第3章磁路与铁心线圈电路.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,5-,*,第,3,章 磁路与变压器,3.1,磁路及其分析方法,*,3.2,交流铁心线圈电路,*,3.3,变压器,3.4,电磁铁,1,i,磁路：磁通所经过的闭合路径。,2,1,、磁感应强度,B,（,磁通密度）,单位：韦伯,1 Tesla=10,4,高斯,B,的单位：特斯拉（,Tesla,）,3.1.1,磁场的基本物理量,表示磁场内某点的,磁场强弱和方向,磁通,:,磁感应强度,B,与垂直于磁场方向的面积,S,的乘积,3.1,磁路及其分析方法,3,安培环路定律（全电流定律）,:,磁场中任何闭合回路磁场强度的线积分，等于通过这个闭合路径内电流的代数和。,I,1,I,2,I,3,电流方向和磁场强度的方向,符合右手定则，电流取正；,否则取负。,2,、磁场强度,H,4,在无分支的均匀磁路,（磁路的材料和截面积相同，各处的磁场强度相等）中，如环形线圈，安培环路定律可写成：,5,3,、磁导率,：表征各种材料导磁能力的物理量,（,亨,/,米）,真空的磁导率,(),为常数,一般材料的磁导率 和真空的磁导率之比,相对磁导率,，则称为磁性材料,，则称为非磁性材料,6,单位：,B,：,特斯拉,：亨,/,米,：,安,/,米,4.,磁场强度,H,与磁感应强度,B,的关系,7,讨论,磁场内某一点的磁场强度,H,与,有关吗,？,由上两式可知，磁场内某一点的,H,只与电流大小、线圈匝数,及,该点的几何位置,有关，,而与,无关,8,磁性材料的磁性能,一、高导磁性,指磁性材料的磁导率很高，,r,1,，,使其具有,被强烈磁化,的特性。,3.1.2,磁性材料的磁性能,高导磁性、磁饱和性、磁滞性、非线性,磁性物质的磁化,9,二、磁饱和性,当外磁场（或励磁电流）增大到一定值时，磁性,材料的全部磁畴的磁场方向都转向与磁场的方向一致，,磁化磁场的,磁感应强度,B,J,达到饱和值,。,B,和与,H,的关系,注,当有磁性物质存在,时,B,与,H,不成比例，,与,I,也不成比例,。,10,三、磁滞性,当铁心线圈中通有,交变电流,（大小和方向都变化）,时，铁心就受到交变磁化，,电流变化,时，,B,随,H,而变化,，,当,H,已减到零值时,，但,B,未回到零,，这种磁感应强度滞,后于磁场强度变化的性质称磁性物质的磁滞性。,磁滞回线,剩磁：,当线圈中,电流减到,零,（,H,0,），,铁心在磁化时所,获的磁性还,未,完全消失，这,时铁心中所,保留,的磁感应强,度称为剩磁感应强度,B,r,11,B,r,H,c,H,（I）,B,(,),0,B,r,H,c,H,（I）,B,(,),0,B,r,H,c,H,（I）,B,(,),0,铁磁材料分类,：,软磁材料,（磁滞回线窄长。常用做磁头、磁心等）,永磁材料,（磁滞回线宽。常用做永久磁铁）,矩磁材料,（磁滞回线接近矩形。可用做记忆元件）。,12,总磁动势等于各段磁压降之和,I,N,NI,：,磁动势。用,F,表示,HL,：,磁压降。用,U,m,表示,3.1.3,磁路的分析方法,目的：分析磁动势与磁通的关系,原理：安培环路定理,13,I,N,S,L,磁性材料 是非线性的,R,m,：磁阻,磁路的欧姆定律,磁路的,欧姆定律,14,磁路和电路的比较,磁,路,电,路,磁通,I,N,R,+,_,E,I,磁压降,磁动势,电动势,电流,电压降,U,15,励磁电流：,在磁路中用来产生磁通的电流,励磁电流,直流,-,直流磁路,交流,-,交流磁路,磁路分析,直流磁路,交流磁路,3.1.4,磁路的分析,i,u,16,I,U,一、直流磁路的分析,直流磁路的特点,:,直流磁路和电路中的恒压源类似,直流电路中,E,固定,I,随,R,变化,随 变化,直流磁路中,F,固定,一定,一定,磁动势,F=IN,一定,磁通和磁阻成反比,（线圈中没有反电动势）,（,R,为线圈的电阻）,17,0,A,R,m0,=,l,0,解：,l,1,r,0,A,R,m1,=,铁心：,气隙：,=,4,10,-,6,10,-,4,210,-,4,5,=,10,6,1/H,10,3,4,10,-,6,10,-,4,0.2,=,5,=,10,6,1/H,U,m,=,U,m0,+U,m1,=(,R,m0,+,R,m1,),5,=,10,6,2,0,.,4,10,-,4,A,F,m,=,400 A,I,=,F,m,/,N,=,0.4 A,U,m0,=,U,m1,=,200 A,l,0,l,1,+,l,0,=,=0.1%,1,1000,结论,:,气隙的长度很小,但,磁阻很大,故磁压降很大。,N,I,0,l,0,l,1,r,A,例 已知,:,l,1,=0.2m,A,=10,-,4,m,2,N,=10,3,=0,.,4,10,-,4,Wb,l,0,=0.2mm,N,r,=10,3,求：,F,m,和,I,0,=,4,10,-,6,=400 A,18,交流激励 线圈中产生感应电势,二、交流磁路的分析,i,u,+,-,-,+,-,+,u,i,e,e,：主磁通,：漏磁通,*,3.2,交流铁心线圈电路,19,电路方程：,u,i,+,-,-,+,-,+,假设,20,铁芯,原边,绕组,副边,绕组,1,、变压器的工作原理,3.3,变压器,变压器符号：,i,1,u,1,+,-,-,+,-,+,+,-,+,-,21,i,1,u,1,+,-,-,+,-,+,+,-,+,-,u,2,+,-,原边,:,副边：,22,空载,:,原边接入电源，副边开路。,K,为,变比,i,1,u,1,+,-,-,+,-,+,+,-,u,2,+,-,1.,原、副边电压关系,当电源电压,U,1,一定时，只要改变匝数比，就可得出不同的输出电压,U,2,23,i,1,u,1,+,-,-,+,-,+,+,-,+,-,2.,原、副边电流关系,副边带负载后对磁路的影响：,在副边感应电压的作用下，副边线圈中有了电流,i,2,。,此电流在磁路中也会产生磁通，从而影响原边电流,i,1,。,但当外加电压、频率不变时，,铁芯中主磁通的最大值在变压器空载或有负载时基本不变,带负载后磁动势的平衡关系为：,24,结论：原、副边电流与匝数成反比,25,Z,L,=,U,1,I,1,I,2,n,Z,L,U,2,U,1,I,1,Z,0,Z,L,=,U,2,I,2,Z,L,=,K,U,2,I,2,/,K,=,K,2,U,2,I,2,=,K,2,Z,L,Z,L,=,k,2,Z,L,E,结论,可利用变压器,进行阻抗匹配,3.,阻抗变换,26,阻抗变换举例：,扬声器上如何得到最大输出功率。,R,s,R,L,信号电压的有效值,U,1,=50V,信号内阻,R,s,=100,负载为扬声器,R,L,=8,求：负载上得到的功率,解,:1.,将负载直接接到信号源上,2.,将负载通过变压器接到信号源上。,R,s,27,2.,变压器的外特性,副边输出电压和输出电流的关系。即：,U,2,I,2,U,20,U,20,：,原边加额定电压、,副边开路时，副边的输,出电压。,一般供电系统希望要硬特性（随,I,2,的变化，,U,2,变化不多）,28,3.,变压器的损耗,为防止涡流损失，铁芯一般由一片片导磁材料叠合而成。,变压器的损耗包括两部分：,铜损,(,P,CU,),：,绕组导线电阻所致。,磁滞损失：磁滞现象引起铁芯发热，,造成的损失。,涡流损失：交变磁通在铁芯中产生,的感应电流（涡流），,造成的损失。,铁损,(),：,P,FE,29,额定电压,变压器副边开路（空载）时，原、副边绕组允,许的电压值。,额定电流,变压器满载运行时，原、副边绕组允许的电流值。,额定容量,4.,变压器的铭牌数据（以单相变压器为例）,30,容量,S,N,输出功率,P,2,输入功率,P,1,输出功率,P,2,注意,：,变压器几个功率的关系,容量：,输出功率：,输入功率：,效率,:,31,电流互感器,（,被测电流,）,N,1,（,匝数少,）,N,2,（,匝数多,）,A,R,i,1,i,2,注意！,1.,副边不能断开，以防产生高电压,；,2.,铁心、高压绕组的一端接地，以防在绝缘损坏时，在副边出现过压。,32,电压互感器,V,R,N,1,（,匝数多,）,保险丝,N,2,（,匝数少,）,u,（,被测电压,）,1.,副边不能短路，以防产生过流,；,2.,铁心、低压绕组的一端接地，以防在绝缘损时，在副边出现,过流。,注意！,33,当电流流入两个线圈时，若产生的磁通方向相同，则两个流入端称为同极性端（同名端）,同极性端,(,同名端,),A,X,a,x,*,*,A,X,a,x,*,*,34,两绕阻串联,两绕阻并联,35,U,1,U,2,U,3,u,1,u,2,u,3,u,1,u,2,u,3,Y/,Y,接法,Y/,接法,U,+,-,+,-,-,+,-,U,1,U,2,U,3,U,+,-,+,-,+,三相变压器的接法,36,作业：,3.3.5-3.3.8,；,3.3.10,37,6.4,电磁铁,1.,直流电磁铁,衔铁,铁心,线圈,F,=,A,0,B,0,2,0,2,(1),结构,(2),吸力,U,=,IR U,不变时，,I,不变,磁动势,F,m,=,IN,=,R,m,不变,R,m,=,R,m1,后,R,m,=,R,m0,+,R,m1,前,F,B,0,(3),吸合前后的吸力 变化,38,（,2,）吸力,f,=,A,0,B,0,2,0,2,设,B,0,=,B,m,sin,t,A,0,B,m,2,2,0,=,sin,2,t,=,(,cos2,t,),A,0,B,m,2,0,2,12,12,平均吸力：,=,A,0,B,m,4,0,2,F,=,f,d,t,1T,T,0,=,F,m,12,（,1,）结构特征,铁心由硅钢片叠成；,有分磁环,2.,交流电磁铁,39,t,、,f,f,1,铁心,电磁吸力,由于,1,与,2,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。,磁通为零，,吸力也为零,2,短路铜环,（,3,）分磁环结构,40,