《铁心线圈与变压器》PPT课件.ppt
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1、铁心线圈与变压器铁心线圈与变压器 第第1515章章15.3 15.3 电磁铁电磁铁15.1 15.1 磁路的基本概念磁路的基本概念15.2 15.2 铁心线圈电路铁心线圈电路15.4 15.4 变压器变压器第第1515章章 铁心线圈与变压器铁心线圈与变压器学习目标学习目标l 了解磁路的基本物理量和基本定律;了解磁路的基本物理量和基本定律;l 了解铁磁性材料的磁性能以及磁损耗概念;了解铁磁性材料的磁性能以及磁损耗概念;l 理解交流铁心线圈电路的基本电磁关系以及理解交流铁心线圈电路的基本电磁关系以及l 电压电流关系;电压电流关系;l 了解电磁铁的基本结构以及工作原理;了解电磁铁的基本结构以及工作原
2、理;l 了解变压器的基本结构、同极性端及特殊变压了解变压器的基本结构、同极性端及特殊变压l 器的特点;器的特点;l 掌握变压器的工作原理及额定值的意义。掌握变压器的工作原理及额定值的意义。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。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 的铁磁性材料)的铁磁性材料)线圈线圈15.1 15.1 磁路的基本概念磁路的基本概念i15.1.1 15.1.1 磁路的基本物理量磁路的基本物理量SB=磁感应强度(磁通密度磁感应强度(磁通密度):):
3、B:单位:特斯拉单位:特斯拉(T)磁通磁通:单位:韦伯单位:韦伯(Wb)磁动势磁动势:F:单位:安单位:安(A)磁场强度磁场强度:H:单位:安单位:安/米米(A/m)磁导率磁导率:单位:亨单位:亨/米米(H/m)F=N IN IlHN IN I=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 BH=真空中的磁导率真空中的磁导率()()为常数为常数0m称为这种材料的相对磁导率称为这种材料的相对磁导率 一般材料的磁导率一般材料的磁导率 和真空中的磁导率和真空中的磁导率 0之比之比,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-70104=pm非磁性材料非磁性材料:磁导率
4、低,如真空、空气;:磁导率低,如真空、空气;磁性材料磁性材料:磁导率高,如铁磁物质。:磁导率高,如铁磁物质。分子中的电子环绕原子核运分子中的电子环绕原子核运动和本身的自转运动形成分动和本身的自转运动形成分子电流,分子电流产生磁场。子电流,分子电流产生磁场。每个分子基本上相当于一个每个分子基本上相当于一个小磁铁。小磁铁。磁性物质内,分成许多小区域,分子间的特殊作用磁性物质内,分成许多小区域,分子间的特殊作用力使每个区域内的分子磁铁排列整齐,显示磁性,力使每个区域内的分子磁铁排列整齐,显示磁性,称为:磁畴。称为:磁畴。磁畴磁畴在没有外电场作用时,各磁畴排列混乱,磁场互相在没有外电场作用时,各磁畴排
5、列混乱,磁场互相抵消,对外不显磁性。抵消,对外不显磁性。15.1.2 15.1.2 铁磁性材料的磁性能铁磁性材料的磁性能B0在铁心上绕上线圈,通入在铁心上绕上线圈,通入电流,产生磁场:电流,产生磁场:B0 B0:以空气为介质产生的:以空气为介质产生的磁感应强度。磁感应强度。B0Bj在外磁场的作用下,磁畴在外磁场的作用下,磁畴就顺向外磁场的方向,显就顺向外磁场的方向,显示出磁性,产生很强的磁示出磁性,产生很强的磁化磁场。化磁场。B0外电流越大,磁化磁场越大,外电流越大,磁化磁场越大,当外电流增大到一定值时,当外电流增大到一定值时,磁畴全部转向外磁场的方向,磁畴全部转向外磁场的方向,Bj最大。最大
6、。Bj结论:结论:(1)用铁磁材料作磁路时,通入不大的励磁电流,)用铁磁材料作磁路时,通入不大的励磁电流,可产生足够大的磁通和磁感应强度。可产生足够大的磁通和磁感应强度。(2)用铁磁材料作磁路时,可以做成大电感。)用铁磁材料作磁路时,可以做成大电感。非磁性材料没有磁畴的结构,不具有磁化的特性。非磁性材料没有磁畴的结构,不具有磁化的特性。H(4)铁磁材料的)铁磁材料的 不是常数,不是常数,随电流变化。随电流变化。(5)铁心线圈的电感是随电流变化的。)铁心线圈的电感是随电流变化的。铁心线圈是非线性电感。铁心线圈是非线性电感。(3)磁性物质由于磁化所产生的磁化磁场不会随着)磁性物质由于磁化所产生的磁
7、化磁场不会随着外磁场的增强而无限增强,当外磁场增大到一定值时,外磁场的增强而无限增强,当外磁场增大到一定值时,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时:磁化磁场的磁感应强度Bj 即达到饱和值。即达到饱和值。空心线圈是线性电感。空心线圈是线性电感。非线性!非线性!不是不是常数常数矫顽力矫顽力矫顽磁力矫顽磁力剩磁剩磁剩磁剩磁磁滞性磁滞性磁饱和磁饱和非线性非线性铁磁性材料的磁性能铁磁性材料的磁性能非线形;强磁化性;磁饱和性;磁滞性。非线形;强磁化性;磁饱和性;磁滞性。基本磁化曲线:基本磁化曲线:B=f(H)或或 =f(I)
8、H(I)B()0QPB()H(I)ti励磁电流励磁电流励磁电流励磁电流ti001122334455661 根据磁性能,磁性材料又可分为三种:根据磁性能,磁性材料又可分为三种:软磁材料软磁材料(磁滞回线窄长。常用做磁头、磁心等)、(磁滞回线窄长。常用做磁头、磁心等)、永磁材料永磁材料(磁滞回线宽。常用做永久磁铁)、(磁滞回线宽。常用做永久磁铁)、矩磁材料矩磁材料(滞回(滞回 线接近矩形。可用做记忆元件)。线接近矩形。可用做记忆元件)。B()H(I)B()H(I)B()H(I)对于均匀磁路对于均匀磁路15.1.3 15.1.3 磁路的欧姆定律磁路的欧姆定律则:则:INSL由于磁性材料由于磁性材料
9、的的 不为常数,磁路欧姆不为常数,磁路欧姆定律只用作定性分析,不做定量计算。定律只用作定性分析,不做定量计算。slRm=令:令:Rm 称为磁阻称为磁阻mRLSNIF=注意!注意!磁路和电路的比较磁路和电路的比较磁通磁通磁压降磁压降HL磁动势磁动势INF=电动势电动势电流电流电压降电压降UEI电路电路R+_EIU磁路磁路IN 磁阻磁阻SlRm=电阻电阻SlR=mRF=欧姆定律欧姆定律REI=欧姆定律欧姆定律F 反映通电线圈励磁能力的大小反映通电线圈励磁能力的大小Rm 表示磁路的材料对磁通起阻碍作用的物理量。表示磁路的材料对磁通起阻碍作用的物理量。反映磁路导磁性能的强弱,它只与反映磁路导磁性能的强
10、弱,它只与磁路的尺寸、材料的导磁率有关。磁路的尺寸、材料的导磁率有关。对于不同材料或不同截面组成的几段磁路,对于不同材料或不同截面组成的几段磁路,磁路的总磁阻为各段磁阻之和。磁路的总磁阻为各段磁阻之和。INF=SlRmm=一定:一定:大大Rm小小F小小I小小 小小Rm大大F大大I大大I一定:一定:大大Rm小小 大大 小小Rm大大 小小对带有空气隙的磁路对带有空气隙的磁路l1、1l2、20.5l0Rm0中,虽然中,虽然l0很小,但很小,但 0很小,因此很小,因此Rm0很大,很大,使整个磁路的磁阻大大增加。使整个磁路的磁阻大大增加。I不变:不变:Rm大大 小小 不变:不变:Rm大大 I大大电工设备
11、的磁路中要电工设备的磁路中要尽量减小空气隙尽量减小空气隙.例例1 1一环型铁心线圈,尺寸如图示,铁心材料为铸钢,磁路一环型铁心线圈,尺寸如图示,铁心材料为铸钢,磁路中含有长度为厘米的空气隙。设线圈中通有中含有长度为厘米的空气隙。设线圈中通有1A1A的电流,的电流,如要得到的磁感应强度,试求线圈匝数。如要得到的磁感应强度,试求线圈匝数。15cm10cm0.2cmI解解:磁路的平均长度为磁路的平均长度为cm铸钢磁路的长度为铸钢磁路的长度为L1=39.2-0.2=39cm查磁化曲线查磁化曲线,当时,当时,H=500AH1L1=5003910-2=195A气隙磁路长度为气隙磁路长度为H0L0=B0 L
12、0/0=1440ANI=H1L1+H0L0=1635A?L0cm 0=410-7Hm励磁电流励磁电流:在磁路中用来产生磁通的电流。(线圈中的电流)在磁路中用来产生磁通的电流。(线圈中的电流)15.2 铁心线圈电路铁心线圈电路分类:分类:直流铁心线圈直流铁心线圈交流铁心线圈交流铁心线圈励磁电流为直流电励磁电流为直流电励磁电流为交流电励磁电流为交流电将线圈绕制在铁心上就构成了铁心线圈。将线圈绕制在铁心上就构成了铁心线圈。15.2.1 15.2.1 直流铁心线圈直流铁心线圈励磁电流为直流:励磁电流为直流:RUI=(R 为线圈的电阻)为线圈的电阻)IUU一定一定I一定,与磁路特性无关;一定,与磁路特性
13、无关;磁动势恒定:磁动势恒定:F=N I磁通:磁通:)(mRF=Rm一定一定 一定,恒定磁通,无感应电动势产生;一定,恒定磁通,无感应电动势产生;功率损耗:功率损耗:P=I2R只由线圈中的电流和线圈电阻决定。只由线圈中的电流和线圈电阻决定。直流电磁铁磁路如图示。分析直流电磁铁磁路如图示。分析在衔铁吸合前后的电流、磁通在衔铁吸合前后的电流、磁通的变化情况。的变化情况。IU1 1)因电流只与电源电压和线圈电阻有关,)因电流只与电源电压和线圈电阻有关,所以,吸合前后电流不变:所以,吸合前后电流不变:I=U/R2 2)因磁动势一定,)因磁动势一定,F=NI吸合前,磁路中气隙大,磁阻大,吸合前,磁路中气
14、隙大,磁阻大,小;小;吸合后,磁路中气隙小,磁阻小,吸合后,磁路中气隙小,磁阻小,大。大。)(mRF=例例2 2:主磁通主磁通:漏磁通漏磁通u e ei15.2.2 15.2.2 交流铁心线圈交流铁心线圈交流励磁:交流励磁:线圈中上加正弦交流电压,励磁电流为交线圈中上加正弦交流电压,励磁电流为交流电流流电流 产生交变磁通产生交变磁通 在线圈中产生感应电动势在线圈中产生感应电动势u i(i N)e=-Ndd te =-Nd d t电流与磁通方向符合右螺旋法则电流与磁通方向符合右螺旋法则电路方程:电路方程:eeuuR-+-+=)()(:漏磁通,很小;漏磁通,很小;R:线圈电阻,线圈电阻,很小,很小
15、,1.1.基本电磁关系基本电磁关系u e ei假设假设则则tfNmw wp pcos2=最大值最大值有效值有效值mmfNUU44.42=tNumw ww wcos mmfNUp p2 2 2、功率损耗、功率损耗 P=Pcu+Pfe 铜损铜损:Pcu=I2Rcu铁损铁损:Pcu=Ph+Pe Ph:磁滞损耗磁滞损耗:铁心材料的磁滞回线面积铁心材料的磁滞回线面积采用软磁性材料做铁心可以减少磁滞损耗。采用软磁性材料做铁心可以减少磁滞损耗。Pe:涡流损耗:涡流损耗:与铁心的截面积、电源频率、与铁心的截面积、电源频率、磁感应强度有关。磁感应强度有关。采用顺磁场方向的硅钢片叠成的铁心可以采用顺磁场方向的硅钢
16、片叠成的铁心可以减少涡流损耗。减少涡流损耗。mNfU 44.4 当外加电压当外加电压U、频率、频率 f 与线圈匝数与线圈匝数N一定时,一定时,便一定。与便一定。与磁路的导磁材料和尺寸无关。磁路的导磁材料和尺寸无关。m m 3.3.交流磁路的特点交流磁路的特点mR 一定,磁动势一定,磁动势IN 随磁阻随磁阻 的变化而变化的变化而变化;mmRIN=uiX0RFeRcuX 线圈线圈铁心铁心交流铁心线圈的交流铁心线圈的串联等效电路:串联等效电路:uiX0RFeRcuX 线圈线圈铁心铁心RCu:线圈电阻。线圈电阻。X:漏磁通引起的感抗。漏磁通引起的感抗。RFe:铁心电阻。铁心电阻。X0:铁心存储能量引起
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