直流电磁铁的励磁电流仅与线圈电阻有关
第四节电磁铁
第四节电磁铁电磁铁是利用通电的铁心线圈所产生的强磁场来吸引铁磁物质（衔铁）动作的电器。
它广泛地应用在继电器、接触器及自动装置中。
电磁铁由励磁线圈、铁心和衔铁组成，其结构如图3-17所示。
工作时，电流通入励磁线圈产生磁场，使铁心和衔铁都被磁化，衔铁受到电磁力的作用与铁心吸合，而电磁铁的衔铁可带动其他机械零件或触点动作，实现各种控制和保护。
断电时，磁场消失，衔铁在弹性力的作用下释放。
当衔铁为被加工的工件时，则起到固定工件位置的作用，如磨床中常用的电磁吸盘。
因此电磁铁在生产上的应用非常广泛。
根据电磁铁线圈中所通过的电流不同，可分直流电磁铁和交流电磁铁两大类。
一、直流电磁铁1、直流电磁铁的吸力直流电磁铁的励磁电流是直流。
可以证明，直流电磁铁的衔铁所受吸力为式中B0——空气隙的磁感应强度（Wb/m2）；S——空气隙磁场的截面积（m2）；F——电磁铁的吸力（N）。
2、直流电磁铁特点直流电磁铁采用直流电流励磁，铁心中的磁通恒定，没有感应电动势产生，因而线圈的励磁电流由电源电压和线圈内阻决定。
如果电源电压和线圈内阻不变，则励磁电流不变，所以磁动势NI也不变。
因此直流电磁铁具有以下特点：·线圈中的直流励磁电流只取决于电源电压和线圈电阻，是不变的。
·直流电磁铁在衔铁吸合过程中气隙是逐渐变小的，磁路中磁阻也逐渐变小。
根据磁路欧姆定律（Φ=N I/Rm）可知，励磁电流不变时，磁通与磁阻成反比，在衔铁吸合过程中磁通逐渐变大，由此说明直流电磁铁的吸力F的大小与衔铁所处空间位置有关，电磁铁在起动（开始吸合）时的吸力，要比工作时（吸合后）的吸力小很多。
二、交流电磁铁当交流电磁铁的铁心线圈通入正弦交流电时，铁心中便产生交变磁通，线圈的端电压和铁心中磁通有以下关系式中f——外加励磁交流电的频率（Hz）；N——铁心线圈的匝数；Φm——铁心中磁通的最大值（Wb）；U——外加电源电压的有效值（V）。
从式中我们可看到，当电源频率和线圈匝数一定时，铁心中磁通的最大值与电源电压的有效值成正比。
磁路与磁路的欧姆定律
1、什么是电路
知识回顾
电流流通的路径
2、电路欧姆定律、电阻定律?
3、磁感应强度的公式？
二、磁路
1、概念：磁通所通过的路径称为磁路。 有分支磁路
无分支磁路
2、磁路组成：线圈、铁芯物质做 成的芯子。
4.导磁 系数μ
描述导磁能力大小的物理量。通常使用相对导磁系数 r
r
0
无量纲
0
真空导磁系数
#
8-1
第一节 磁路的基本概念和定律
二、磁路的基本定律 安培环路定律 磁磁路欧路姆欧定姆律定律基尔霍夫定律 安培环路定律 磁路欧姆定律
安培环磁路与 安路定电培欧路律环姆类H磁路定似d路定,安律磁l欧律路培磁姆安也环I路定有培路欧各律环磁定种沿在姆路路律定任这定定欧律磁一闭律律姆路闭合磁定欧合路路律姆路径欧定径内姆律各,H定电的律流线的积代分数等和于包围 磁路欧姆定律
例题：铸钢圆环上绕有线圈800匝,通有2A电流，环
平均周长为0.5m，截面积3.25×10-4m2,求线
圈磁动势、磁阻和磁通。（硅钢片的磁导率 为7500H/m
Fm NI
Rm
l S
Fm Rm
几点说明：
1. 磁阻Rm 的大小取决于磁路的尺寸和材料的磁导率。
l Rm S
2. 很大，但不是常数，因此 Rm 也不是常数。所以磁
#
8-3 三、交流电磁铁
铁心
交流电磁铁也是一种电磁器件,结构 形式与直流电磁铁类似。在工业部 门应用极为广泛。如冶金工业中用 于提放钢材的电磁吊车；夹持工件 的电磁工作台；传递动力的电磁离 合器；液压传动中的电磁阀；交流 接触器及接触器等。
直流电磁铁的励磁电流仅与线圈电阻有关课件
直流电磁铁的吸力
直流电磁铁的吸力依据上述基本公式直接求取。
33
交流电磁铁的吸力
交流电磁铁中磁场是交变的, 设
B0 Bm sin t
则吸力瞬时值为:
吸力的波形:
f
107 8π
B02 S0
107 8π
Bm2 S0
sin2
t
f Fm
Fm sin2 t
1 2
Fm
1 2
Fm
cos2
t
O
t
吸力平均值为:
漏磁产生)。
由于电阻 R1 和感抗 X1 (或漏磁通)较小,其两端
的电压也较小,与主磁电动势 E1比较可忽略不计,
则 U1 E1 U1 E1 4.44 f m N1
10
对二次侧，根据KVL:
E 2
R2 R2
II22
EjXσ22I2U2U 2
式中 R2 为二次绕组的电阻;
i1
u+– 1e+–σe+–11
一次侧接交流电源,
+
u1
–
e+–σe11+–
2 1
二次侧接负载。
N1
i2
+–e2e+–2u+–2 Z N2
dΦ 有载时, 铁心中
u1 i1 ( i1N1)
e1 N1
dt
dΦ
主磁通 是由 一次、二次绕
1
e2 N 2 dt
组磁通势共同 产生的合成磁
eσ1
Lσ1
di1 dt
i2 ( i2N2)
3.电流互感器 实现用低量程的电流表测量大电流
i1 （被测电流）
R 使用注意事项:
N1 （匝数少）
维修电工初级练习题及参考答案
维修电工初级练习题及参考答案一、单选题（共80题，每题1分，共80分）1、过流继电器的整定值一般为电动机额定电流的（）倍。
A、1.4～2B、1.5～2C、1.7～2D、1.6～2正确答案：C2、三相异步电动机的定子主要由定子铁芯、定子绕组和（）三部分组成。
A、磁铁B、线圈C、机座D、转子正确答案：C3、电气图包括系统图和框图、（）、接线图和接线表。
A、统图B、电路图C、接地图D、电力图正确答案：B4、过电流继电器主要用于重载或频繁启动的场合，作为电动机和主电路的（）保护。
A、断相和过载B、短路和断相C、短路和过载D、断路和过载正确答案：C5、各接地设备的接地线与接地干线相连时，应采取（）。
A、串联方式B、并联方式C、混接方式D、串并联均可正确答案：B6、在接触网及带电体（）m范围内，使用发电机、空压机、搅拌机等机电设备时，应有良好的接地装置。
A、4.5B、5C、4D、5.5正确答案：B7、三极管放大电路中，大容量电容相当于（），直流电源可认为（）。
A、开路短路B、短路断路C、短路短路D、短路开路正确答案：C8、需要（）启动电动机时，应选用接触器控制。
A、间歇性B、频繁C、单次D、偶尔正确答案：B9、电阻器的选择参数不包括（）。
A、额定功率B、电阻值C、额定电压D、容许误差正确答案：C10、带电灭火时不能使用（）进行灭火。
A、四氯化碳灭火剂B、二氧化碳灭火剂C、泡沫灭火剂D、干粉灭火剂正确答案：C11、实际电压源的端电压随着负载电流（）而（）。
A、增大增大B、减小增大C、减小减小D、增大减小正确答案：D12、直流电磁铁的吸力与线圈内（）有关。
A、电阻B、电容C、电流D、电压正确答案：C13、室内吊灯及日光灯的内部连接导线其截面积应不小于（）mm2。
A、0.75B、0.55C、0.25D、0.45正确答案：A14、在有触电危险的场所使用手持电动工具，宜采用（）V的安全电压。
A、42B、18C、22D、36正确答案：A15、从业人员在职业活动中应遵循的内在的道德准则不包括（）。
电工学少学时第五章详解
(3)磁路欧姆定律和电路欧姆定律只是在形式上相似。
由于 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；
(4)在电路中，当 E=0时，I=0；但在磁路中，由于有
剩磁，当 F=0 时， 不为零；
5.2 电磁铁
衔铁
铁心
铁心
励磁 线圈
铁心
励磁 线圈
衔铁
励磁 线圈
衔铁
电磁铁的种类： 直流电磁铁、交流电磁铁。
铁心
励磁 线圈
衔铁
一、直流电磁铁
1. 直流铁心线圈电路
U → I → NI →
(1) 电压与电流的关系
I=
U R
(2) 线圈的功率： P = R I 2
＋U－ I
Φ
S
f
N
N
S
一、直流电磁铁
＋U－
I
2. 电磁吸力
第5章 变压器
第5章 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 5.5 三相变压器 5.6 仪用互感器 5.7 自耦变压器 5.8 三绕组变压器 5.9 绕组的极性
5.1 磁路
5.1 磁场的基本物理量
1、磁感应强度B : 表示磁场内某点磁场强弱和方向的物理量。
zz是漏磁阻抗是漏磁阻抗根据电磁感应定律根据电磁感应定律有效值有效值由于线圈电阻由于线圈电阻rr和感抗和感抗x或漏磁通或漏磁通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e相比可忽略故有相比可忽略故有mm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t是铁心截面积单位是铁心截面积单位m功率视在功率
电机与电气控制技术基础
④ 利用式（15-2）求出磁动势IN。
15.1.2 铁心线圈与电磁铁
1．铁心线圈的电磁关系
铁心线圈的电磁关系有两种，一种是用直流来励磁，另一种是用交流励磁。直流励磁的铁心线圈，磁通恒定、电流I的大小只与线圈电阻R有关，功率损耗也只有I 2R，即所谓铜损。而交流铁心线圈的电磁关系与功率损耗等是比较复杂的。它也是变压器与交流电机的基础。
磁饱和性即磁性材料的磁化磁场B（或Φ）随着外磁场H（或I）的增强，并非无限地增强，而是当全部磁畴的磁场方向都转向与外磁场一致时，磁感应强度B不再增大，达到饱和值。亦即铁磁性材料的磁化曲线是非线性的，如图15-2所示。为了尽可能大地获得强磁场，一般电机铁心的磁感应强度常设计在曲线的拐点a附近。
下面以非匀磁路图15-4的分析与计算为例，介绍其求解磁动势的一般步骤。
① 由于各段磁路的截面不同，而磁通Φ相同，因此各段磁路中的磁感应强度Bi=Φ/Si，由此求得B 1、B 2、及B 0，其中计算B 0时的截面S 0 时，因δ很小，可以也取铁心截面S 2。
② 据各段磁路材料的磁化曲线B=f（H），查得与上述B i对应的磁场度H i。其中空气隙或其它非铁磁材料的磁场强度H 0=B 0/μ0=B 0/4π×10-7（A/m）可以直接计算。
[牛顿] （15-11）
由式（15-11）可知，吸力在零与最大值Fm之间脉动（图15-8）。因而衔铁以两倍电源频率在颤动，引起噪音，同时触头容易损坏。为了消除这种现象，可在磁极的部分端面上套一个分磁坏（图15-9）。于是在分磁坏（或称短路环）中便产生感应电流，以阻碍磁通的变化，使在磁极两部分中的磁通Φ1与Φ2之间产生一相位差，因而磁极各部分的吸力也就不会同时降为零，这就消除了衔铁的颤动，当然也就除去了噪音。
电磁学基础知识
3.2.2 磁饱和性
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
程度时，磁性物质的全部磁畴的磁场方向都转向与
在非均匀磁路（磁路的材料或截面积不同，或磁场
强度不等）中，总磁动势等于各段磁位差之和。
NIHL
总磁动势
I
例：
N
l0
N IHIH0l0
l
电磁学基础知识
3.3.4 磁路的欧姆定律
对于均匀磁路
NIHL BL L I S
N
S L
令： R m
L
S
Rm 称为磁阻
l 为磁路的平均长度； S 为磁路的截面积； 为磁导率。
基本定律
磁阻
磁感应 强度
基尔霍夫定律
F Rm
Rm
l S
Φ B
S
NI HL
0
欧姆定律 电阻
电流 强度
IE R
R l S
JI S
电磁学基础知识
基尔霍夫定律
E I U 0
3.4 交流铁心线圈电
3.4 .1路电磁关
i
主系磁通 ：通过铁心闭合的 +
– e
磁通。 与i不是线性关系。 u 漏磁通：经过空气或其 –
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。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。常用的有镁锰铁氧体 等。
3.3 磁路基本定律
3.3.1 磁路的概念
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 物质的磁导率高的多，磁通的绝大部分经过铁心形成 闭合通路。
磁路计算
6.4 交流铁心线圈电路
励磁电流：在磁路中用来产生磁通的电流
励磁电流
直流 ------- 直流磁路 交流 ------- 交流磁路
磁路分析
直流磁路 交流磁路
一. 直流磁路的分析
直流磁路的特点: I U （R 为线圈的电阻）
U一定 I 一定
R
Φ
（线圈中没有反电动势）
I
磁动势 F=IN 一定
U
L
di dt
2.电压电流关系
交流激励
i
线圈中产生感应电势
Φ
电路方程：
Φ和Φ 产生
的感应电势
Φ
u uR (el ) (e )
u
e
L
e
Ri N dΦ
dtБайду номын сангаас
Φ ：主磁通
Φ ：漏磁通
u 一般情况下 R 很小
u N dΦ
dt
i
Φ
Φ
u N dΦ
dt
u
e
L
e
假设 Φm sint
则 u NΦm cost
根据使用电源类型分为： 直流电磁铁：用直流电源励磁；
交流电磁铁：用交流电源励磁。
2. 基本结构
电磁铁由线圈、铁心及衔铁三部分组成，常见的
结构如图所示。
铁心
铁心
F
F
线圈
F 线圈
衔铁
衔铁 线圈
衔铁
F
铁心
有时是机械零件 、
工件充当衔铁
3. 电磁铁吸力的计算
电磁铁吸力的大小与气隙的截面积S0及气隙中的
磁感应强度B0的平方成正比。基本公式如下：
解
磁路的平均长度为 l＝（（10＋15）／2） ＝39.2cm
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中主磁通是
由一次、二次
1
e2 N 2 dt
绕组磁通势共 同产生的合成
eσ1
Lσ1
di1 dt
i2 ( i2N2)
2
磁通。 eσ2 Lσ2
d i2 dt
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2. 电压变换（设加正弦交流电压）
(1) 一次、二次侧主磁通感应电动势
主磁通按正弦规律变化，设为 msin t, 则
常用接法:
Y / Y0 : 三相配电变压器
低压绕组接法
Y / Δ : 动力供电系统（井下照明）
Y0 / Δ : 高压、超高压供电系统
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1) 三相变压器Y/Y0联结
+Βιβλιοθήκη + U1U1
U1
–3
V2 – W3
u1 +
U1
–3 K
w1
v1
+
U2 –
U1 K
线电压之比：
U1 U2
3 UP1 UP1 K 3 UP2 UP2
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2) 三相变压器Y0/联结
U1 +
U1
+
U P1
U1 3
–
w1
– V1 W1
线电压之比：
u1
+
U2 UP2
–
U1 3K
v1
U1 3UP1 3 UP1 3K
U2
UP2
UP2
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3. 电流变换 (一次、二次侧电流关系)
e1
N1
d
dt
N1
d dt
(
msin
t)
N1 mcos t
E1msin(t 90)
有效值:
E1
E1m 2
2fN 1m
2
E1 4.44 fm N1
同 理： e2 E2msin(t 90) E2 4.44 fm N2
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(2) 一次、二次侧电压
变压器一次侧等效电路如图
根据KVL：
U1
R1 R1
II11
Eσ1 j X1
I1 E1E1
I1 R1
+ ––
U1 E1 E1
– ++
式中 R1 为一次侧绕组的电阻;
X1=L1 为一次侧绕组的感抗(漏磁感抗，由漏
磁产生)。
由于电阻 R1 和感抗 X1 (或漏磁通)较小,其两端 的电压也较小,与主磁电动势 E1比较可忽略不计，
结论： 变压器一次侧的等效阻抗模，为二次
侧所带负载的阻抗模的K 2 倍。
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例1: 如图，交流信号源的电动 势 E= 120V，内阻 R 0=800， 负载为扬声器，其等效电阻为
RL=8。要求: (1)当RL折算到
原边的等效电阻 RL 时R，0
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可得磁势平衡式：i1N1 i2 N2 i0 N1
有载磁势
空载磁势
或：i1N1 i0 N1 i2 N2
1.提供产生m的磁势
2.提供用于补偿 i2 N2作用
的磁势
一般情况下：I0 (2~3)%I1N 很小可忽略。
所以 i1N1 i2 N2 或 I1 N1 I2 N 2
U1
V1
W1
高压绕组： U1、 V1 、W1 : 首端 U2、 V2 、W2 : 尾端
Uu12
Vv12
Ww12
低压绕组： u1、v1 、w1: 首端 u2
v2
w2
u2、v2 、w2: 尾端
(2) 三相变压器的联结方式 高压绕组接法
联结方式：Y / Y 、Y / Y0 、Y0 / Y 、Y / Δ 、Y0 / Δ
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1. 电磁关系 (1) 空载运行情况
i0
+
u1
一次侧接交流电源，–
e+–σe11+–
1
二次侧开路。
N1
i2 0
++
e2 u20
–– N2
u1 i0 ( i0N1)
1
eσ1
Lσ1
di0 dt
dΦ e1 N1 dt
dΦ e2 N 2 dt
则 U1 E1 U1 E1 4.44 f m N1
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对二次侧，根据KVL：
E2
R2 R2
II22
EjXσ22I2U2U2
式中 R2 为二次绕组的电阻;
i1
u+– 1e+–σe+–11
i2 +–ee+–22u+–2
X2=L2 为二次绕组的感抗； N1
N2
U2 为二次绕组的端电压。
变压器空载时: I2 0 , U2 U20 E2 4.44 f m N2
式中U20为变压器空载电压。
故有
U1 E1 N1 K U20 E2 N2
K为变比（匝比）
结论：改变匝数比，就能改变输出电压。
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三相电压的变换
(1) 三相变压器的结构
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变压器的结构
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变压器的分类
电力变压器 (输配电用)
按用途分 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 按相数分
单相变压器 按制造方式 壳式
心式
变压器符号
6.3 变压器
一、概述
变压器是一种常见的电气设备，在电力系统和电 子线路中应用广泛。 变压器的主要功能有：
变电压：电力系统 变电流：电流互感器 变阻抗：电子线路中的阻抗匹配
在能量传输过程中，当输送功率P =UI cos 及 负载功率因数cos 一定时：
U I P = I²Rl 电能损耗小 I S 节省金属材料（经济）
有载运行
Z2
I2
U2 Z2
不论变压器空载还是
有载，一次绕组上的阻
+
u–1
–i1
e1
+
抗压降均可忽略，故有
Φ
N1 N2
i2
++
e2 u2 |Z|
––
U1 E1 4 .44 f m N1
当U1、 f 不变，则 m 基本不变，近于常数。
即：铁心中主磁通的最大值m在变压器空载和
有载时基本是恒定的。
空载：i0 N1 m 有载：i1 N1 i2 N2 m
所以 I1N1 I2N2
IN 1
1 2
INK
2
1
结论：一次、二次侧电流与匝数成反比。
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4. 阻抗变换
I1
I2
I1
+
+
+
U1
Z U2
U1 Z
–
– –
由图可知： Z U 2
I2
Z U1 KU2 K 2 U2 K 2 Z
I1
I2 K
I2
Z U1 I1
Z K2 Z
空载时， 铁心中主
磁通是
由一次绕 组磁通势 产生的。
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1. 电磁关系
(2) 带负载运行情况 i1
+
u1
一次侧接交流电源， –
e+–σe11+–
2
1
二次侧接负载。
N1
i2
+–e2e+–2u+–2 Z N2
dΦ 有载时，铁心
u1 i1 ( i1N1)
e1 N1
dt