6磁路与铁心线圈电路.pptx
第第6章章 6.1第2页/共45页第1页/共45页第第6章章 6.1第3页/共45页第2页/共45页5.5.磁通势磁通势磁通势磁通势 Fm 定义：F=N i 或 F=N I 单位:安培 A 1.1.高导磁性高导磁性2.2.磁饱和性磁饱和性3.3.磁滞性磁滞性6.6.磁压降磁压降磁压降磁压降 Um 定义：Um=H l 单位：A(安培)6.1.2 磁性材料的磁性能磁性材料的磁性能第第6章章 6.1 4.按磁性物质的磁性能，磁性按磁性物质的磁性能，磁性材料可以分成三种类型材料可以分成三种类型:(1)软磁材料软磁材料 Hc较小较小(2)永磁材料永磁材料 Hc较大较大3)矩磁材料矩磁材料 Hc较小且较小且Br较大较大第4页/共45页第3页/共45页第第6章章 6.1 在没有外磁场的作用时，各个磁畴排列混乱，磁场互相抵在没有外磁场的作用时，各个磁畴排列混乱，磁场互相抵消，对外既显示不出磁性来消，对外既显示不出磁性来(a)。在外磁场作用下，其中的磁畴。在外磁场作用下，其中的磁畴就顾外磁场方向转向，显示出磁性来。随着外磁场的增强就顾外磁场方向转向，显示出磁性来。随着外磁场的增强(或励或励磁电流的增大磁电流的增大)，磁畴就逐渐转与外磁场相同的方向上，磁畴就逐渐转与外磁场相同的方向上(b)。这。这样，便产生了一个很强的与外磁场同方向的磁化磁场，而使磁样，便产生了一个很强的与外磁场同方向的磁化磁场，而使磁性物质内的磁感应强度大大增加。这就是说磁性物质被强烈地性物质内的磁感应强度大大增加。这就是说磁性物质被强烈地磁化了。磁化了。在这种具有铁心的线圈中通入不大的励磁电流在这种具有铁心的线圈中通入不大的励磁电流,便可产生足便可产生足够大的磁通和磁感应强度。这就解决了既要磁通大，又要励磁够大的磁通和磁感应强度。这就解决了既要磁通大，又要励磁电流小的矛盾。利用优质的磁性材料可使同一容量的电机的重电流小的矛盾。利用优质的磁性材料可使同一容量的电机的重量和体积大大减轻和减小。量和体积大大减轻和减小。1.1.高导磁性高导磁性第5页/共45页第4页/共45页第第6章章 6.1BHB-H-Hbca oa段段B与与H差不多差不多成正比地增加成正比地增加;ab段段B的增加缓慢下来的增加缓慢下来;bc以后一以后一段段B增加得很少，达到增加得很少，达到了磁饱和。了磁饱和。当有磁性物质存在时B与H不成正比，所以磁性物质的磁导率不是常数，随H而变.虽然磁通与B成正比，产生磁通的励磁电流I与H成正比，但在存在磁性物质的情况下，与I也不成正比。2.2.磁饱和性磁饱和性第6页/共45页第5页/共45页第第6章章 6.1HmHmBrHCBH 当铁心线圈中通有交变当铁心线圈中通有交变电流时，铁心就受到交变磁电流时，铁心就受到交变磁化。化。磁感应强度磁感应强度B B随磁场强随磁场强度度H H而变化的关系如图所示。而变化的关系如图所示。当当H H已减到零值时，但已减到零值时，但B B并未并未回到零值。这种磁感应强度回到零值。这种磁感应强度滞后于磁场强度变化的性质滞后于磁场强度变化的性质称为磁性物质的进滞性。称为磁性物质的进滞性。剩磁感应强度剩磁感应强度Br,使使B0的的H值，称为矫顽磁力值，称为矫顽磁力Hc。3.3.磁滞性磁滞性第7页/共45页第6页/共45页1.磁通连续性原理：磁通连续性原理：sB dS=02.安培环路定律：安培环路定律：lH d l=II 铁心线圈磁路的概念磁路的概念 磁路是研究局限于一定范围内的磁场问题。磁路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，也是电工技术课程所研究的基本对象。与电路一样，也是电工技术课程所研究的基本对象。6.1.3 磁路的分析方法磁路的分析方法第第6章章 6.1第8页/共45页第7页/共45页I1I2 F F=01=2+33.磁路的克希荷夫第一定律磁路的克希荷夫第一定律123可与电路中的可与电路中的KCL 类比类比第第6章章 6.1第9页/共45页第8页/共45页I1I21 12 23 34.磁路的克希荷夫第二定律磁路的克希荷夫第二定律l3l2l1N1N2 H l=N Il0H1 l1+H2(l2+l3)+H0 l0=N1I1 N2I2可与电路中的可与电路中的KVL 类比类比第第6章章 6.1第10页/共45页第9页/共45页5.磁路的欧姆定律磁路的欧姆定律可与电路类比可与电路类比I1I21 12 23 3l3l2l1N1N2l0=B S=HS=Hll S=UmRm S定义：定义：Rm=为磁阻为磁阻l（Fm）Um=Rm 或或 =Um/RmU =R IR =lSS单位：1/H (1/亨)第第6章章 6.1第11页/共45页第10页/共45页第第6章章 6.1磁路与电路对照磁路与电路对照1.相似之处相似之处第12页/共45页第11页/共45页第第6章章 6.1磁路与电路对照磁路与电路对照2.不同之处不同之处 (1)在处理电路时一般不涉及电场问题，但在处理磁路在处理电路时一般不涉及电场问题，但在处理磁路时离不开磁场的概念。时离不开磁场的概念。(2)在处理电路时一般可以不考虑漏电流在处理电路时一般可以不考虑漏电流(因为导体的电因为导体的电导率比周围介质的电导率大得多导率比周围介质的电导率大得多)，但在处理磁路时一般都，但在处理磁路时一般都要考虑漏磁通要考虑漏磁通(因为磁路材料的磁导串比周围介质的磁导率因为磁路材料的磁导串比周围介质的磁导率大得不太多大得不太多)。(3)磁路的欧姆定律与电路的欧姆定律只是在形式上相磁路的欧姆定律与电路的欧姆定律只是在形式上相似。由于似。由于的变化，的变化，不能直接应用磁路的欧姆定律来计算，不能直接应用磁路的欧姆定律来计算，它只能用于定性分析。它只能用于定性分析。(4)在电路中，当在电路中，当E0时，时，I0；但在磁路中，由于有；但在磁路中，由于有剩磁，当剩磁，当F0时，时，0 0。第13页/共45页第12页/共45页(1)已知磁通 求磁通势F条件:已知 ,S,l,求求:F,I,N方法:对线性磁路 0SR0=l0，代入，代入 Um=R对非线性磁路1.r已知,求求 R=lr 0S2.r未知,B=H U=H l S B-H Um=Fm，代入，代入 Um=R6.直流磁路的计算直流磁路的计算第第6章章 6.1第14页/共45页第13页/共45页 0S Rm0=l0NI 0,l0l1,1,S例1 已知:l1=0.2m,S=10-4m2,N=10 3,=0.4 10-4Wb,l0=0.2mm,解=410-710-4 210-4l1r 0SRm1=铁心：气隙：5=106 1/H103410-710-4 0.2=5=106 1/HUm=Um0+Um1=(Rm0+Rm1)5=10620.410-4AFm=I N=Um=400 AI=Fm/N=0.4 AUm0=200 Al0l1+l0=0.1%11000结论结论 :气隙的长度很小,但 磁阻很大,故磁压降很大。Nr=10 3,求：F和 I第第6章章 6.1第15页/共45页第14页/共45页NI 0,l0l1,1,A例2 已知:l1=0.2m,S=10-4m2,N=10 3,=0.410-4Wb,l0=0.2mm,解 铁心：Fm=IN=Um0+Um1=484 AI=Fm/N=0.484 AN已知材料为铸钢,r未知。B=S0.410-410-4=0.4=1.25 TB-HB H1 1420 A/mUm1=H1 l1=284A气隙：气隙：Um0=H0 l0=l0=200 AB0求:Fm和 I第第6章章 6.1第16页/共45页第15页/共45页1.对均匀磁路(单个磁阻)(2)已知磁通势F F 求磁通l 已知 B-HFm Um H B B S2.对非均匀磁路(多个磁阻)采用试探法：设 Fm与F 比较,根据差值 =FmF 再设 Fm,直至满足误差的要求。第第6章章 6.1第17页/共45页第16页/共45页6.2 6.2.1 1 电磁关系电磁关系电磁关系电磁关系6.2 交流铁心线圈电路交流铁心线圈电路第第6章章 6.2ee Nui+-+-因为漏磁通经过空气隙，所以励磁电流I与成线性关系，铁心线圈的漏磁电感(L=N/i)为常数。为常数。但主磁通通过铁心，铁心线圈的主磁电感L不是一个常数，因此，铁心线圈是一个非线性电感元件。第18页/共45页第17页/共45页e=N dF F dt设设 =msin te=Nmcos t=Emsin(t-90)e =N dF F dt6.2 6.2.1 1 电磁关系电磁关系电磁关系电磁关系Em=Nm=2 f Nm=EE =f Nm2 =4.44 f Nm 6.2 交流铁心线圈电路交流铁心线圈电路第第6章章 6.2ee Nui+-+-第19页/共45页第18页/共45页e=N dF F dtdF F dte =N 6.2.2 电压电流关系电压电流关系uFm=iN uR=iR(主磁通主磁通)(漏磁通漏磁通)由由KVL：u=iR e e u eR和 e 很小U 的有效值的有效值U E =4.44 f NmU=4.44 f NSKBm其中K 叠片系数(K1)第第6章章 6.2ee Nui+-+-第20页/共45页第19页/共45页(4)铜损(1)磁滞损耗 Ph=UIh=Kh f Bm V=1.62Bm1T(2)涡流损耗 Pe=UIe=Ke f 2Bm V2(3)铁心损耗 PFe=UIC=Ph+Pe PCu=I 2R6.2.3 6.2.3 功率损耗功率损耗第第6章章 6.2ee Nui+-+-第21页/共45页第20页/共45页(1)磁滞损耗 Ph S(2)涡流损耗6.2.3 6.2.3 功率损耗功率损耗第第6章章 6.2ee Nui-+-+-第22页/共45页第21页/共45页概述概述按用途分按用途分: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。变压器是变换各种交流电压的电器。它是利用变压器是变换各种交流电压的电器。它是利用变压器是变换各种交流电压的电器。它是利用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电磁感应定律并通过磁路的耦合作用电磁感应定律并通过磁路的耦合作用电磁感应定律并通过磁路的耦合作用,把某一个数把某一个数把某一个数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量级的交流电压，变换成同频率的另一个数量级的量级的交流电压，变换成同频率的另一个数量级的量级的交流电压，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。交流电压的能量变换装置。交流电压的能量变换装置。交流电压的能量变换装置。1.1.分类分类分类分类6.3 变压变压器器第第6章章 6.3第23页/共45页第22页/共45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。变压器高、低压绕组变压器高、低压绕组: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.构造构造构造构造壳式变压器心式变压器铁心铁心线圈线圈第第6章章 6.3第24页/共45页第23页/共45页第第6章章 6.36.3.1 变压器的工作原理二次绕组一次绕组一次绕组1.变变压压器器的的电电磁磁关关系系第25页/共45页第24页/共45页2.电压变换电压变换e1=-=-N1 dF F dte 1=-=-N1dF F 1 dte2=-=-N2 dF F dt6.3.1 变压器的工作原理第第6章章 6.3e1e1 1N1u1AXN2e2u20axSZL-+-+-+-+-e2第26页/共45页第25页/共45页AXax图形符号图形符号U1=E1 E2 E1U1 U20=U1U2=kN1N2U20=E2 U1U2E1E2 4.44 f N1m 4.44 f N2mN1N2=结论 变比第第6章章 6.32.电压变换电压变换U20U1 1N1N2AXaxI0E2 E1 E 1 第27页/共45页第26页/共45页aSZL 1N1N2AXxI1E2 U2 E1 U1 E 1 2I2ui1N1 1(漏磁通漏磁通)e 1E =4.44 f Nmi1R1(主磁通主磁通)e1,e2 i2i2N2 ZLi2N2 2(对对起阻碍作用起阻碍作用)e e2 2 2(漏磁通漏磁通)e 2为保持主磁通不变,只有增大电流 i1(空载电流i0)2.电流变换电流变换第第6章章 6.3E 2 第28页/共45页第27页/共45页aSRL 1N1N2AXxI1E2 U2 E1 U1 E 1 2I2 t t ti1i22e1 e2dF F dte1=N1 e2=N2 dF F dt设设 =msin te=Nmcost=Emsin(t-90)cos 2当当 ZL=RL(即即 cos)时时,i2 与与 e2 同相位同相位2=2msin(t-90)第第6章章 6.32.电流变换电流变换第29页/共45页第28页/共45页aSZLN1I1=N2 I2N1I1+N2 I2=N1I0 N1I1+N2 I2=0 N1I1=N2 I2 1N1N2AXxI1E2 U2 E1 U1 E 1 2I2I1I2 =N2N11 k(I0 小小)结论产生主磁通 的磁动势有效值I0=I1N(2.5)第第6章章 6.32.电流变换电流变换第30页/共45页第29页/共45页ZL=U1I1I2nZU2U1I1Z0ZL=U2I2ZL=kU2I2/k=k2 U2I2=k2 ZLZL=k2 ZLE结论可利用变压器进行阻抗匹配3.阻抗变换阻抗变换第第6章章 6.3第31页/共45页第30页/共45页6.3.2 变压器的外特性R1jX1R0jX0E1 U1 I1kZL E2 I2 E1R1jX1 I1R0jX 0 U2 U11.变压器的等值电路变压器的等值电路（1 1）空载运行等值电路空载运行等值电路（2 2）负载运行等值电路负载运行等值电路X 1 漏磁感抗漏磁感抗X0 励磁感抗励磁感抗第第6章章 6.3第32页/共45页第31页/共45页相量图相量图m I0 I1I2 I2 E1 I1 R1 I1 j X 1 U1 E2 E1E2=I2 j XS2 I2 R2 U2 感性负载感性负载第第6章章 6.3第33页/共45页第32页/共45页I2kZLU2U1I1Z0Ecos=0.8cos=110U2/U2NI2/I2N11.1.损耗损耗损耗损耗 P=PCu+PFe PCu=I1 R1+I2 R22 22.2.效效效效率率率率P2 P1=100%P2+PCu+PFeP2 =100%外特性外特性 U2=f(I2)=(90 99)%2.变压器的外特性变压器的外特性6.3.3 变压器的损耗与效率第第6章章 6.3第34页/共45页第33页/共45页3.3.额定容量额定容量额定容量额定容量 (V.A)SN=U1NI1N=U2NI2N三相变压器三相变压器单相变压器单相变压器SN=U1NI1N=U2NI2N 4.4.额定电压额定电压额定电压额定电压 U1N和和和和 U2N 5.5.额定电流额定电流额定电流额定电流 I1N和和和和 I2N 变压器的额定电流I1N和I2N是指按规定工作方式(长时连续工作或短时工作或间歇工作)运行时原、副绕组允许通过的最大电流，它们是根据绝缘材料允许的温度确定的。U2N原方绕组加原方绕组加U1N时，副方绕组的开路电压时，副方绕组的开路电压U2N应比满载运行时的输出电压应比满载运行时的输出电压U2高出高出5 10%6.3.3 变压器的损耗与效率第第6章章 6.3第35页/共45页第34页/共45页U1 N1N2 U2ZL I1 I2 IU1N1N2ZLU2U1U2=N1N2=kI1I2N2N1=1kI=I1 I2I=(1)I1N1 N2N2 N1=(1)I2k=1 时,I=0；k1 时,I0工作原理工作原理工作原理工作原理可用作调压器可用作调压器可用作调压器可用作调压器6.3.4 特殊变压器第第6章章 6.31.自耦变压器自耦变压器第36页/共45页第35页/共45页第第6章章 6.32.交流互感器交流互感器(1).(1).工作原理工作原理工作原理工作原理 (2)作用作用 电流互感器可使测量仪表与高压电路隔开，以保证电流互感器可使测量仪表与高压电路隔开，以保证人身与设备的安全。人身与设备的安全。电流互感器可将大电流变换为小电流进行测量。电流互感器可将大电流变换为小电流进行测量。第37页/共45页第36页/共45页第第6章章 6.3(3).(3).示例示例示例示例测流钳测流钳 在使用电流互感器时，副绕组在使用电流互感器时，副绕组电路是不允许所开的。这点和普通电路是不允许所开的。这点和普通变压器不一样。变压器不一样。为了使用安全起见，电流互感为了使用安全起见，电流互感器的铁心及副绕组的一端应该接地。器的铁心及副绕组的一端应该接地。第38页/共45页第37页/共45页AXaxAXaxii12AXaxii12AXax同名端同名端同名端同名端6.3.5 变压器绕组的极性第第6章章 6.3第39页/共45页第38页/共45页6.4 电磁铁电磁铁1.直流电磁铁直流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F=S0B0202(1)(1)结构特征结构特征(2)(2)吸力吸力第第6章章 6.4第40页/共45页第39页/共45页 F对直流对直流 U=IR U不变时，不变时，I不变不变磁动势磁动势 Fm=IN=Um=Rm 也不也不变变Rm=Rm0+Rm1Rm=Rm1吸合后前 在吸合后F=S0B0202B0S S不变不变不变不变结论：吸力变大！(3)(3)吸合前后的吸力吸合前后的吸力 变化变化第第6章章 6.4第41页/共45页第40页/共45页（2 2）吸力吸力=S0Bm402（1 1）结构特征结构特征平均吸力：平均吸力：f=S0B0202设设 B0=Bmsin t瞬时吸力：瞬时吸力：S0Bm220=sin2 t =(cos2 t)S0Bm2021212F=f dt1TT0铁心由硅钢片叠成；铁心由硅钢片叠成；=Fm12F=S0Bm402有分磁环有分磁环2.交流电磁铁交流电磁铁第第6章章 6.4第42页/共45页第41页/共45页t、ff1铁心电磁吸力由于由于由于由于 1 1 与与与与 2 2 之间出现了相位差，之间出现了相位差，之间出现了相位差，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。合成磁通所产生的电磁吸力就不会为零。合成磁通所产生的电磁吸力就不会为零。合成磁通所产生的电磁吸力就不会为零。磁通为零，吸力也为零2短路铜环短路铜环（3 3）分磁环结构）分磁环结构第第6章章 6.4第43页/共45页第42页/共45页（4）吸合前后的吸力 不不变磁动势磁动势 Fm=i N=Um=RmRm=Rm0+Rm1Rm=Rm1吸合后前 在吸合过程中,吸力不变,励磁电流由大小 结论：根据 U=4.44 f N m当当 U,f,N不变不变,m不变不变Bm不变不变吸力吸力F不变不变大大i N有效值I大小小i N有效值I小吸力不变,电流由大变小！第第6章章 6.4第44页/共45页第43页/共45页1.直流磁路直流磁路U =4.44 f N m小结：小结：2.交流磁路交流磁路磁路与电路分开分析磁路与电路不能分开分析电路 U=IR电路 U=I R2+L2思考题：思考题：1.交流电磁铁接在直流电源上交流电磁铁接在直流电源上2.直流电磁铁接在交流电源上直流电磁铁接在交流电源上3.交流电磁铁卡住，吸合不上交流电磁铁卡住，吸合不上 烧线圈烧线圈 t烧线圈烧线圈 吸合不上吸合不上第第6章章 6.4第45页/共45页第44页/共45页谢谢您的观看！第45页/共45页
