第八章--铁心线圈及变压器优秀PPT.ppt
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1、 第八章第八章第八章第八章 铁心线圈与变压器铁心线圈与变压器铁心线圈与变压器铁心线圈与变压器第一节第一节 磁路的基本概念和定律磁路的基本概念和定律其次节其次节 直流铁心线圈与直流电磁铁直流铁心线圈与直流电磁铁第三节第三节 沟通铁心线圈与沟通电磁铁沟通铁心线圈与沟通电磁铁第四节第四节 单相变压器单相变压器#第八章第八章第八章第八章 铁心线圈与变压器铁心线圈与变压器铁心线圈与变压器铁心线圈与变压器 本章介绍的基本物理量、基本定律以及磁性材料的磁性能。本章介绍的基本物理量、基本定律以及磁性材料的磁性能。在此基础上重点探讨铁心线圈电路和变压器。在此基础上重点探讨铁心线圈电路和变压器。第一节第一节 磁路
2、的基本概念和定律磁路的基本概念和定律 电动机、继电器、电磁铁及变压器等电器都是基于电磁耦合电动机、继电器、电磁铁及变压器等电器都是基于电磁耦合的原理工作的,我们已经学过了电路,现在再来探讨磁路。的原理工作的,我们已经学过了电路,现在再来探讨磁路。一、磁场的基本物理量一、磁场的基本物理量1.磁通磁通2.磁感应磁感应强度强度B3.磁场磁场强度强度H4.导磁导磁系数系数#8-1一、磁场的基本物理量一、磁场的基本物理量垂直穿过某一面积垂直穿过某一面积S S 的磁力线的总根数。的磁力线的总根数。韦伯韦伯wbwb穿过单位面积的磁力线根数。穿过单位面积的磁力线根数。特斯拉特斯拉T wb/m2磁场中某点的磁场
3、中某点的B B 与该点的磁导率与该点的磁导率的比值的比值。1.1.磁通磁通2.磁感应磁感应强度强度B B3.磁场磁场强度强度H4.导磁导磁系数系数描述导磁能力大小的物理量。通常使用相对导磁系数描述导磁能力大小的物理量。通常使用相对导磁系数无量纲无量纲真空导磁系数真空导磁系数第一节第一节 磁路的基本概念和定律磁路的基本概念和定律安安/米米,A/m,A/cm#8-1磁动势磁动势第一节第一节 磁路的基本概念和定律磁路的基本概念和定律二、二、磁路的基本定律磁路的基本定律安培环路定律安培环路定律磁路欧姆定律磁路欧姆定律与与电路类似,磁路也有各种定律电路类似,磁路也有各种定律安培环路定律安培环路定律安培环
4、路定律安培环路定律安培环路定律安培环路定律安培环路定律安培环路定律安培环路定律安培环路定律沿任一闭合路径沿任一闭合路径,H 的线积分等于包的线积分等于包围在这闭合路径内各电流的代数和围在这闭合路径内各电流的代数和若磁场匀整则有若磁场匀整则有磁路欧姆定律磁路欧姆定律磁路欧姆定律磁路欧姆定律磁路欧姆定律磁路欧姆定律磁路欧姆定律磁路欧姆定律磁路欧姆定律磁路欧姆定律磁路欧姆定律磁路欧姆定律磁路欧姆定律磁路欧姆定律磁路欧姆定律磁路欧姆定律磁路欧姆定律磁路欧姆定律磁路欧姆定律磁路欧姆定律磁路欧姆定律磁路欧姆定律磁路欧姆定律磁路欧姆定律磁路欧姆定律磁路欧姆定律无分支磁路无分支磁路平均长平均长 l线圈线圈N
5、N 匝匝IN磁通磁通导磁系导磁系 数数截面积截面积S依依据据得得磁路欧姆定律磁路欧姆定律磁阻磁阻Rm基尔霍夫定律基尔霍夫定律#8-1二、二、磁路的基本定律磁路的基本定律安培环路定律安培环路定律磁路欧姆定律磁路欧姆定律基尔霍夫定律基尔霍夫定律基尔霍夫定律基尔霍夫定律基尔霍夫定律基尔霍夫定律基尔霍夫定律基尔霍夫定律基尔霍夫定律基尔霍夫定律基尔霍夫定律基尔霍夫定律基尔霍夫定律基尔霍夫定律基尔霍夫定律基尔霍夫定律基尔霍夫定律基尔霍夫定律有分支磁路有分支磁路I1N1I2N21231.磁路的基尔霍夫磁通定律磁路的基尔霍夫磁通定律在节点在节点A A 处处A 1+2-3=02.磁路的基尔霍夫磁压降定律磁路的基
6、尔霍夫磁压降定律任一闭合回路中均有任一闭合回路中均有:或或磁压降的代数和等于磁动势的代数和磁压降的代数和等于磁动势的代数和#8-1INH(I)B()abcB铁磁材料铁磁材料 B-H,-H 曲线曲线从曲线上能明显看出,从曲线上能明显看出,不是常数不是常数导磁性导磁性工程上利用它来使工程上利用它来使磁通尽量地约束在有限的范围磁通尽量地约束在有限的范围内,提高电磁设备的利用率,内,提高电磁设备的利用率,一般运用一般运用B-H 曲线的曲线的ab 段。段。磁滞磁滞B的变更滞后于的变更滞后于H 的变更的变更 如曲线的如曲线的oa 段段o磁饱和磁饱和当当H 达到确定程度,达到确定程度,B 不再随不再随H 而
7、增加,此为磁饱和。而增加,此为磁饱和。如曲线的如曲线的cs 段。段。s若对铁心线圈而言,磁饱和意为若对铁心线圈而言,磁饱和意为当电流当电流I 增加到确定程度,增加到确定程度,不再随之增加。不再随之增加。关于磁滞关于磁滞祥看请点击祥看请点击#三、三、磁性材料的磁性能磁性材料的磁性能8-1几点说明:几点说明:1.磁阻磁阻Rm 的的大小取决于磁路的尺寸和材料的磁导率。大小取决于磁路的尺寸和材料的磁导率。2.很大,但不是常数,因此很大,但不是常数,因此 也不是常数。所以磁也不是常数。所以磁3.路欧姆定律不能用来进行定量计算,只用做定性分析。路欧姆定律不能用来进行定量计算,只用做定性分析。4.通常磁路计
8、算应用磁路基尔霍夫定律。通常磁路计算应用磁路基尔霍夫定律。3.磁路和电路有相像之处,但却有本质的区分。磁路和电路有相像之处,但却有本质的区分。#8-1其次节其次节其次节其次节 直流铁心线圈与直流电磁铁直流铁心线圈与直流电磁铁一、一、直流铁心线圈直流铁心线圈 (磁路计算略)(磁路计算略)二、二、直流电磁铁直流电磁铁1.构成构成铁心铁心铁心铁心线圈线圈线圈线圈衔铁衔铁衔铁衔铁2.工作原理工作原理通电的铁心线圈对衔铁会产生吸力通电的铁心线圈对衔铁会产生吸力请看通电演示请看通电演示3.吸力吸力磁动势主磁动势主要降在空要降在空气隙上气隙上磁动势磁动势#电磁铁应用?电磁铁应用?8-2直流电磁铁的特点直流电
9、磁铁的特点1.励磁电流是由励磁线圈的外加电压励磁电流是由励磁线圈的外加电压U 和线圈电阻和线圈电阻R 确定的确定的2.无磁滞和涡流损耗,铁心可以运用整块的铸钢、软铁。无磁滞和涡流损耗,铁心可以运用整块的铸钢、软铁。电流是恒定的,无感应电动势产生。电流是恒定的,无感应电动势产生。3.吸合后电磁力比吸合前大得多,但励磁电流不变。吸合后电磁力比吸合前大得多,但励磁电流不变。(因磁动势因磁动势 NI 不变,磁阻不变,磁阻Rm B ,所以吸力,所以吸力F)1.电流恒定,无感应电动势产生。电流恒定,无感应电动势产生。2.无磁滞和涡流损耗,可运用整块铁心无磁滞和涡流损耗,可运用整块铁心3.3.吸合后,励磁电
10、流不变,吸合后,励磁电流不变,F#8-2第三节第三节 沟通铁心线圈与沟通电磁铁沟通铁心线圈与沟通电磁铁一、沟通铁心线圈的损耗一、沟通铁心线圈的损耗P=PCU+Ph +Pe总损耗总损耗铜损铜损涡流损耗涡流损耗铁损铁损磁滞损耗磁滞损耗铜损铜损PCU 线圈电阻上的损耗线圈电阻上的损耗 PCU=I 2R磁滞损耗磁滞损耗其大小与铁心材料反复磁化后的磁滞回线面积成正比其大小与铁心材料反复磁化后的磁滞回线面积成正比涡流损耗涡流损耗交变磁通穿过铁心时,铁心既导磁又导电交变磁通穿过铁心时,铁心既导磁又导电,因铁心在,因铁心在交变磁通作用下产生感应电动势,交变磁通作用下产生感应电动势,从而在垂直于磁通从而在垂直于
11、磁通方向的铁心平面内产生旋涡状的感应电流,叫涡流。方向的铁心平面内产生旋涡状的感应电流,叫涡流。涡流在铁心内电阻上产生的损耗称涡流在铁心内电阻上产生的损耗称涡流损耗涡流损耗。减小涡流损耗的方法减小涡流损耗的方法增大涡流通路的电阻即用薄的材料叠成铁心增大涡流通路的电阻即用薄的材料叠成铁心减小磁滞损耗的方法减小磁滞损耗的方法铁心尽量接受软磁材料铁心尽量接受软磁材料#8-3二、二、电压平衡方程式电压平衡方程式iNL沟通铁心线圈沟通铁心线圈大部分经铁心闭合大部分经铁心闭合线圈中线圈中磁通磁通产生产生ee主磁通主磁通少部分经空气闭合少部分经空气闭合 产生产生eL漏磁通漏磁通eLu线圈电阻上压降为线圈电阻
12、上压降为 iR依据依据KVL得:得:或或电压平衡方程式电压平衡方程式#8-3#二、二、电压平衡方程式电压平衡方程式有效值有效值忽略了漏磁感应电动势忽略了漏磁感应电动势 和线圈内阻压降和线圈内阻压降 后后,方程变为:方程变为:或或重要结论重要结论外加电压不变时,沟通铁心线圈的铁心内主磁通最大值几外加电压不变时,沟通铁心线圈的铁心内主磁通最大值几乎是不变的。这是分析变压器和沟通电动机时的重要概念。乎是不变的。这是分析变压器和沟通电动机时的重要概念。8-3三、沟通电磁铁三、沟通电磁铁铁心铁心线圈线圈衔铁衔铁 沟通电磁铁也是一种电磁器件,沟通电磁铁也是一种电磁器件,结构形式与直流电磁铁类似。在工结构形
13、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;磁离合器;液压传动中的电磁阀;沟通接触器及接触器等。沟通接触器及接触器等。铁心中的磁通是交变的,空气隙处的磁感应强度为:铁心中的磁通是交变的,空气隙处的磁感应强度为:吸力吸力平均值平均值#8-3三、沟通电磁铁三、沟通电磁铁瞬时值瞬时值有效值有效值明显明显 f 是交变的,存在过零值。会出现吸合不牢的现象。是交变的,存在过零值。会出现吸合不牢的现象。通常在尾端留一切口
14、,套上铜环(或称磁环),铜环产通常在尾端留一切口,套上铜环(或称磁环),铜环产生的感应电流阻碍生的感应电流阻碍的变更,致使穿过铜环的的变更,致使穿过铜环的与其它与其它存在一存在一相位差,结果产生两个相位不同的电磁吸力,平均后,不再相位差,结果产生两个相位不同的电磁吸力,平均后,不再有过零点。有过零点。见教材见教材P156P156交流电磁交流电磁 铁特点铁特点1.吸力是交变的,铁心需加分磁环。吸力是交变的,铁心需加分磁环。2.励磁电流吸合前大,吸合后减小。前后吸力不变励磁电流吸合前大,吸合后减小。前后吸力不变3.铁心和衔铁均由硅钢片叠成,为减小铁损。铁心和衔铁均由硅钢片叠成,为减小铁损。#8-3
15、交、直流电磁铁的特点交、直流电磁铁的特点1.1.电流恒定,无感应电动势产生。电流恒定,无感应电动势产生。2.2.无磁滞和涡流损耗,可运用整块铁心无磁滞和涡流损耗,可运用整块铁心3.3.3.3.吸合后,励磁电流不变,吸合后,励磁电流不变,FF#交流电磁交流电磁 铁特点铁特点1.吸力是交变的,铁心需加分磁环。吸力是交变的,铁心需加分磁环。2.励磁电流吸合前大,吸合后减小。前后吸力不变励磁电流吸合前大,吸合后减小。前后吸力不变3.铁心和衔铁均由硅钢片叠成,为减小铁损。铁心和衔铁均由硅钢片叠成,为减小铁损。直流电磁直流电磁 铁特点铁特点8-3一、一、变压器的用途、构造和分类变压器的用途、构造和分类变压
16、器是基于电磁感应原理而制成的静止的电器设备变压器是基于电磁感应原理而制成的静止的电器设备用途用途变电压,变电流,变阻抗变电压,变电流,变阻抗构造构造心式和壳式两种心式和壳式两种心式变压器心式变压器壳式变压器壳式变压器分类分类单相,三相,多相单相,三相,多相;升压,降压升压,降压;仪用电压、电流互感器;仪用电压、电流互感器;焊接变压器,自藕变压器。焊接变压器,自藕变压器。#有两个绕组有两个绕组也有两个绕组也有两个绕组 第四节第四节 单相变压器单相变压器8-4二、二、变压器的工作原理变压器的工作原理原边绕组原边绕组N1名词介绍名词介绍幅边绕组幅边绕组N2一次绕组一次绕组N1二次绕组二次绕组N2一次
17、侧一次侧二次侧二次侧均指电源侧均指电源侧 均指均指负载侧负载侧什么是什么是变压器任载运行?变压器任载运行?什么是什么是变压器空载运行?变压器空载运行?uuZ2Z2s 一次侧接电源一次侧接电源二次侧负载开路二次侧负载开路 一次侧接电源一次侧接电源 二次侧接负载二次侧接负载8-4二、二、变压器的工作原理变压器的工作原理变压器空载运行变压器空载运行uZ2sI0空载电流空载电流U1U20此时的变压器相当此时的变压器相当 于沟通铁心线圈于沟通铁心线圈变比变比二次侧额定电压二次侧额定电压空载运行的结论空载运行的结论:原幅边电压之比等于原幅边匝数之比,等于常数原幅边电压之比等于原幅边匝数之比,等于常数k k
18、这这就就是是变变压压器器的的 变变 电电 压压 作作 用用8-4uZ2sI0空载电流空载电流U1U20由由 可见,当电源电压可见,当电源电压U1 1合频率合频率f不变时,不变时,E1 1和和m也也都近于常数。都近于常数。也就是说,铁芯中主磁通的最大值在变压器空载或有负载时也就是说,铁芯中主磁通的最大值在变压器空载或有负载时是差不多恒定的。因此,有负载时产生主磁通的一次、二次绕组是差不多恒定的。因此,有负载时产生主磁通的一次、二次绕组的合成磁通势(的合成磁通势(N1i1+N2i2N1i1+N2i2)应当和空载时产生主磁通的一次绕)应当和空载时产生主磁通的一次绕组的磁通势组的磁通势N1i0N1i0
19、差不多相等。即:差不多相等。即:uZ2变压器任载运行变压器任载运行U1I1U2I2两边绕组中通过的磁通是相同的两边绕组中通过的磁通是相同的只要只要U1不变,主磁通就不应当变,所以有:不变,主磁通就不应当变,所以有:磁动势平衡方程式磁动势平衡方程式有载时原边磁动势有载时原边磁动势 分为两部分分为两部分1.产生主磁通产生主磁通 (励磁分量)(励磁分量)I02.用来补偿用来补偿I2N2(负载重量(负载重量I2),又称去又称去磁磁一般一般 I0 很小,小型变压器只有很小,小型变压器只有2 3%I1,大的不过,大的不过10%,当略去当略去I0N1 后有:后有:变电流作用变电流作用任载运行结论:任载运行结
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