电工第十二讲.ppt

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1、第九章第九章第九章第九章 变压器和电动机变压器和电动机变压器和电动机变压器和电动机9.1.19.1.1 铁磁材料的磁性能铁磁材料的磁性能9.1.29.1.2 简单磁路分析简单磁路分析概述概述返回91 磁路磁路1.1.磁感应强度磁感应强度 B2.磁场强度磁场强度 H 方向：同方向：同 B大小：大小：H=，磁导率磁导率B =s sB dSdS方向：沿磁力线切线的方向方向：沿磁力线切线的方向大小：大小：B=B=l IF均匀磁场：均匀磁场：B=B=或或 =BS BS S S返回：磁场的物理量磁场的物理量概述概述i真空的导磁率真空的导磁率0 =410=410-7（H/m）相对导磁率相对导磁率 r r =

2、00 0,r 10 0 B=H 3.3.磁导率磁导率 BH返回非导磁材料非导磁材料：导磁材料：导磁材料：r 1 磁化曲线磁化曲线B=B=f（H H）由上可知：由上可知：（1）磁性材料的磁性材料的 B H 呈非线性关系，呈非线性关系，常数常数acBB()BrHcH（I）0 0H（I）B()0 0返回9.1.19.1.1 铁磁材料的磁性能铁磁材料的磁性能H（I）H（I）B()B()BBrHc0 00 0（2 2）铁磁物质的磁性能铁磁物质的磁性能*高导磁性高导磁性高导磁性高导磁性 *磁饱性磁饱性磁饱性磁饱性 *磁滞性磁滞性磁滞性磁滞性返回磁性物质磁性物质 磁性物质内部形成许多小区域，其分子间存在的一

3、磁性物质内部形成许多小区域，其分子间存在的一磁性物质内部形成许多小区域，其分子间存在的一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，种特殊的作用力使每一区域内的分子磁场排列整齐，种特殊的作用力使每一区域内的分子磁场排列整齐，种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。显示磁性，称这些小区域为磁畴。显示磁性，称这些小区域为磁畴。显示磁性，称这些小区域为磁畴。在外磁场作用下，磁畴方向发生变化，使之与外在外磁场作用下，磁畴方向发生变化，使之与外在外磁场作用下，磁畴方向发生变化，使之与外在外磁场作用下，磁畴方向发生变化，使之

4、与外磁场方向趋于一致，物质整体显示出磁性来，称为磁场方向趋于一致，物质整体显示出磁性来，称为磁场方向趋于一致，物质整体显示出磁性来，称为磁场方向趋于一致，物质整体显示出磁性来，称为磁化。即磁性物质能被磁化。磁化。即磁性物质能被磁化。磁化。即磁性物质能被磁化。磁化。即磁性物质能被磁化。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，各个磁畴排在没有外磁场作用的普通磁性物质中，各个磁畴排在没有外磁场作用的普通磁性物质中，各个磁畴排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。列杂乱无章，磁场互相抵消，整体对外不显磁性。列杂乱无章，磁场互相抵消，

5、整体对外不显磁性。列杂乱无章，磁场互相抵消，整体对外不显磁性。磁磁磁磁畴畴畴畴涡流损耗涡流损耗涡流涡流磁滞损耗磁滞损耗铁铁损损耗耗返回9.1.2 9.1.2 简单磁路分析简单磁路分析简单磁路分析简单磁路分析1.1.1.1.磁路磁路磁路磁路 磁通集中通过的路径磁通集中通过的路径磁通集中通过的路径磁通集中通过的路径 （a）变压器的磁路变压器的磁路i (c)直流电机的磁路直流电机的磁路 （b b）交流接触器的磁路交流接触器的磁路+_INSSN返回2.2.2.2.基本定律基本定律基本定律基本定律 安培环路定律安培环路定律：在磁场中，磁场强度：在磁场中，磁场强度 H 沿任一沿任一 闭合路径闭合路径 l

6、的线积分，等于穿过该闭合路径所围面的线积分，等于穿过该闭合路径所围面积的电流积的电流 I I 的代数和。的代数和。H d l =I 电流的方向与积分的循行方向符合右螺旋定则电流的方向与积分的循行方向符合右螺旋定则的电流为正，反之为负。的电流为正，反之为负。返回H d l=Hd l=Hl Hl =NIN I=Hl=l=lB sxsiHx环形线圈的磁路环形线圈的磁路 例例:安培环路定律：安培环路定律：H d l=NI ，Hl=NINI ls =返回NI ls =F=NI 磁动势，磁动势，lsRm=磁阻磁阻(1）公式的意义：公式的意义：磁阻磁阻 Rm =表示磁路对磁通有阻碍作用表示磁路对磁通有阻碍作

7、用sl 磁动势磁动势 F=NI 主要用来产生磁通主要用来产生磁通 NI lsRmF 磁路欧姆定律磁路欧姆定律磁路欧姆定律磁路欧姆定律:返回说明说明：磁阻与材料关系密切，导磁材料的磁阻小（磁阻与材料关系密切，导磁材料的磁阻小（大）。大）。若磁通一定，则磁阻若磁通一定，则磁阻 Rm 愈大，所需的励磁电愈大，所需的励磁电流流 I 愈大。愈大。若磁动势一定，则磁通的大小取决于磁阻若磁动势一定，则磁通的大小取决于磁阻 Rm；2）由于铁磁材料的磁导率由于铁磁材料的磁导率不不等于常数，等于常数，所所 以磁阻以磁阻 Rm 也不是一个常数。因此不能用磁也不是一个常数。因此不能用磁路欧姆定律进行定量计算，路欧姆定

8、律进行定量计算，但应用该定律对磁但应用该定律对磁路作定性分析是很重要的。路作定性分析是很重要的。INRmF =ls返回 思考题思考题思考题思考题 一一一一：如图所示磁路，有一段气隙如图所示磁路，有一段气隙如图所示磁路，有一段气隙如图所示磁路，有一段气隙 0 0，与同一磁路无气隙时比较所与同一磁路无气隙时比较所与同一磁路无气隙时比较所与同一磁路无气隙时比较所需电流的大小（设磁需电流的大小（设磁需电流的大小（设磁需电流的大小（设磁通通通通 不变）不变）不变）不变）说明分析依据，分析步骤和分析结论说明分析依据，分析步骤和分析结论i2i10返回有气隙时有气隙时励磁电流励磁电流增大增大思考题二思考题二：

9、如图为一气隙变化的磁路（电磁铁磁路）如图为一气隙变化的磁路（电磁铁磁路）试分析在气隙变化（衔铁吸合前后）过程中磁阻及励试分析在气隙变化（衔铁吸合前后）过程中磁阻及励磁电磁电 流的变化情况（设流的变化情况（设 不变）。不变）。未吸合时：有气隙，未吸合时：有气隙，磁阻大，依磁路欧姆定律磁阻大，依磁路欧姆定律（=），），电流电流 i 增大增大NIRm 吸合时：气隙减小，吸合时：气隙减小，磁阻减小磁阻减小 ,（=），），电流电流 i 减小减小NIRm返回分析分析：3.3.3.3.直流磁路直流磁路直流磁路直流磁路 在励磁线圈中通入直流电流，磁路中会产生一个恒定磁通，这种具有恒定磁通的磁路称为直流磁路。返

10、回IN N 匝匝4.4.4.4.交流磁路交流磁路交流磁路交流磁路 电磁关系电磁关系u e=-N d td e=-N d d tL=常数常数Ni与与 i 之间呈线性关系：之间呈线性关系：iiN返回E=-j x I.d d td i d t故故：e =-N =-L 主磁通主磁通漏磁通漏磁通漏磁通u+e若若i为正弦电流为正弦电流主磁通感应电动势主磁通感应电动势 e 与磁通与磁通 的关系：的关系：由上式可知：由上式可知：2.Em=2f N m E=4.44 f N mEm22f N m2设设 =m sin t返回d 则：则：e=-N =N m cos t =N msin（t+）d t2=2f N ms

11、in（t ）=Em sin（t ）22 1.主磁通感应电动势主磁通感应电动势 e 在相位上滞后于主磁通在相位上滞后于主磁通2主磁通主磁通 与电压与电压 u 和和电流电流 i 的关系的关系 依基尔霍夫电压定律得出：依基尔霍夫电压定律得出：U E=4.44f N m U =4.44 f N mu=iR+（e）+（e）U=IR+（E）+（E）=IR+（E）+I jx=I（R+jx）+（E）则：则：U E ，返回常用的基本公式常用的基本公式（简称简称4.44公式公式）主磁通漏磁通漏磁通u+e5.5.5.5.交、直流磁路综合分析和比较交、直流磁路综合分析和比较交、直流磁路综合分析和比较交、直流磁路综合分

12、析和比较铁心被磁化，具有高导磁铁心被磁化，具有高导磁性、磁饱和性。性、磁饱和性。直流励磁直流励磁：IN、B、H 均是恒定的均是恒定的交流励磁交流励磁：IN、B、H 均是交变的均是交变的不同点：不同点：1.磁场物理量磁场物理量：相同点：相同点：返回+UI+ui磁通磁通 由线圈两端电压确定，与磁路性质、由线圈两端电压确定，与磁路性质、结构（即不论气隙，材料，磁路长度结构（即不论气隙，材料，磁路长度 l 如何如何变化）无关。变化）无关。交流磁路交流磁路：直流磁路直流磁路：当电压一定时，：当电压一定时，I I 一定，磁通一定，磁通 与磁路性质有关。（依据与磁路性质有关。（依据 ）=NIRm返回 U =

13、4.44 f N m依公式依公式2.2.磁通磁通 3 3.励磁电流的大小励磁电流的大小 直流励磁：直流励磁：I=,与磁路性质及结构无关与磁路性质及结构无关UR交流励磁：交流励磁：i 与磁路性质及结构有关与磁路性质及结构有关（U=4.44 f N m，电压一定，电压一定，一定，一定，返回4 4.功率功率交流磁路：交流磁路：P=PFe+PCu （变化）变化）直流磁路：直流磁路：P=PCu （恒定）恒定）I 与磁阻有关）与磁阻有关）Rm NI =,又依又依返回9.2 9.2 9.2 9.2 变变变变 压压压压 器器器器9.2.19.2.1 变压器的用途和基本结构变压器的用途和基本结构9.2.29.2

14、.2 变压器的工作原理变压器的工作原理9.2.39.2.3 变压器的特性和额定值变压器的特性和额定值*9.2.49.2.4 自耦变压器及仪用互感器自耦变压器及仪用互感器9.2.1 9.2.1 变压器的用途和基本结构变压器的用途和基本结构返回各式各样的变压器各式各样的变压器返回 变压器空载运行变压器空载运行变压器空载运行变压器空载运行 i i2 22 2 =0=0=0=0 i0 很小，很小，I0 I1 （3%8%）e=L1 d i0d tu2 =u20 i1 1 =i0 0i0 N1d te1=N1 de2=N2 dd t9.2.2 9.2.2 变压器的工作原理变压器的工作原理1.1.变压器的电

15、压变换作用变压器的电压变换作用（1 1）电磁关系）电磁关系返回+u2u1e1e2i2ZL+u20i1=0N1N2i0 0 （2 2）电压平衡方程式）电压平衡方程式U20=E2 ，U20=4.44 f2 N2m.电压变换特性电压变换特性 （f 1 =f 2）U1U204.44f1 N1 m4.44f2 N2m=U U11U U2020=N N11N N22=K=K返回u20e2+e1.U1=I0（R1+jX）+（E1）.一次侧：一次侧：U1E1 ，U1=4.44 f1 N1 m.二二 次侧：次侧：电磁关系：电磁关系：（忽略漏磁通）（忽略漏磁通）变压器负载运行变压器负载运行变压器负载运行变压器负载

16、运行由由由由 i i00增大到增大到增大到增大到 i i1 11 1i i22 0 0u1i1i1N1e1=N1 dd ti2N2i2e2=N2 dd t2.变压器的电流变换作用变压器的电流变换作用返回 i1+u2u1e1e2i2ZLN1N2.空载时合成磁动势：空载时合成磁动势：N1I0负载时合成磁动势：负载时合成磁动势：N1I1+N2 I2.N1I0 N1 I1+N2 I2.磁势平衡方程式磁势平衡方程式由电磁关系可知：主磁通由电磁关系可知：主磁通 是由是由 i1 1N1 1 ，i2 2N2 2共同共同作用的结果作用的结果返回 i1+u2u1e1e2i2ZLN1N2且且U1不变不变，m不变不变

17、 N1 I1 N2 I2（I0 很小，忽略）很小，忽略）.I1=I1+I1=I0+（）I2.N1N2 由由 N1 I1 N2 I2 得原副边电流大小之比：得原副边电流大小之比：I0 励磁分量；励磁分量；负载分量负载分量.I2 .N1N2 =电流变换特性电流变换特性电流变换特性电流变换特性I I11N N22I I22N N11K K1返回 i1+u2u1e1e2i2ZLN1N2 N1I0 N1 I1+N2 I2.3.3.变压器的阻抗变换作用变压器的阻抗变换作用 负载获得最大输出功率的负载获得最大输出功率的 条件条件阻抗变换特性阻抗变换特性阻抗变换特性阻抗变换特性 ZL=ZLK 2=ZL 返回.

18、+U1.I1ZLU1I1K U2(1/K)I2K2=ZL N1I1ZL+U1U2I2.N2.1.变压器的外特性：变压器的外特性：U2 =f（I2）U2=E2=U20.9.2.3 9.2.3 变压器的特性和额定值变压器的特性和额定值U2U20cos2=1cos2 1(感性负载感性负载)返回 理想情况理想情况.i1+u2u1e1e2i2ZLN1N2 实际运行实际运行U2=E2 I2（R2 +jX2）.I2 电压调整率电压调整率U20 U2U20U=100%UR2.E2+.jX+R2U2.+I2UL2+ZL.2.变压器的损耗和效率变压器的损耗和效率变压器损耗：变压器损耗：P=Pcu+PFePcu=P

19、cu1+Pcu2 =I12 R1+I22 R2 （可变损耗可变损耗）PFe Bm 2 （不变损耗）不变损耗）I2变压器的效率：变压器的效率：=P1P2P2+P P2+Pcu+PFeP2P2返回 i1+u2u1e1e2i2ZLN1N2返回3.变压器的额定值变压器的额定值 i1+u2u1e1e2i2ZLN1N2 额定电压额定电压 U1N/U2N 额定电流额定电流 I1N/I2N 额定容量额定容量 SN=U2N I2N返回4.变压器绕组的极性变压器绕组的极性N1N2N3123456 变压器在使用中有时需要把绕组串联以提高电压、并联以增大电流，这时应首先确定变压器绕组间的相对极性，即所谓同名端。通过同一变化磁通时，在各绕组感应电动势极性相同的端子称为同名端（或称为同极性端）N1N2N3123456（a）N1N2N3123456（b）返回并联：同名端相连串联：异名端相连作业：作业：9.1.2，9.2.2，9.2.5