ｒ2＝11Ω，原边等效负载阻抗为__A___Ω。 (Ａ) 1100；(Ｂ) 110；(Ｃ) 220；(Ｄ) 1000。
第六章磁路与变压器习题全解 6—1有一线圈匝数为1500匝，套在铸刚制成的闭合铁心上，铁心的截面积为 10CM2,长度为75CM。求： (1)如果要在铁心中产生0.001Wb的磁通，线圈中应通入多大的直流电流？ (2)若线圈中通入电流2.5A，则铁心中的磁通多大？ 解：(1) B=?/S=0.001 -0.001 =1T，查铸刚磁化曲线得：H=0.7X 103 A /m ???安培环路定则：H= IN/L ??? l=HL/ N=0.7X 103X 0.75- 1500=0.35A (2) H=IN/L=2.5 X 1500- 0.75=5 X 103 A /m,查铸刚磁化曲线得：B=1.6T ①=B X S= 1.6X 0.001=0.0016Wb 6—2有一交流铁心线圈接在220V、50HZ的正弦交流电源上，线圈的匝数为733 匝，铁心截面积为13 CM2。求： (1)铁心中的磁通最大值和磁感应强度最大值是多少？ (2)若在此铁心上再套一个匝数为60的线圈，贝吐匕线圈的开路电压是多少？解：(1)v U~ E=4.44fN ① m ???① m~ U/4.44fN=220- (4.44X 50X 733) =0.00135 Wb Bm=① m/S=0.00135- 0.0013=1.04T (2) U1/ U2= N1/ N2 U2= U1 N2/ N1=220X 60- 733=18V 6—3已知某单相变压器的一次绕组电压为3000V，二次绕组电压为220V，负载是一台220V、25KW的电阻炉，试求一、二次绕组的电流各为多少？ 解：二次绕组的电流：I2= P2/ U2=25000- 220=114A I1/ I2= U2/ U1 一次绕组的电流：11= I2 U2/U 1=113.6X 220- 3000=8.36A 6—4在图6—1中，已知信号源的电压U S=12V，内阻R o=1K Q,负载电阻R L=8Q,变压器的变比K=10，求负载上的电压U2。 解：变压器原边电压： RL 图6—1题6—4的电路
第五章 磁路与变压器习题参考答案 一、填空题： 1．变压器运行中，绕组中电流的热效应所引起的损耗称为损耗；交变磁场在铁心中所引起的损耗和损耗合称为损耗。损耗又称为不变损耗；损耗称为可变损耗。 2．变压器空载电流的分量很小，分量很大，因此空载的变压器，其功率因数，而且性的。 3．电压互感器在运行中，副方绕组不允；而电流互感器在运行中，副方绕组不允许。从安全的角度出发，二者在运行中，绕组都应可靠地接地。 4．变压器是能改变、和的的电气设备。 5．三相变压器的额定电压，无论原方或副方的均指其；而原方和副方的额定电流均指其。 6．变压器空载运行时，其是很小的，所以空载损耗近似等于。 7．电源电压不变，当副边电流增大时，变压器铁心中的工作主磁通Φ将基本维持不变。 二、判断题： 1. 变压器的损耗越大，其效率就越低。（） 2. 变压器从空载到满载，铁心中的工作主磁通和铁损耗基本不变。（） 3. 变压器无论带何性质的负载，当负载电流增大时，输出电压必降低。（） 4. 电流互感器运行中副边不允许开路，否则会感应出高电压而造成事故。（） 5. 互感器既可用于交流电路又可用于直流电路。（） 6. 变压器是依据电磁感应原理工作的。（） 7. 电机、电器的铁心通常都是用软磁性材料制成。（） 8. 自耦变压器由于原副边有电的联系，所以不能作为安全变压器使用。） 9. 变压器的原绕组就是高压绕组。（） 三、选择题： 1. 变压器若带感性负载，从轻载到满载，其输出电压将会（ ） A、升高； B、降低； C、不变。 2. 变压器从空载到满载，铁心中的工作主磁通将） A、增大； B、减小； C、基本不变。 3. 电压互感器实际上是降压变压器，其原、副方匝数及导线截面
第五章 磁路与变压器 一、填空题 1、某台变压器的容量是10000kV A ，当负载功率因数为 时，这台变压器的输出功率是9500kW ；当功率因数为0.7时，它只能输出 kW 。所以为了充分利用变压器的容量，必须提高 。 2、两互感线圈如图1 (a)、(b)两种情况联接，电压U 相同，若测A I a 10=，A I b 5=，则 种 情况为顺串，因为此时的电流 ，b 与 为同名端， 和 为异名端。 3、变压器的损耗包括 和 。 4、要消除交流电磁铁的振动，需要在铁心端面安装一个 。 5、铁心损耗是指铁心线圈中的 和 的总和。 6、交流电磁铁在铁心端面安装一个短路环，目的是 。 7、理想变压器的电阻为 。 8、理想变压器的理想条件是： 。 9、理想变压器具有______________________________________________三种性能。 10、交流电磁铁是指 。 二、选择题 1.当流过电感线圈的电流瞬时值为最大值时，线圈两端的瞬时电压值为 。 A.零 B.最大值 C.有效值 D.不一定 2.对于理想变压器来说，下列叙述正确的是 。 A ．变压器可以改变各种电源电压 B ．变压器原绕组的输入功率是由副绕组的输出功率决定的 C ．变压器不仅能改变电压，还能改变电流和电功率等 D ．抽去变压器铁心、互感现象依然存在，变压器仍能正常工作 3、一台变压器的三相绕组Y 接，每相额定电压为220V ，出厂时测得V U U U W V U 220===，但线电压V U U VW UV 220==，V U WU 380=则这种现象是（ ）。 A ．U 相绕组接反了 B ．V 相绕组接反了 C ．W 相绕组接反了 4、一台变压器的三相绕组采用三角形连接，出厂时测得线电压和相电压均为220V ，刚接上对称负载却把绕组烧坏了，则出现这种现象的原因不可能是（ ）。
第3章 磁路和变压器 A 选择题 3.1.1 磁感应强度的单位是( )。 （1）韦[伯](Wb) (2)特[斯拉]（T） （3）伏秒（V·S） 3.1.2 磁性物质的磁导率μ不是常数，因此（ ）。 （1）B与H不成正比 （2）Φ与B不成正比 （3）Φ与I不成正比 3.2.1 在直流空心线圈中置入铁心后，如在同一电压作用下，则电流I（ ），磁通Φ（ ）， 电感L（ ）及功率P（ ）。 电流：（1）增大 （2）减小 （3）不变 磁通：（1）增大 （2）减小 （3）不变 电感：（1）增大 （2）减小 （3）不变 3.2.2铁心线圈中的2到达磁饱和时，则线圈电感L（ ）。 （1）增大 （2）减小 （3）不变 3.2.3 在交流铁心线圈中，如将铁心截面积减小，其他条件不变，则磁通势（ ）。 （1）增大 (2)减小 （3）不变 3.2.4 交流铁心线圈的匝数固定，当电源频率不变时，则铁心中主磁通的最大值基本上决定 于（ ）。 (1)磁路结构 （2）线圈阻抗 （3）电源电压 3.2.5 为了减小涡流损耗，交流铁心线圈中的铁心由钢片（ ）叠成。 （1）垂直磁场方向 (2)顺磁场方向 （3）任意 3.2.6 两个交流铁心线圈除了匝数(N1>N2)不同外，其他参数都相同。如将它们接在同一交流 电源上，则两者主磁通的最大值Φm1( ) Φm2。 （1）> （2）< （3）＝ 3.3.1 当变压器的负载增加后，则（ ）。 （1）铁心中主磁通Φm增大 （2）二次侧负载电流I2增大，一次侧电流I1不变 （3）一次侧电流I1和二次侧电流I2同时增大 3.3.2 50H Z的变压器用于25H Z时，则（ ）。 （1）Φm近于不变 （2）一次侧电压U1降低 （3）可能烧坏绕组 3.4.1 交流电磁铁在吸合过程中气隙减小，则磁路磁阻（ ）,铁心中磁通Φm（ ），线圈电 感（ ），线圈感抗（ ），线圈电流（ ），吸力（ ）。 磁阻：（1）增大 （2）减小 （3）不变 磁通：（1）增大 （2）减小 （3）近于不变 电感：（1）增大 （2）减小 （3）不变 感抗：（1）增大 （2）减小 （3）不变 电流：（1）增大 （2）减小 （3）不变 吸力：（1）增大 （2）减小 （3）近于不变 3.4.2直流电磁铁在吸合过程中气隙减小，则磁路磁阻（ ）,铁心中磁通（ ），线圈电感（ ）， 线圈电流（ ），吸力（ ）。 磁阻：（1）增大 （2）减小 （3）不变 磁通：（1）增大 （2）减小 （3）不变
第15章 电机与电气控制技术基础 一、基本要求 1．了解磁路的概念，理解分析磁路的基本定律，了解铁心线圈电路中的电磁关系、电压电流关系以及功率与能量问题，特别要掌握m fN U Φ≈44.4这一关系式； 2．了解变压器的基本构造、工作原理、名牌数据、外特性和绕组的同极性端，掌握其电压、电流、阻抗变换功能，了解电磁铁的吸力以及交流电磁铁与直流电磁铁的异同； 3．了解三相异步电动机的基本构造、转动原理、机械特性和经济运行，掌握起动和反转的方法，了解调速和制动的方法，并理解三相异步电动机的名牌数据的意义； 4. 了解常用控制电器的基本结构、动作原理和控制作用，并具有初步选用的能力； 5．掌握三相鼠笼式电动机的直接起动和正反转的控制线路，并了解行程控制和时间控制。 二、阅读指导 (一)、磁路与铁心线圈电路 在学习本章时，要注意如磁路与电路、直流励磁铁心线圈电路与交流励磁铁心线圈电路、交流铁心线圈电路与交流空心线圈电路、直流铁心线圈电路与直流空心线圈电路等的联系与区别，以便理解与掌握。 1．磁路与电路的比较 在电机、变压器、电磁铁、电磁测量仪表以及其他各种铁磁元件中，不仅有电路的问题，同时还有磁路的问题，两者往往是相关联的，只有同时掌握了电路和磁路的基本理论，才能对上述的各种铁磁元件作全面的分析。 磁路和电路有很多相似之处，但分析与处理磁路比电路要有难度，例如：在处理电路时一般不涉及电场问题，而在处理磁路时离不开磁场的概念；在处理电路时一般可以不考虑漏电流(因为导体的电导率比周围介质的电导率大得多)，但在处理磁路时一般都要考虑漏磁通(因为磁路材料的磁导率比周围介质的磁导率大得不太多)；)磁路的欧姆定律与电路的欧姆定律只是在形式上相似，由于μ不是常数，它随励磁电流而变，所以不能直接应用磁路欧姆定律来计算，它只能用于定性分析；在电路中，当E =0时，I =0，但在磁路中，由于有剩磁，当F ＝0时，0≠Φ；在电磁关系、电压电流关系以及功率与能量等问题上，分析交流铁心线圈电路也比分析空心线圈电路复杂得多。 2．磁化曲线 当线圈中有磁性物质存在时(设磁路由相同截面的单一材料构成)，磁感应强度B 与磁场强度H 不成正比，由于磁通Φ与B 成正比(Φ=SB )，励磁电流I 与H 成正比(Hl IN =)，因此Φ与I 也不成正比。于是由下式 H B = μ,I N ΦL = 可见，在存在磁性物质的情况下，磁导率μ和线圈的电感L 都不是常数，它们随线圈中的 励磁电流而变，铁心线圈是一个非线性电感元件。这个非线性关系如图15．1所示，两者是对应的。 3．磁路的基本定律 安培环路定律
磁路与变压器习题参考答案 一、填空题 1．变压器运行中，绕组中电流的热效应所引起的损耗称为铜损耗；交变磁场在铁心中所引起的磁滞损耗和涡流损耗合称为铁损耗。铁损耗又称为不变损耗；铜损耗称为可变损耗。 2．变压器空载电流的有功分量很小，无功分量很大，因此空载的变压器，其功率因数很低，而且是感性的。 3．电压互感器在运行中，副方绕组不允许短路；而电流互感器在运行中，副方绕组不允许开路。从安全的角度出发，二者在运行中，其铁心和副绕组都应可靠地接地。 4．变压器是能改变电压、电流和阻抗的静止的电气设备。 5．三相变压器的额定电压，无论原方或副方的均指其线电压；而原方和副方的额定电流均指其线电流。 6．变压器空载运行时，其空载电流是很小的，所以空载损耗近似等于铁损耗。 7．电源电压不变，当副边电流增大时，变压器铁心中的工作主磁通Φ将基本维持不变。 二、判断题 1. 变压器的损耗越大，其效率就越低。 （对） 2. 变压器从空载到满载，铁心中的工作主磁通和铁损耗基本不变。 （对） 3. 变压器无论带何性质的负载，当负载电流增大时，输出电压必降低。 （错） 4. 电流互感器运行中副边不允许开路，否则会感应出高电压而造成事故。（错） 5. 互感器既可用于交流电路又可用于直流电路。 （错） 6. 变压器是依据电磁感应原理工作的。 （对） 7. 电机、电器的铁心通常都是用软磁性材料制成。 （对） 8. 自耦变压器由于原副边有电的联系，所以不能作为安全变压器使用。 （对） 9. 变压器的原绕组就是高压绕组。 （错） 三、选择题 1. 变压器若带感性负载，从轻载到满载，其输出电压将会（ B ） A、升高； B、降低； C、不变。 2. 变压器从空载到满载，铁心中的工作主磁通将（ C ） A、增大； B、减小； C、基本不变。
第6章磁路与变压 器
第六章磁路及变压器 1、磁性材料中，软磁材料磁滞回线较窄，可用来制造电机、变压器的铁心； 永磁材料具有较大矫顽磁力，一般用来制造永久磁铁；矩磁材料具有较小矫顽磁力和较大剩磁，可用作记忆元件、开关元件和逻辑元件。 2、变压器中，除线圈电阻R上有功率损失即所谓铜损耗外，处于交变磁化下的铁心也有功率损耗即铁损耗。 3、磁性材料具有高导磁性、磁饱和性、磁滞性三大主要磁性能。 4、现有一变压器要实现阻抗匹配，今在二次绕组接有8Ω电阻一只，要求从一次绕组看其等效电阻是800Ω，则变压器的变压比k＝ 10 。 5、有一台变压器，其变比Ｋ=20，若该台变压器二次绕组接上2Ω电阻，则从一次绕组上得到的等效电阻为 800Ω。 6、一次侧接交流电源的变压器空载时的损耗基本上是铜损耗。 7、已知变压器的 1100 N=， 210 N=。当负载阻抗为5Ω时，折算到初级回路的阻抗为 500 Ω。 8、在交流铁心线圈中，线圈电阻上的功率损耗称为铜损耗，处于交变磁化下的铁心中的功率损耗称为铁损耗。 9、下图所示的电路中，若电源电压u的有效值为100V，频率f=50Hz，线圈匝数为200，在不考虑线圈内阻和漏磁的情况下，铁心中的磁通最大值Φm = 2.25×10-3 Wb ；若电压的有效值、频率、线圈匝数保持不变，在铁心上开一个
气缝,则此时铁心中的磁通最大值将 不变 ，线圈中的励磁电流将 增大 。 10、磁性材料的磁滞性是指磁感应强度的变化滞后于 磁场强度 变化的性质。 11、使用电流互感器时，二次绕组电路不允许 开路 。 12、电磁铁衔铁会引起噪声，容易引起触点损坏，为消除此现象，可在磁极部分端面套上 分磁环 。 二、选择题 1、一台单相变压器，其额定电压为N U 1/N U 2=10/0.4kV,额定电流为 N N I I 21/=25/62.5kV,则变压器的额定容量为 B kVA 。 A.10 B.250 C.6250 D.4 2.将一个空心线圈接到交流电源上，通过线圈的电流和线圈消耗的功率分别为1I 、1P ，然后在保持交流电源不变的情况下，在这个线圈中插入铁心，通过线圈的电流和线圈消耗的功率分别为2I 、2P ，则1I 、1P 和2I 、2P 的大小关系为 (A)。 A. 1212,I I P P >> B. 1212,I I P P >< C. 1212,I I P P << D. 1212,I I P P <> 3、单相变压器一次绕组额定电压为220V ，电压比K=6，则空载时二次绕组的额定电压U 20以及当二次绕组电流I 2为3A 时的一次电流I 1分别是：（ C ）
磁路与变压器 1 磁路 在工程实际中，很多电工设备与电路和磁路都有关系，如变压器、电动机、电磁铁以及继电器等。实际电路中有大量电感元件，电感线圈中有铁心，线圈通电后铁心就构成磁路，磁路受电路影响，同时磁路又影响电路。因此在电工技术中不仅要讨论电路问题，还要讨论磁路问题。 我们知道，通电导体周围存在磁场。在变压器、电动机、电磁铁以及继电器等电气设备中，为了用较小的电流产生较大的磁场，一般把采用磁性能良好的铁磁材料做成一定形状的铁心。当有电流通过线圈时，电流产生的磁通绝大部分通过铁心而形成一个闭合的通路，通过铁心的磁通称为主磁通Φ（main flux ）；还有一少部分通过空气等非磁性材料而闭合，这部分磁通称为漏磁通σΦ（leak flux ），由于漏磁通很小，常省略。 (a ) 电磁铁的磁路 (b ) 变压器的磁路 (c ) 直流电机的磁路 图1.1 常见的几种电气设备的磁路 主磁通通过的闭合路径称为磁路，用以产生磁场的电流称为励磁电流。常见的几种电气设备的磁路如图1.1所示。 1.1 磁路的基本物理量 1.磁感应强度B （magnetic induction intensity ） 磁感应强度B 是表示磁场内某点磁场强弱及方向的物理量。B 的大小可以用通过垂直于磁场方向单位面积的磁力线的数目表示，也可以用通电直导体在该处所受的力的大小来衡量。B 是一个矢量，它的方向与励磁电流的方向之间符合右手螺旋定则。 在国际单位制中，磁感应强度的单位是特斯拉（T ），简称特。 1T=1Wb/m 2 2.磁通Φ（magnetic flux ） 均匀磁场中磁通Φ等于磁感应强度B 与垂直于磁场方向的面积S 的乘积， BS =Φ 或 S B Φ= 所以磁感应强度B 又称为磁通密度。 在国际单位制中，磁通的单位是韦伯（Wb ）。 3.磁场强度H （magnetic fiel intensity ） 磁场强度H 是计算磁场时引入的一个物理量，也是矢量。磁场中任意一点的磁感应强度B 与