磁铁和磁路.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,*,6.1,磁路及其分析方法,6.2,交流铁心线圈电路,6.3,变压器,6.4,电磁铁,返回,第,6,章 磁路与铁心线圈电路,磁场的特性可用,磁感应强度、磁通、磁场强度、,磁导率,等几个物理量表示。,一、磁感应强度,与,磁场方向相垂直,的单位面积上通过的,磁通,（磁,力线），可表示磁场内某点的,磁场强弱和方向,。,B,的单位：特,斯拉,（,T,）,1T,10,4,Gs,的单位：韦伯,矢量,6.1.1,磁场的基本物理量,二、磁通,磁感应强度,B,与垂直于磁场方向的面积,S,的,乘积,，,称为,通过该面积,的,磁通,。,如,磁场内各点的磁感应强度的,大小相等,，,方向相同,，,这样的磁场则称为,均匀磁场,。,BS,的单位：,伏,秒，通称为韦,伯,Wb,或麦克斯韦,Mx,1Wb,10,8,Mx,三、磁场强度,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,。,H,的单位：安米,的单位：享米,矢量,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,。,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,.,即,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：,其中,l,x,2,x,是半径为,x,的圆周长,Hx,是半径,x,处的,磁场强度,F,NI,即线圈匝数与电流的乘积，称,磁通势,单位为安,培,（,A,）,四、磁导率,磁导率,是一个用来表示,磁场媒质磁性,和衡量,物质导磁能力,的物理量。,真空中的磁导率为常数,一般材料的磁导率,和真空磁导率,0,的比值，称为,该物质的相对磁导率,r,或,返回,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,磁性材料的磁性能,：,高导磁性、磁饱和性、磁滞性、非线性,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。,6.1.2,磁性材料的磁性能,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,。,磁化曲线,H,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。,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,Br,。,矫顽磁力：,Hc,根据,磁性能,，磁性材料又可分为,三种,：,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：,滞回线接近矩形。可用做记忆元件,返回,i,一、磁路,：,主磁通,所经过的,闭合路径。,线圈,通入电流,后，产生磁通，分,主磁通,和漏磁通,S,。,线圈,铁心,6.1.3,磁路的分析方法,二、磁路的欧姆定律,对于环形线圈,磁路的,欧姆定律,说明,F=NI,为磁通势,Rm,为磁阻,l,为磁路的平均长度,S,为磁路的截面积,磁路与电路对照,磁路,电路,磁通势,F,电动势,E,磁通,电流,I,磁感应强度,B,电流密度,J,磁阻,Rm,电阻,R,磁路的计算,在计算电机、电器等的磁路时，要,预先给定铁,心中,的,磁通,（或磁感应强度），而后按照所给的,磁通及磁路各段的尺寸和材料去求产生预定磁通,所需的磁通势,F,NI,。,计算均匀磁路要用磁场强度,H,，即,NI,H,L,，,如磁路由不同的材料、长度和截面积的几段组,成，则磁路由磁阻不同的几段串联而成,NI,H,1,L,1,H,2,L,2,（,H,L,）,如,：,由三段串联而成的,继电器磁路,一个具有闭合的均匀铁心的线圈，其匝数为,300,，,铁心中的磁感应强度为,0.9T,，,磁路的平均长度为,45cm,，,试求：,（,1,）铁心材料为铸铁时线圈中的电流；（,2,）铁心材料为硅钢片时线圈中的电流,。,例题,6.1.1,解,（,1,）,H,1,9000A/m,I,1,H,1,L/N=9000*0.45/300=13.5A,（,2,）,H,2,260A/m,I,2,H,2,L/N=260*0.45/300=0.39A,I,相同,H,相同,B1=0.05T,B2=0.9T,若要,相同,则,S1,是,S2,的,17,倍,.,若线圈中通有同样大小的励磁电流，要,得到相等的磁通,，采用磁导率高的铁心材料，可使铁心的,用铁量,大为,降低,结论,解,磁路的平均长度为,L,（,10,15,）,2,）,39.2cm,查铸钢的磁化曲线，当,B,0.9T,时，,H,1,500A,m,于是,H,1,L,1,195A,空气隙中的磁场强度为,H,0,B,0,0,0.9,（,4,*10,7,）,7.2*10,5,A/m,有一环形铁心线圈，其内径为,10cm,，,外径为,15cm,，,铁心材料为铸钢。磁路中含有一空气气隙，其长度等于,0.2cm,。,设线圈中通有,1A,电流，如要得到,0.9T,的磁感应强度，试求,线圈匝数,。,例题,6.1.2,H,0,7.2,*10,5,*0.2*10,-2,1440A,总磁通势为,NI,（,H,L,）,H,1,L,1,H,0,195,1440,1635A,线圈匝数为,N,NI,I,1635,若要得到相等的磁感应强度，采用磁导率高的铁心,材料，可使线圈的,用铜量,大为,降低,当磁路中含有空气隙时，由于其,磁阻较大,，,要得到,相等的磁感应强度，必须增大励磁电流（,线圈匝数,一定）,结论,返回,一、电磁关系,铁心线圈分为：,直流铁心线圈,和,交流铁心线圈,铁心线圈的交流电路,6.2,交流铁心线圈电路,和,L,与,i,的关系,注,励磁电流,i,与,之间线性,关系,i,与,之间不存在线性关系,二、电压电流关系,铁心中磁感应,强度的最大值,铁心截面积,三、功率损耗,铜损,P,Cu,：,线圈电阻,R,上的功率损耗。,铁损,P,Fe,：,铁心在交变磁通的作用下，由磁滞和涡流,产生的功率损耗。包括磁滞损耗,P,h,和涡流损耗,P,e,。,P,h,：,与磁滞回线所包围的面积成正比。,涡流在垂直于磁场方向的平面内环流着。,铁损,P,fe,：与,铁心内磁感应强度的最大值的平方,成正比。,返回,发电厂,1.05,万伏,输电线,22,万伏,升压,变电站,1,万伏,降压,降压,实验室,380/220,伏,降压,仪器,36,伏,降压,变压器的种类,6.3,变压器,一、变压器的工作原理,原绕组,副绕组,变压器是按照电磁感应的原理，实现电能,传递的电器设备。它是由绕在一个闭合铁心上,的两个（或两个以上）的线圈构成，利用两个,线圈匝数的比例关系来改变电压的大小。,电磁关系,副绕组,原绕组,变压器的功能,：,变电压、变电流、变阻抗,原绕组,副绕组,电压变换,根据,交流磁路,的分析可得：,E,1,4.44fN,1,m,E,2,4.44fN,2,m,空载时副绕,组的端电压,变比,结论,：改变匝数比，可得到不同的输出电压,铁心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。,由于变压器铁心的磁导率高，空载电流（,i,0,）,很小，,可忽略。写成相量为,电流变换,电流变换,结论,：变压器原、副绕组的电流与匝数成反比,阻抗变换,结论,：变压器原边的等效负载，为副边所带负载乘以变比的平方。,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、副边绕组允许的最大电流值,。,额定容量,传送功率的最大能力。,（,理想）,变压器的铭牌数据,（以单相变压器为例）,（,1,）匝数比为,信号源输出功率为,如下图：交流信号源的电动势,E,120V,内阻,R,0,800,，,负载电阻,R,L,8,（,1,）当,R,L,折算到原边的等效电阻为,R,0,时，求匝数比和信号源输出功率；（,2,）当将负载直接与信号源联接时，信号源输出多大功率？,例题,6.3.1,如下图：交流信号源的电动势,E,120V,内阻,R,0,800,，,负载电阻,R,L,8,（,1,）当,R,L,折算到原边的等效电阻为,R,0,时，求匝数比和信号源输出功率；（,2,）当将负载直接与信号源联接时，信号源输出多大功率？,例题,6.3.1,（,2,）当将负载直接接在信号源上时,U,20,：,原边加额定电压时,副边的开路电压。,电压变化率,变压器的外特性曲线,二、变压器的外特性,U,1,和 为常数时，副边输出电压和输出电流的关系,U,2,f,（,I,2,），称,外特性曲线。,三、变压器的损耗与效率,变压器的功率损耗包括铁心中的铁损,P,Fe,和,绕组上的铜损,P,Cu,。,变压器的效率：,四、特殊变压器,自耦变压器,A,B,P,结构特点,:,二次绕组是一次绕组的一部分,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,被测电流,电流表读数,*,K,注意！,1.,副边,不能断开,，以防产生高电压；,2.,铁心、低压绕组的,一端接地,，以防在绝缘损坏时，在副边出现过压。,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）,被测电压,电压表读数,*,K,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 出现高压。,注意！,五、变压器绕阻的极性,当电流流入,(,或流出）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,）。,或者说，当铁芯中磁通变,化（增大或减小）时，在,两线圈中产生的感应电动,势极性相同的两端为,同极,性端,。,4,两绕阻串联,两绕阻并联,若将两绕阻的其中一个线圈,反绕,，,则,1,和,4,为,同极性端,注,返回,4,4,判断同名端的方法,:,(1),交流法,(2),直流法,若 ，则,1,、,3,为同名端；,若 ，则,1,、,4,为同名端。,若毫安表,正,偏，,1,、,3,为同名端；,若毫安表,反,偏，,1,、,4,为同名端。,F,线圈,铁心,衔铁,电磁铁,是利用通电的铁心,线圈吸引衔铁或保持某种,机械零件、工件于固定位,置的一种电器。,电磁铁吸合过程的分析,：,在过程中若外加电压不变，,则,基本不变,电磁铁吸合前,(,气隙大）,大,起动电流大,电磁铁吸合后,(,气隙小）,小,电流小,6.4,电磁铁,容量,S,N,输出功率,P,2,原边输入功率,P,1,输出功率,P,2,注意,：变压器几个功率的关系,效率,变压器功,率因数,容量,：,原边输入功率：,输出功率：,如果气隙中有异物卡住，电磁铁长时间吸不上，线圈中的电流一直很大，将会导致过热，把线圈烧坏。,注意：,电磁铁的吸力,气隙截,面积,气隙,磁感应,强度,交流电磁铁中磁场是交变的，设,交流电磁铁,：铁心由钢片叠成，可减小铁损；励磁,电流仅与线圈电阻有关，不因气隙大,小而变。,直流电磁铁,：铁心用整块软钢制成；其在吸合过程,中，随着气隙的减小，磁阻减小，线,圈的电感和感抗增大，因而电流逐渐,减小。,则吸力为：,平均值为：,返回,