磁路与铁心线圈电路课件.ppt

关于磁路与铁心线圈电路现在学习的是第1页，共47页一、磁路一、磁路3.1 3.1 磁路及其分析方法磁路及其分析方法磁路：主磁通所经过的闭合路径。磁路：主磁通所经过的闭合路径。i 线圈通入电流后，产生线圈通入电流后，产生磁通，分主磁通和漏磁磁通，分主磁通和漏磁通。通。：主磁通主磁通：漏磁通漏磁通铁心铁心（导磁性能好（导磁性能好 的磁性材料）的磁性材料）线圈线圈现在学习的是第2页，共47页磁场的特性可用磁场的特性可用磁感应强度、磁通、磁场强度、磁感应强度、磁通、磁场强度、磁导率磁导率等几个物理量表示等几个物理量表示。1、磁感应强度、磁感应强度 与与磁场方向相垂直磁场方向相垂直的单位面积上通过的的单位面积上通过的磁通磁通（磁（磁力线），可表示磁场内某点的力线），可表示磁场内某点的磁场强弱和方向磁场强弱和方向。B的的单位单位：特：特斯拉斯拉（T）1T104Gs 的单位：韦伯的单位：韦伯矢量矢量二、磁场的基本物理量二、磁场的基本物理量现在学习的是第3页，共47页2、磁通、磁通 磁感应强度磁感应强度B与垂直于磁场方向的面积与垂直于磁场方向的面积S的的乘积乘积，称为称为通过该面积通过该面积的的磁通磁通。如如 磁场内各点的磁感应强度的磁场内各点的磁感应强度的大小相等大小相等，方向相同方向相同，这样的磁场则称为这样的磁场则称为均匀磁场均匀磁场。BS 的单位：的单位：伏伏 秒，通称为韦秒，通称为韦 伯伯 Wb 或麦克斯韦或麦克斯韦Mx 1Wb108Mx 现在学习的是第4页，共47页3、磁场强度、磁场强度 磁场强度磁场强度是计算磁场所用的物理量，其大小为是计算磁场所用的物理量，其大小为磁磁感应强度感应强度和和导磁率导磁率之之比比。H的单位：安米的单位：安米 的单位：亨米的单位：亨米矢量矢量4、磁导率、磁导率 磁导率磁导率 是一个用来表示是一个用来表示磁场媒质磁性磁场媒质磁性和衡量和衡量物质导磁物质导磁能力能力的物理量的物理量。现在学习的是第5页，共47页真空中的磁导率为常数真空中的磁导率为常数一般材料的磁导率一般材料的磁导率 和真空磁导率和真空磁导率 0 0 的比值，称为的比值，称为该物质的相对磁导率该物质的相对磁导率 r r 或或现在学习的是第6页，共47页磁性材料的磁性能磁性材料的磁性能 一、高导磁性一、高导磁性 指磁性材料的磁导率很高，指磁性材料的磁导率很高，r r11，使其具有，使其具有被强烈磁化被强烈磁化的特性。的特性。三、三、磁性材料的磁性能磁性材料的磁性能高导磁性、磁饱和性、磁滞性、非线性高导磁性、磁饱和性、磁滞性、非线性 磁磁性性物物质质的的磁磁化化现在学习的是第7页，共47页二、磁饱和性二、磁饱和性 当外磁场（或励磁电流）增大到一定值时，磁性当外磁场（或励磁电流）增大到一定值时，磁性材料的全部磁畴的磁场方向都转向与磁场的方向一致，材料的全部磁畴的磁场方向都转向与磁场的方向一致，磁化磁场的磁化磁场的磁感应强度磁感应强度B BJ J达到饱和值达到饱和值。磁化磁化 曲线：曲线：B和和 与与H的关系的关系现在学习的是第8页，共47页三、磁滞性三、磁滞性 当铁心线圈中通有当铁心线圈中通有交变电流交变电流（大小和方向都变化）（大小和方向都变化）时，铁心就受到交变磁化，时，铁心就受到交变磁化，电流变化电流变化时，时，B随随H而变化而变化，当当H已减到零值时已减到零值时，但，但B未回到零未回到零，这种磁感应强度滞，这种磁感应强度滞后于磁场强度变化的性质称磁性物质的磁滞性。后于磁场强度变化的性质称磁性物质的磁滞性。磁滞回线磁滞回线剩磁：剩磁：当线圈中当线圈中电流减到电流减到零零（H0），铁心在磁化时所），铁心在磁化时所获的磁性还获的磁性还未未完全消失，这完全消失，这时铁心中所时铁心中所保留保留的磁感应强的磁感应强度称为剩磁感应强度度称为剩磁感应强度Br现在学习的是第9页，共47页BrHcH（I）B()0 0BrHcH（I）B()0 0BrHcH（I）B()0 0铁磁材料分类铁磁材料分类：软磁材料软磁材料（磁滞回线窄长。常用做（磁滞回线窄长。常用做磁头、磁心等）磁头、磁心等）永磁材料永磁材料（磁滞回线宽。常用做永（磁滞回线宽。常用做永久磁铁）久磁铁）矩磁材料矩磁材料（磁滞回线接近矩形。可用做记忆（磁滞回线接近矩形。可用做记忆元件）。元件）。现在学习的是第10页，共47页I1I2I3电流方向和磁场强度的方向电流方向和磁场强度的方向符合符合右手定则右手定则，电流取，电流取正正；否则否则取取负负。1、安培环路定律（全电流定律）：、安培环路定律（全电流定律）：磁场中磁场中任何闭合回路任何闭合回路磁场强度的磁场强度的线积分线积分,等于等于通过这通过这个闭合路径内个闭合路径内电流的代数和电流的代数和.即即四、磁路的分析方法四、磁路的分析方法现在学习的是第11页，共47页其中其中l x2 x是是半径为半径为x的圆周长的圆周长Hx是半径是半径 x 处的处的磁场强度磁场强度FNI即线圈匝数与电流的乘积，称即线圈匝数与电流的乘积，称磁通势磁通势 单位为安单位为安 培培（A）在无分支的均匀磁路在无分支的均匀磁路（磁路（磁路的材料和截面积相同，各处的的材料和截面积相同，各处的磁场强度相等）中，如环形线磁场强度相等）中，如环形线圈，安培环路定律可写成：圈，安培环路定律可写成：现在学习的是第12页，共47页讨论讨论磁场内某一点的磁场强度磁场内某一点的磁场强度H与与 有关吗有关吗？由上式可知，磁场内某一点的由上式可知，磁场内某一点的H只与电流大小、线圈只与电流大小、线圈匝数匝数及及该点的几何位置该点的几何位置有关，有关，而与而与 无关无关H与与B不成比例不成比例现在学习的是第13页，共47页2、磁路的欧姆定律、磁路的欧姆定律对于环形线圈对于环形线圈磁路的磁路的欧姆定律欧姆定律说明说明F=NI为磁通势为磁通势 Rm为磁阻为磁阻l为磁路的平均长度为磁路的平均长度 S为磁路的截面积为磁路的截面积磁路磁路长度长度L线圈线圈匝数匝数NI现在学习的是第14页，共47页磁路和电路的比较（一）磁路和电路的比较（一）磁磁路路电电路路磁通磁通INR+_EI磁压降磁压降磁通势磁通势电动势电动势电流电流电压降电压降U现在学习的是第15页，共47页基本定律基本定律 磁阻磁阻磁感应磁感应强度强度安培环路安培环路定律定律磁磁 路路IN欧姆定律欧姆定律电阻电阻电流电流强度强度基氏基氏电压定律电压定律基氏基氏电流定律电流定律磁路与电路的比较磁路与电路的比较(二二)电电 路路R+_EI现在学习的是第16页，共47页3、磁路的计算、磁路的计算 在计算电机、电器等的磁路时，要在计算电机、电器等的磁路时，要预先给定铁心中预先给定铁心中的的磁磁通通（或磁感应强度），而后按照所给的（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势FNI。计算均匀磁路要用磁场强度计算均匀磁路要用磁场强度H，即即NIHl，如磁路由不同的材料、长度和截面积的几段组如磁路由不同的材料、长度和截面积的几段组成，则磁路由磁阻不同的几段串联而成。成，则磁路由磁阻不同的几段串联而成。NIH1 l1H2 l2（H l）现在学习的是第17页，共47页如如：由三段串联而成由三段串联而成的继电器磁路的继电器磁路NIH1 l1H2 l2 H0（H l）现在学习的是第18页，共47页励磁电流励磁电流：在磁路中用来产生磁通的电流在磁路中用来产生磁通的电流励磁电流励磁电流直流直流 -直流磁路直流磁路 交流交流 -交流磁路交流磁路磁路分析磁路分析直流磁路直流磁路交流磁路交流磁路3.2 3.2 交流铁心线圈电路交流铁心线圈电路铁心线圈分为：铁心线圈分为：直流铁心线圈直流铁心线圈和和交流铁心线圈交流铁心线圈现在学习的是第19页，共47页IU直流磁路的特点直流磁路的特点:一定一定一定一定磁动势磁动势 F=IN一定一定磁通和磁阻成反比磁通和磁阻成反比（线圈中没有反电动势）（线圈中没有反电动势）（R 为线圈的电阻）为线圈的电阻）一一.直流磁路的分析直流磁路的分析现在学习的是第20页，共47页二二.交流磁路的分析交流磁路的分析 (交流铁心线圈电路交流铁心线圈电路)：主磁通：主磁通：漏磁通：漏磁通ui1.电磁关系电磁关系现在学习的是第21页，共47页电路方程：电路方程：一般情况下一般情况下 交流激励交流激励 线圈中产生感应电势线圈中产生感应电势：主磁通：主磁通：漏磁通：漏磁通的感应电势的感应电势 和和 产生产生2.2.电压电流关系电压电流关系ui+-+-现在学习的是第22页，共47页假设假设则则最大值最大值有效值有效值ui+-+-现在学习的是第23页，共47页一定时磁动势一定时磁动势IN随磁阻随磁阻 的变化而变化。的变化而变化。当外加电压当外加电压U、频率、频率 f 与与线圈匝数线圈匝数N一定时一定时，便便基本不变。根据磁路欧姆基本不变。根据磁路欧姆定律定律 ，当，当 交流磁路的特点交流磁路的特点:ui+-+-现在学习的是第24页，共47页交流磁路中磁阻交流磁路中磁阻 对电流的影响对电流的影响 电磁铁吸合过程的分析：电磁铁吸合过程的分析：在吸合过程中若外加电压在吸合过程中若外加电压不变不变,则则 基本不变。基本不变。iu电磁铁吸合前电磁铁吸合前(气隙大）气隙大）大大 起动电流大起动电流大 电磁铁吸合后电磁铁吸合后(气隙小）气隙小）小小 电流小电流小 如果气隙中有异物卡住，电磁铁长时间吸不上，线如果气隙中有异物卡住，电磁铁长时间吸不上，线圈中的电流一直很大，将会导致过热，把线圈烧坏。圈中的电流一直很大，将会导致过热，把线圈烧坏。注意：注意：现在学习的是第25页，共47页(U不变，不变，I不变）不变）(I 随随 Rm 变化）变化）（U不变时，不变时，基本不变基本不变）直流磁路直流磁路交流磁路交流磁路磁路磁路小结小结（随随Rm变化）变化）现在学习的是第26页，共47页铁损铁损 PFe:磁滞损耗磁滞损耗:Ph:磁滞现象引起铁芯发热造成的损磁滞现象引起铁芯发热造成的损失失。涡流损耗涡流损耗 Pe:交变磁通在铁芯中产生交变磁通在铁芯中产生 的感应电流的感应电流（涡流），（涡流），造成的损失造成的损失。克服方法克服方法:1.磁滞损耗磁滞损耗:选用软磁材料选用软磁材料.2.涡流损耗涡流损耗:采用硅钢片采用硅钢片,叠加而成叠加而成 3.功率损耗功率损耗铜损铜损 Pcu:线圈电阻线圈电阻R上的损耗（上的损耗（）.铁心线圈交流电路的有功功率为：铁心线圈交流电路的有功功率为：Ph=UIh=Kh f Bm V Pe=UIe=Ke f 2Bm V2=1.62Bm1T 现在学习的是第27页，共47页变压器是变换各种交流电压的电器。它是利用电磁感应定律变压器是变换各种交流电压的电器。它是利用电磁感应定律并通过磁路的耦合作用并通过磁路的耦合作用,把某一个数量级的交流电压，变换成把某一个数量级的交流电压，变换成把某一个数量级的交流电压，变换成把某一个数量级的交流电压，变换成同频率的另一个数量级的交流电压的能量变换装置。同频率的另一个数量级的交流电压的能量变换装置。同频率的另一个数量级的交流电压的能量变换装置。同频率的另一个数量级的交流电压的能量变换装置。3.3 变压器变压器 发电厂发电厂1.05万伏万伏输电线输电线22万伏万伏升压升压变电站变电站1万伏万伏降压降压 变压器应用举例实验室实验室380/220伏伏降压降压仪器仪器36伏伏降压降压降压降压现在学习的是第28页，共47页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。其它部件其它部件: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2.2.构造构造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。1.分类分类分类分类概述概述现在学习的是第29页，共47页各式各样的变压器各式各样的变压器现在学习的是第30页，共47页单相变压器单相变压器铁芯铁芯一次一次绕组绕组二次二次绕组绕组结构：结构：3.3.1 变压器的工作原理变压器的工作原理现在学习的是第31页，共47页电磁关系：电磁关系：N1N2变压器符号：变压器符号：N1N2现在学习的是第32页，共47页空载运行空载运行：一次绕组接入电源，二次绕组一次绕组接入电源，二次绕组开路开路。接上接上交流电源交流电源 一次绕组电流一次绕组电流 i1等等 于励于励 磁电流磁电流 i10 产生感应电动势产生感应电动势 i10 产生磁通产生磁通（交变）（交变）1.电压变换电压变换-+-+现在学习的是第33页，共47页结论：结论：改变匝数比改变匝数比，就能，就能改变输出电压改变输出电压。K为变比为变比根据交流磁路的分析根据交流磁路的分析可得：可得：时时现在学习的是第34页，共47页负载运行：负载运行：Z 二次绕组带负载后对磁路的二次绕组带负载后对磁路的影响：在二次绕组感应电压的影响：在二次绕组感应电压的作用下，二次绕组线圈中有了作用下，二次绕组线圈中有了电流电流 i2。此电流在磁路中此电流在磁路中也会产生磁通，从而影响一次绕组电流也会产生磁通，从而影响一次绕组电流 i1。但当外加电压、频率不变但当外加电压、频率不变时，铁芯中主磁通的最大值在变压器空载或有负载时基本不变时，铁芯中主磁通的最大值在变压器空载或有负载时基本不变 。所以，带负载后所以，带负载后磁动势的平衡式磁动势的平衡式为：为：2.电流变换电流变换现在学习的是第35页，共47页结论：结论：一次、二次绕组电流与匝数成反比一次、二次绕组电流与匝数成反比 由于变压器铁芯材料的导磁率高、空载励磁电流由于变压器铁芯材料的导磁率高、空载励磁电流 很小，可忽略很小，可忽略。即：。即：现在学习的是第36页，共47页从一次绕组等从一次绕组等效：效：结论：结论：变压器一次绕组侧的等效负载，为二次绕组所带负变压器一次绕组侧的等效负载，为二次绕组所带负载乘以变比的平方。载乘以变比的平方。3.阻抗变换阻抗变换u1i1RL现在学习的是第37页，共47页例：例：扬声器上如何得到最大输出功率扬声器上如何得到最大输出功率RsRL信号源信号源设：设：信号电压的有效值信号电压的有效值:U1=50V;信号内阻：信号内阻：Rs=100 ;负载为扬声器，其等负载为扬声器，其等 效电阻：效电阻：RL=8。求：求：负载上得到的功率负载上得到的功率解：解：（1）将负载直接接到信号源上）将负载直接接到信号源上，得到的输出功，得到的输出功 率为：率为：现在学习的是第38页，共47页Rs（2）将负载通过变压器接到信号源上。）将负载通过变压器接到信号源上。输出功率为：输出功率为：设变比设变比 则：则：结论：结论：由此例可见加入变压器以后，输出功率提高了由此例可见加入变压器以后，输出功率提高了 很多。很多。现在学习的是第39页，共47页二次二次输出电压和输出电流的关系。即：输出电压和输出电流的关系。即：U2I2U20U20：一次边加额定电压、一次边加额定电压、二次边开路时，二次边的输二次边开路时，二次边的输出电压。出电压。一般供电系统希望要硬特性（随一般供电系统希望要硬特性（随I2的变化，的变化，U2 变化不多）变化不多）3.3.2 3.3.2 变压器的外特性变压器的外特性现在学习的是第40页，共47页为防止涡流损失，铁芯一为防止涡流损失，铁芯一般由一片片导磁材料叠成般由一片片导磁材料叠成(如硅钢片如硅钢片)。变压器的损耗包括两部分：变压器的损耗包括两部分：铜损铜损(PCU)：绕组导线电阻所致。绕组导线电阻所致。磁滞损失磁滞损失：磁滞现象引起铁芯发热，：磁滞现象引起铁芯发热，造成的损失。造成的损失。涡流损失：涡流损失：交变磁通在铁芯中产生交变磁通在铁芯中产生 的感应电流（涡流），的感应电流（涡流），造成的损失。造成的损失。铁损铁损()：PFE3.3.3 3.3.3 变压器的损耗与效率变压器的损耗与效率()现在学习的是第41页，共47页一一.自耦变压器自耦变压器ABP 使用时，改变滑动端的位置，便可得到不同的输使用时，改变滑动端的位置，便可得到不同的输出电压。实验室中用的调压器就是根据此原理制作的。出电压。实验室中用的调压器就是根据此原理制作的。注意：原、副边千万不能对调使用，注意：原、副边千万不能对调使用，以防变压器损坏。以防变压器损坏。因为因为N变小时，磁通增大，电流会迅速增加。变小时，磁通增大，电流会迅速增加。3.3.4 3.3.4 特殊变压器简介特殊变压器简介（调压器）（调压器）现在学习的是第42页，共47页二二.电流互感器：用低量程的电流表测大电流电流互感器：用低量程的电流表测大电流（被测电流）（被测电流）N1（匝数少（匝数少）N2（匝数多（匝数多）ARi1i2电流表电流表被测电流被测电流=电流表读数电流表读数 N2/N11.二次不能开路二次不能开路，以，以 防产生高电压；防产生高电压；2.铁心、低压绕组的铁心、低压绕组的 一端一端 接地，以防在接地，以防在 绝缘损坏时，在二次绝缘损坏时，在二次出现过压。出现过压。使用注意事项：使用注意事项：现在学习的是第43页，共47页 当电流流入两个线圈当电流流入两个线圈(或流出）时，若或流出）时，若产生的磁通方向产生的磁通方向相同相同，则，则两个流入端称为同极性端两个流入端称为同极性端（同名端）。或者说，当铁（同名端）。或者说，当铁芯中磁通变化（增大或减小）时，在两线圈中产生的感应电动芯中磁通变化（增大或减小）时，在两线圈中产生的感应电动势极性相同的两端为同极性端。势极性相同的两端为同极性端。同极性端同极性端(同名端同名端)AXax*AXax*3.3.53.3.5变压器绕组的极性变压器绕组的极性现在学习的是第44页，共47页电器使用时两种电压（电器使用时两种电压（220V/110V）的切换：）的切换：220V：联结联结 2 3110V：联结联结 1 3，2 4线圈的接法线圈的接法1324*现在学习的是第45页，共47页 额定电压额定电压 变压器二次侧开路（空载）时，两边绕组允许变压器二次侧开路（空载）时，两边绕组允许的电压值。的电压值。额定电流额定电流 变压器满载运行时，两边绕组允许的电流值。变压器满载运行时，两边绕组允许的电流值。额定容量额定容量 传送功率的最大能力。传送功率的最大能力。（理想）（理想）3.3.6 3.3.6 变压器的铭牌数据（以单相变压器为例）变压器的铭牌数据（以单相变压器为例）现在学习的是第46页，共47页感谢大家观看现在学习的是第47页，共47页