电磁铁相关优秀PPT.ppt
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1、电磁铁相关现在学习的是第1页,共62页第第 7 章章 磁路与变压器磁路与变压器7.1 磁路磁路7.2 铁心线圈铁心线圈7.3 变压器变压器7.4 电磁铁电磁铁现在学习的是第2页,共62页磁路: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磁路的基本概念磁路的基本概念 线圈通入电流后,产生线圈通入电流后,产生磁通,分主磁通和漏磁通。磁通,分主磁通和漏磁通。: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7.1 磁路磁路现在学习的是第3页,共62页一、磁感应强度一、磁感应强度(磁通密度)(磁通密度)与磁场方向相垂直的单位面积上通过的磁通(磁与
2、磁场方向相垂直的单位面积上通过的磁通(磁力线)力线)单位:韦伯单位:韦伯1 Tesla=104 高斯高斯B 的单位:特斯拉(的单位:特斯拉(Tesla)7.1.1 磁路的基本物理量磁路的基本物理量现在学习的是第4页,共62页磁通磁通 :穿过垂直于穿过垂直于B方向的面积方向的面积S中的磁力线总数。中的磁力线总数。磁感应强度磁感应强度B在数值上可以看成为与磁场方向垂直的单在数值上可以看成为与磁场方向垂直的单位面积所通过的磁通位面积所通过的磁通,故又称故又称磁通密度磁通密度。磁通磁通 的单位的单位:韦韦 伯伯(Wb)1Wb=1Vs三、磁场强度三、磁场强度 H 磁场强度是计算磁场所用的物理量,其大小为
3、磁磁场强度是计算磁场所用的物理量,其大小为磁感应强度和导磁率之比。感应强度和导磁率之比。单位:单位:B:特斯拉:特斯拉:亨:亨/米米:安:安/米米现在学习的是第5页,共62页四、磁导率四、磁导率:表征各种材料导磁能力的物理量:表征各种材料导磁能力的物理量(亨(亨/米)米)真空中的磁导率真空中的磁导率()为常数为常数一般材料的磁导率一般材料的磁导率 和真空中的磁导率之比,和真空中的磁导率之比,称为这种材料的相对磁导率称为这种材料的相对磁导率,则称为磁性材料,则称为磁性材料,则称为非磁性材料,则称为非磁性材料现在学习的是第6页,共62页7.1.2 物质的磁性能物质的磁性能一、非磁性物质一、非磁性物
4、质 非磁性物质分子电流的磁场方向杂乱无章,几乎不受非磁性物质分子电流的磁场方向杂乱无章,几乎不受外磁场的影响而互相抵消,不具有磁化特性。外磁场的影响而互相抵消,不具有磁化特性。非磁性材料的磁导率都是常数,有:非磁性材料的磁导率都是常数,有:所以磁通所以磁通 与产生此磁通的电流与产生此磁通的电流 I 成正比,呈线性关成正比,呈线性关系。系。当磁场媒质是非磁性材料时,有:当磁场媒质是非磁性材料时,有:即即 B与与 H 成正比,呈线性关系。成正比,呈线性关系。O OHHB B 0 r 1B=0 H 现在学习的是第7页,共62页 二、二、磁性物质磁性物质 磁性物质内部形成许多小区域,其分子间存在的一种
5、磁性物质内部形成许多小区域,其分子间存在的一种特殊的作用力使每一区域内的分子磁场排列整齐,显示特殊的作用力使每一区域内的分子磁场排列整齐,显示磁性,称这些小区域为磁畴。磁性,称这些小区域为磁畴。在外磁场作用下,磁畴方向发生变化,使之与外磁场方在外磁场作用下,磁畴方向发生变化,使之与外磁场方向趋于一致,物质整体显示出磁性来,称为磁化。即向趋于一致,物质整体显示出磁性来,称为磁化。即磁性磁性物质能被磁化。物质能被磁化。外外外外磁磁磁磁场场场场 在没有外磁场作用的普通磁性物质中,各个磁畴排列在没有外磁场作用的普通磁性物质中,各个磁畴排列杂乱无章,磁场互相抵消,整体对外不显磁性。杂乱无章,磁场互相抵消
6、,整体对外不显磁性。磁磁磁磁畴畴畴畴现在学习的是第8页,共62页磁性材料的磁性能磁性材料的磁性能1.高导磁性高导磁性 磁性材料的磁导率通常都很高,磁性材料磁性材料的磁导率通常都很高,磁性材料能被强烈的磁能被强烈的磁化,化,具有很高的导磁性能。具有很高的导磁性能。磁性材料主要指铁、镍、钴及其合金等。磁性材料主要指铁、镍、钴及其合金等。磁性物质的高导磁性被广泛地应用于电工设备中,如磁性物质的高导磁性被广泛地应用于电工设备中,如电机、变压器及各种铁磁元件的线圈中都放有铁心。在电机、变压器及各种铁磁元件的线圈中都放有铁心。在这种这种具有铁心的线圈中通入不太大的励磁电流,便可以具有铁心的线圈中通入不太大
7、的励磁电流,便可以产生较大的磁通和磁感应强度产生较大的磁通和磁感应强度。现在学习的是第9页,共62页2.磁饱和性磁饱和性B B 磁场的磁场的 B-H 磁化曲线。磁化曲线。B Ba ab b磁化曲线磁化曲线O OHHB,B,B-H 磁化曲线的特征:磁化曲线的特征:O Oa段:段:B 与与与与H几乎成正比地增加;几乎成正比地增加;几乎成正比地增加;几乎成正比地增加;abab段:段:段:段:B 的增加缓慢下来;的增加缓慢下来;b b点以后:点以后:点以后:点以后:B增加很少,达到饱和。增加很少,达到饱和。有磁性物质存在时,有磁性物质存在时,有磁性物质存在时,有磁性物质存在时,B 与与与与 HH不成不
8、成不成不成正比,正比,正比,正比,与与 I I 不成正比。磁性物质的磁不成正比。磁性物质的磁不成正比。磁性物质的磁不成正比。磁性物质的磁导率导率导率导率 不是常数,随不是常数,随HH而变。而变。磁性物质的磁化曲线在磁路计算磁性物质的磁化曲线在磁路计算上极为重要,其为非线性曲线,实上极为重要,其为非线性曲线,实际中通过实验得出际中通过实验得出。现在学习的是第10页,共62页3.磁滞性磁滞性 磁性材料在交变磁场中反复磁化,其磁性材料在交变磁场中反复磁化,其B-H关系曲线是关系曲线是一条回形闭合曲线,称为一条回形闭合曲线,称为磁滞回线磁滞回线。磁滞性:磁滞性:磁性材料中磁性材料中磁感应强度磁感应强度
9、B的变化总是滞后于外磁的变化总是滞后于外磁场变化的性质。场变化的性质。剩磁感应强度剩磁感应强度Br(剩磁剩磁):当线圈中电流减小到零当线圈中电流减小到零(H=0)时,时,铁心中的磁感应强度。铁心中的磁感应强度。矫顽磁力矫顽磁力Hc:使使 B=0 所需的所需的 H 值。值。磁性物质不同,其磁滞回线磁性物质不同,其磁滞回线和磁化曲线也不同。和磁化曲线也不同。磁滞回线磁滞回线磁滞回线磁滞回线O OHBB Br rHHc c现在学习的是第11页,共62页按磁性物质的磁性能,磁性材料分为三种类型:按磁性物质的磁性能,磁性材料分为三种类型:(1)软磁材料软磁材料 具有较小的矫顽磁力,磁滞回线较窄。具有较小
10、的矫顽磁力,磁滞回线较窄。一般用来制造电一般用来制造电机、电器及变压器等的铁心。常用的有铸铁、硅钢、坡莫机、电器及变压器等的铁心。常用的有铸铁、硅钢、坡莫合金即铁氧体等。合金即铁氧体等。(2)永磁材料永磁材料 具有较大的矫顽磁力,磁滞回线较宽。具有较大的矫顽磁力,磁滞回线较宽。一般用来制一般用来制造永久磁铁。常用的有碳钢及铁镍铝钴合金等。造永久磁铁。常用的有碳钢及铁镍铝钴合金等。(3)矩磁材料矩磁材料 具有较小的矫顽磁力和较大的剩磁,磁滞回线接近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。矩形,稳定性良好。在计算机和控制系统中用作记忆元在计算机和控制系统中用作记忆元件、开关元
11、件和逻辑元件。常用的有镁锰铁氧体等。件、开关元件和逻辑元件。常用的有镁锰铁氧体等。现在学习的是第12页,共62页一一.安培环路定律(全电流律):安培环路定律(全电流律):磁场中任何闭合回路磁场强度的线积分磁场中任何闭合回路磁场强度的线积分,等于通过这个等于通过这个闭合路径内电流的代数和闭合路径内电流的代数和.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右手定则,电流取正;符合右手定则,电流取正;否则取负。否则取负。7.1.3 磁路的基本定律磁路的基本定律现在学习的是第13页,共62页 在无分支的均匀磁路在无分支的均匀磁路(磁路的材料和截面积相同,各处的(磁路的材料和截面积相
12、同,各处的磁场强度相等)中,安培环路定律可写成:磁场强度相等)中,安培环路定律可写成:磁路磁路长度长度L线圈线圈匝数匝数NIHL:称为磁压降。称为磁压降。NI:称为磁通势。一般称为磁通势。一般 用用 F 表示。表示。F=NI现在学习的是第14页,共62页总磁通势总磁通势 在非均匀磁路在非均匀磁路(磁路的材料或截面积不同,或磁场强度不(磁路的材料或截面积不同,或磁场强度不等)中,等)中,总磁通势等于各段磁压降之和。总磁通势等于各段磁压降之和。例:例:IN现在学习的是第15页,共62页对于均匀磁路对于均匀磁路磁路中的磁路中的欧姆定律欧姆定律二二.磁路的欧姆定律:磁路的欧姆定律:则:则:INSL注:
13、由于磁性材料注:由于磁性材料 是非线性的,磁路欧姆定律多用作定性是非线性的,磁路欧姆定律多用作定性 分析,不做定量计算。分析,不做定量计算。令:令:Rm 称为磁阻称为磁阻现在学习的是第16页,共62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压降电压降电动势电动势电流电流U现在学习的是第17页,共62页欧姆定律欧姆定律 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回路回路电压定律电压定律结点结点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+_E
14、I现在学习的是第18页,共62页IU直流磁路的特点直流磁路的特点:(R 为线圈的电阻)为线圈的电阻)直流铁心线圈的功率就是线圈电阻消耗的功率,为:直流铁心线圈的功率就是线圈电阻消耗的功率,为:I 恒定,恒定,恒定,恒定,e=0,电感相当于短路。,电感相当于短路。7.2.1直流直流铁心线圈电路铁心线圈电路7.2 铁心线圈铁心线圈励磁电流: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 -交流磁路交流磁路现在学习的是第19页,共62页一、电磁关系一、电磁关系 +e+e+uNi主磁通主磁通 :通过铁心闭合的磁通过铁心闭合的磁通。通
15、。漏磁通漏磁通 :经过空气或其它非导经过空气或其它非导磁媒质闭合的磁通。磁媒质闭合的磁通。线圈线圈线圈线圈铁心铁心铁心铁心(磁通势)(磁通势)i i,铁心线圈的漏磁电感铁心线圈的漏磁电感7.2.2交流交流铁心线圈电路铁心线圈电路现在学习的是第20页,共62页 +ee uNi二、电压电流关系二、电压电流关系根据根据KVL:设主磁通设主磁通 则则有效值有效值 由于线圈电阻由于线圈电阻 R 和漏磁通和漏磁通 较小,其电压降也较小,较小,其电压降也较小,与主磁电动势与主磁电动势 E 相比可忽略,故有相比可忽略,故有现在学习的是第21页,共62页ui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
16、。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,便便确定下来。根据磁路欧姆确定下来。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:现在学习的是第22页,共62页三、三、功率损耗功率损耗+ui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:铜损耗铜损耗 Pcu铁损耗铁损耗 PFe铁损由磁滞和涡流产生。铁损由磁滞和涡流产生。O OHBPCu线圈电阻线圈电阻R上的损耗上的损耗PFe 处于交变磁化下的铁心的损耗处于交变磁化下的铁心的损耗(1)磁滞损耗)磁滞损耗(Ph)由磁滞所产生的能量损耗称为由磁滞所产生的能量损耗称为磁磁滞损耗
17、(滞损耗(Ph)。)。单位体积内的磁滞损耗正比与磁滞回线的面积和磁单位体积内的磁滞损耗正比与磁滞回线的面积和磁场交变的频率场交变的频率 f。现在学习的是第23页,共62页(2)涡流损耗(涡流损耗(Pe)涡流损耗涡流损耗:由涡流所产生的功率损耗。由涡流所产生的功率损耗。涡流涡流:交变磁通在铁心内产生感应交变磁通在铁心内产生感应电动势和电流,称为涡流。涡流在垂电动势和电流,称为涡流。涡流在垂直于磁通的平面内环流。直于磁通的平面内环流。涡流涡流损耗转化为热能,引起铁心发热。损耗转化为热能,引起铁心发热。减少磁滞损耗的措施:减少磁滞损耗的措施:选用磁滞回线狭小的磁性材料制作铁心。变压器和电选用磁滞回线
18、狭小的磁性材料制作铁心。变压器和电机中使用的硅钢等材料的磁滞损耗较低。机中使用的硅钢等材料的磁滞损耗较低。设计时应适当选择值以减小铁心饱和程度。设计时应适当选择值以减小铁心饱和程度。磁滞损耗转化为热能,引起铁心发热。磁滞损耗转化为热能,引起铁心发热。现在学习的是第24页,共62页硅钢片叠成的铁心硅钢片叠成的铁心铁心线圈的磁路铁心线圈的磁路由高导磁硅钢片叠成由高导磁硅钢片叠成厚厚0.35mm 或或 0.5mm铁心铁心 减少涡流损耗措施:减少涡流损耗措施:提高铁心的电阻率。铁心用彼此绝提高铁心的电阻率。铁心用彼此绝缘的钢片叠成,把涡流限制在较小的缘的钢片叠成,把涡流限制在较小的截面内。截面内。现在
19、学习的是第25页,共62页 变压器是一种常见的电气设备,在电力系统和电子线路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。中应用广泛。变电压:变电压:电力系统电力系统 变阻抗:变阻抗:电子线路中的阻抗匹配电子线路中的阻抗匹配变电流:变电流:电流互感器电流互感器 变压器的主要功能有:变压器的主要功能有:在能量传输过程中,当输送功率在能量传输过程中,当输送功率P=UI cos 及负载功及负载功率因数率因数cos 一定时:一定时:电能损耗小电能损耗小节省金属材料(经济)节省金属材料(经济)概述概述U II S P =I Rl7.3 变压器变压器导线的截面积现在学习的是第26页,共62页
20、变压器的分类变压器的分类按用途分按用途分电力变压器电力变压器(输配电用输配电用)仪用变压器仪用变压器 整流变压器整流变压器 按相数分按相数分三相变压器三相变压器 单相变压器单相变压器 按制造方式按制造方式壳式壳式心式心式变压器符号变压器符号现在学习的是第27页,共62页 电力工业中常采用高压输电低压配电,实现节能并保电力工业中常采用高压输电低压配电,实现节能并保电力工业中常采用高压输电低压配电,实现节能并保电力工业中常采用高压输电低压配电,实现节能并保证用电安全。具体如下:证用电安全。具体如下:证用电安全。具体如下:证用电安全。具体如下:发电厂发电厂10.5kV输电线输电线220kV升压升压仪
21、器仪器36V降压降压实验室实验室380/220V降压降压变电站变电站 10kV降压降压降压降压 变压器应用举例变压器应用举例现在学习的是第28页,共62页变压器的结构变压器的结构现在学习的是第29页,共62页单相变压器单相变压器+一次一次绕组绕组N1二次二次绕组绕组N2铁心铁心变压器的基本结构变压器的基本结构变压器符号:变压器符号:一次、二次绕组一次、二次绕组互不相连,能量的传互不相连,能量的传递靠磁耦合。递靠磁耦合。现在学习的是第30页,共62页设变压器空载运行设变压器空载运行一次侧接交流电源,一次侧接交流电源,二次侧开路。二次侧开路。i0(i0N1)空载时,铁空载时,铁心中主磁通心中主磁通
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