铁磁材料的磁导率不是常数PPT课件

.,1,电工基础,.,2,项目6磁路与变压器,.,3,任务一磁路与铁磁材料的认识,.,4,任务一磁路与铁磁材料的认识,1.磁感应强度,一、磁路的基本物理量,磁感应强度是用来描述磁场内某点磁场强弱和方向的物理量。,磁感应强度方向与产生磁场的电流方向之间满足右手螺旋定则。,.,5,可用垂直于磁场的通电导体所受的力的大小来衡量,特斯拉（简称特T）B在电磁单位制中用高斯（Gs），1T=104Gs。,磁感应强度B大小,单位：,磁场中通电导体的长度，单位米（m）,导体中流过的电流，单位安（A）,导体所受的磁场力的大小，单位牛（N）,.,6,在均匀磁场中，磁感应强度B与垂直于B的某一截面积S的乘积，称为通过该截面的磁通（也称为磁通量），即,韦伯(Wb)在电磁单位制中用麦克斯韦(Mx)，1Wb=108Mx。,2.磁通,磁感应强度B在数值上可以看成为与磁场方向相垂直的单位面积所通过的磁通，故又称磁通密度，简称磁密。,单位：,.,7,表征磁场的另一个矢量物理量，它表示励磁电流I在空间产生的磁化力。,3.磁场强度,安培/米（A/m),单位：,.,8,磁导率是表示介质导磁能力的物理量。,真空的磁导率为0=410-7H/m，是个常数。空气的磁导率与之接近。,对非磁性材料，如铜、铝、纸张、空气等，其r1。,4.磁导率,单位：,磁介质中磁感应强度与磁场强度之比称磁导率或绝对磁导率。,相对磁导率,任意一种物质的磁导率和真空的磁导率0的比值，称为该物质的相对磁导率r，即,亨/米(H/m),.,9,常用磁性材料的磁导率,.,10,磁性材料主要是指钢、铁、镍、钴及其合金等材料，是制造电机、变压器和各种电器元件铁心的主要材料。从工程应用观点，磁性材料的磁性能可用磁化曲线及其磁饱和性、高导磁性、磁滞回线及其磁滞性来表征。,任务一磁路与铁磁材料的认识,1.高导磁性,二、铁磁材料性能,磁性材料的磁导率很高，具有被强烈磁化（呈现磁性）的特性。,.,11,磁化曲线,2.磁饱和性,当铁心线圈的励磁电流I从零增大时，磁性材料被磁化力磁化产生磁感应强度B，B值随磁场强度H(由电流I引起)值变化曲线称为磁性材料的BH磁化曲线。,磁性物质磁场不随外磁场的增强而增强，称磁感应强度B达饱和值。,.,12,磁滞回线,3.磁滞性,当铁心线圈中通有交变电流时，铁心就受到交变磁化，磁感应强度B随磁场强度H的变化。当H回到零值时，B还未回到零值。这种磁感应强度H滞后于磁场强度B变化的性质，称为磁性材料的磁滞性！表示B和H变化关系的闭合曲线称为磁滞回线！,.,13,磁滞回线,3.磁滞性,在铁心反复交变磁化的情况下，当H=0（即励磁电流i=0）时，铁心中保留的磁感应强度，称为剩磁感应强度Br。欲使剩磁消失，必须改变励磁电流方向，以得到反向的磁场强度。使B=0的H值，称为矫顽磁力Hc。,.,14,根据磁性材料的磁滞回线，可将磁性材料分为三种类型：,磁滞回线较窄，矫顽磁力较小，磁滞损耗较小。,任务一磁路与铁磁材料的认识,1.软磁材料,三、磁性物质的分类,常用的材料有铸铁、硅钢、坡莫合金和软磁铁氧体等。,一般用来制造电机、变压器及电器等的铁心等。,.,15,磁滞回线较宽，矫顽磁力较大，磁滞损耗较大。,任务一磁路与铁磁材料的认识,2.硬磁材料,三、磁性物质的分类,常用的有碳钢及铁镍铝钴合金等。,一般用来制造永久磁铁。,.,16,磁滞回线接近矩形，剩磁大，矫顽磁力小，稳定性良好。矩磁材料去掉外磁场后，与饱和磁化时方向相同的剩磁能稳定地保持下去，所以具有记忆性。,3.矩磁材料,任务一磁路与铁磁材料的认识,三、磁性物质的分类,在数字信息存储系统中，用作记忆元件和逻辑元件。,常用的有：镁锰铁氧体及1J51型铁镍合金等。,.,17,任务一磁路与铁磁材料的认识,1.磁滞损耗,四、磁滞损耗和涡流损耗,铁磁材料在交变磁场的作用下而反复磁化过程中，磁畴之间不停地互相摩擦，消耗能量，因此引起损耗。这种损耗称为磁滞损耗。,无外磁场情况,有外磁场情况,磁畴,.,18,涡流损耗转化为热能，引起铁心发热。,2.涡流损耗,由涡流所产生的功率损耗。,交变磁通在铁心内产生感应电动势和电流，称为涡流。涡流在垂直于磁通的平面内环流。,涡流,.,19,任务一磁路与铁磁材料的认识,1.安培环路定律（全电流定律）,五、磁路定律,在磁路中，磁场强度沿任一闭合路径的线积分等于此闭合路径所包围的电流的代数和。,若闭合回路上各点的磁场强度相等且其方向与闭合回路的切线方向一致。则,FNI称为磁动势单位：安培（A）,N为线圈的匝数，l为磁路的平均长度。,.,20,磁路欧姆定律,2.磁路欧姆定律,设一段磁路长为l，磁路面积为S的环形线圈，磁力线均匀分布于横截面上，这时B、H与之间的关系为,根据安培环路定律得磁路的欧姆定律得：,式中：Rm称为磁阻，是反映磁路对磁通阻碍作用的物理量；F称为磁动势，单位是安匝，磁通就是由F产生的。,.,21,2.磁路欧姆定律,空气隙的磁导率很小，而且是常数，所以空气隙中的磁阻很大，且磁阻是线性的。铁磁材料的磁导率不是常数，它随励磁电流而变，所以铁磁材料的磁阻是非线性的，但磁阻很小（很多情况可以忽略）。,.,22,任务一磁路与铁磁材料的认识,六、交流铁心线圈,线圈又叫绕组，是由导线缠绕而成，缠绕一圈称为一匝。线圈的匝与匝之间彼此绝缘。,线圈,变压器、交流电动机及各种交流电器的铁芯线圈都通入交流电来励磁。,由硅钢片叠压制成的铁心磁路。,.,23,六、交流铁心线圈,在交流系统中，电压和磁通的波形非常接近于时间的正弦函数。,式中：m为铁心磁通的幅值；Bm为磁密的幅值；=2f为角频率，f为电源频率。,假设线圈的横截面积为S，铁心磁通正弦变化。,.,24,六、交流铁心线圈,在匝绕组中感应的电势为,大多数情况下，线圈的电阻很小，漏磁通较小，可以忽略不计，则：,电压的有效值：,.,25,六、交流铁心线圈,即当铁芯线圈上加以正弦交流电压时，铁芯线圈中的磁通也是按正弦规律变化。在相位上，电压超前于磁通90，在数值上，端电压有效值为,.,26,任务二变压器,.,27,主要功能,电压变换,电流变换,阻抗变换,隔离,稳压（磁饱和变压器）,分类,按用途分,电力变压器(输配电用),仪用变压器,整流变压器,开关变压器,电炉变压器,任务二变压器,.,28,电源变压器,环形变压器,控制变压器,整流变压器,任务二变压器,.,29,三相干式变压器,接触式调压器,.,30,连接发电机与电网的升压变压器,.,31,任务二变压器,一、变压器的基本结构,尽管变压器的种类很多，而且用途、电压等级和容量又各不相同，但其基本结构是相同的。,变压器主要是由两个或两个以上绕组（线圈）绕在一个公共铁心柱上，铁心和绕组组合成变压器的主体。,.,32,一、变压器的基本结构,铁心构成变压器的磁路。铁芯一般是由导磁性能较好的硅钢片叠制而成，硅钢片的表面涂有绝缘漆，为了减少涡流损耗，一般由0.350.55mm的表面绝缘的硅钢片交错叠压而成。,任务二变压器,一次绕组(原边线圈),接电源,闭合铁心,二次绕组(副边线圈),接负载,1.铁心,.,33,2.绕组,即变压器线圈，是变压器的电路，用绝缘导线绕制而成。,一、变压器的基本结构,任务二变压器,一次绕组(原边线圈),接电源,闭合铁心,二次绕组(副边线圈),接负载,.,34,3.其它,外壳、油箱、储油柜、防爆管、瓦斯报警器、高压绝缘管套以及继电保护装置,.,35,（a）心式（b）壳式,基本结构形式,.,36,符号,.,37,二、变压器的工作原理,交流电源,负载,i1,1.电压变换作用,.,38,k为变比(匝数比),改变匝数比，就能改变输出电压。,结论,若k1，降压变压器；而k1，升压变压器。,二、变压器的工作原理,1.电压变换作用,.,39,有一台电压为220/36V的降压变压器，若变压器的一次侧绕组，N1=1100匝，试确定二次侧绕组匝数应是多少？,由公式,得,例1:,解,.,40,二、变压器的工作原理,2.电流变换作用,对于理想变压器，忽略内部损耗，一次侧的容量与二次侧的相等,一次、二次侧电流与匝数成反比。,结论,.,41,有一台电压为220/12V的降压变压器，当二次侧接12V、24W的纯电阻负载时，求变压器一次侧、二次侧的电流各为多少？,二次侧电流,变比,一次侧电流,例2:,解,.,42,二、变压器的工作原理,3.阻抗变换作用,变压器一次侧输入阻抗为实际二次侧负载阻抗的k2倍,结论,ZL,负载侧阻抗：,从电源端把整个变压器看成负载，则负载阻抗：,.,43,有一电压比为220/36V的降压变压器，如果次级接上10的电阻，求变压器初级的输入阻抗。,变比,输入阻抗,例3:,解,.,44,任务二变压器,三、实际变压器的外特性与效率,当一次侧电压U1和负载功率因数cos保持不变时，二次侧输出电压U2和输出电流I2的关系U2=f(I2)，称为变压器的外特性。,外特性,调整率,表示副绕组输出电压U2随着输出电流I2的增加而下降的程度,.,45,任务二变压器,三、实际变压器的外特性与效率,在额定功率时，变压器的输出功率P2和输入功率P1的比值，叫做变压器的效率。,效率,效率,一般95%,负载为额定负载的(5075)%时,最大。,.,46,变压器的损耗：,铜损(PCu)：绕组导线电阻的损耗。与负载大小（正比于电流平方）有关。,铁损(PFe)：,.,47,四、变压器同名端判断,任务二变压器,当电流从两个线圈的某一对端子流入时，若两线圈中产生的磁通是相互增强的，则这对端子就称为同名端。,同名端,用“”、“*”、“”表示。,增加,同极性端和绕组的绕向有关。,.,48,同名端也可定义为，当一个变大的电流从第一个线圈的一端子流入时，在另一个线圈中的会感应电动势，则感应电势高的一端为第一个线圈电流流入端的同名端。,+,同名端判断,.,49,实验方法测同名端,.,50,测试注意点：,（1）若变压器的高压绕组（即匝数较多的绕组）接电池，电表应选用最小量程，使指针摆动幅度较大，以利于观察；若变压器的低压绕组（即匝数较少的绕组）接电池，电压表应选用较大量程，以免损坏电表。,（2）接通电源瞬间，指针会向某一个方向偏转，但断开电源时，由于自感作用，指针将向相反方向倒转。如果接通和断开电源的间隔时间太短，很可能只看到断开时指针的偏转方向，而把测量结果搞错。所以接通电源后要等几秒钟后再断开电源，也可以多测几次，以保证测量的准确。,.,51,任务一磁路与铁磁材料的认识,1.自耦变压器,五、特殊变压器,原、副绕组共用同一个绕组的变压器称为自耦变压器。,.,52,1.自耦变压器,五、特殊变压器,使用时，改变滑动端的位置，便可得到不同的输出电压。实验室中用的调压器就是根据此原理制作的。,.,53,2.仪用互感器,互感器是电力系统中提供测量和保护用的重要设备，互感器可以把高电压改变成低电压，把大电流改变成小电流。,五、特殊变压器,使测量仪表和继电器与高压装置在电气方面很好地隔离，保证工作人员的安全。,使测量仪表标准化小型化，采用小截面的电缆进行远距离测量。,当电路发生短路时，互感器使仪表和电流线圈不受冲击电流的影响。,.,54,2.仪用互感器,作用：将大电流变换为小电流。,电流互感器,特点：电流互感器原绕组线径较粗，匝数很少，与被测电路负载串联；副绕组线径较细，匝数很多，与电流表及功率表、电度表、继电器的电流线圈串联。,注意：,五、特殊变压器,副绕组电路不允许开路,.,55,2.仪用互感器,作用：将高电压变换成低电压。,电压互感器,特点：电压互感器的原绕组匝数很多，并联于待测电路两端；副绕组匝数较少，与电压表