磁路与铁心线圈电路1.ppt

第第3 3章章 磁路与变压器磁路与变压器 3.1 3.1 磁路及其分析方法磁路及其分析方法 * *3.2 3.2 交流铁心线圈电路交流铁心线圈电路 * *3.3 3.3 变压器变压器 3.43.4 电磁铁电磁铁 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 = 104 高斯 B 的单位：特斯拉（Tesla） 3.1.13.1.1磁场的基本物理量磁场的基本物理量 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 3.1 磁路及其分析方法磁路及其分析方法 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。 I1 I2 I3 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， r1，使其具有 被强烈磁化的特性。 3.1.2 3.1.2 磁性材料的磁性能磁性材料的磁性能 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BJ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 （H0），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 11 Br Hc H（I） B() 0 0 Br Hc H（I） B() 0 0 Br Hc H（I） B() 0 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 Um 表示 3.1.3 3.1.3 磁路的分析方法磁路的分析方法 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 Rm ：磁阻 磁路的欧姆定律磁路的欧姆定律 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 3.1.4 磁路的分析磁路的分析 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 0A Rm0= l0 解： l1 r 0A Rm1= 铁心： 气隙： = 410 -6 10 -4 210 -4 5 = 106 1/H 103410 -6 10 -4 0.2 = 5 = 106 1/H Um=Um0+Um1= (Rm0+Rm1) 5 = 10620.410 -4 A Fm= 400 A I = Fm/N= 0.4 A Um0 =Um1 = 200 A l0 l1 + l0 = = 0.1 % 1 1000 结论结论 : : 气隙的长度很小, 但 磁阻很大, 故磁压降很大。 N I 0 , l0 l1, r, A 例 已知: l1=0.2m, A=10 -4 m2, N=10 3, =0.4 10 -4 Wb, l0=0.2mm , N r=10 3, 求：Fm和 I 0= 410 -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 3.2 交流铁心线圈电路交流铁心线圈电路 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 3.3 变压器变压器 变压器符号： i1 u1 + - - + - + + - + - 21 i1 u1 + - - + - + + - + - u2 + - 原边: 副边： 22 空载 : 原边接入电源 ，副边开路。 K为变比 i1 u1 + - - + - + + - u2 + - 1.原、副边电压关系 当电源电压U1一定时，只要改变匝数比，就 可得出不同的输出电压U2 23 i1 u1 + - - + - + + - + - 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 i2 。此 电流在磁路中也会产生磁通 ，从而影响原边电流 i1。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 ZL= U1 I1 I2 n ZL U2 U1 I1 Z0 ZL= U2 I2 ZL = KU2 I2/K = K2 U2 I2 = K2 ZL ZL= k2 ZL E 结论结论 可利用变压器 进行阻抗匹配 3. 3. 阻抗变换阻抗变换 26 阻抗变换举例：扬声器上如何得到最大输出功率。 Rs RL 信号电压的有效值U1= 50V, 信号内阻Rs=100 负载为扬声器,RL=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。 Rs 27 2.变压器的外特性 副边输出电压和输出电流的关系。即： U2 I2 U20 U20：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I2的变化，U2 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 (PCU) ：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( )：PFE 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 SN 输出功率 P2 输入功率 P1 输出功率 P2 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） N1 （匝数少） N2 （匝数多） A R i1 i2 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 N1 （匝数多） 保险丝 N2 （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 U1 U2 U 3 u1 u2 u3 u1 u2 u3 Y/ Y接法 Y/ 接法 U + - + - - + - U1 U2 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 6.4 电磁铁电磁铁 1. 1.直流电磁铁直流电磁铁 衔铁 铁心 线圈 F = A0B0 20 2 (1) (1) 结构结构 (2)(2)吸力吸力 U=IR U不变时，I不变 磁动势 Fm= IN = Rm 不变 Rm= Rm1 后 Rm= Rm0+Rm1前 FB0 (3)(3)吸合前后的吸力吸合前后的吸力 变化变化 38 （2 2） 吸力吸力 f = A0B0 20 2 设 B0 = Bmsin t A0Bm 2 20 = sin2 t = ( cos2 t ) A0Bm 20 2 1 2 1 2 平均吸力：= A0Bm 40 2 F = f d