第14章铁心线圈与变压器

1、14.3 变压器,14.1 磁路的基本概念,14.2 铁心线圈,14.4 电磁铁,第14章 铁心线圈与变压器,磁路：主磁通所经过的闭合路径。,14.1.1 铁磁性材料的磁性能,线圈通入电流后，产生磁通，分主磁通和漏磁通。,铁心 （导磁性能好 的铁磁性材料）,线圈,14.1 磁路的基本概念,磁路的基本物理量及相互间的关系,复习,表征各种材料导磁能力的物理量,称为这种材料的相对磁导率,非磁性材料：磁导率低，如真空、空气；,磁性材料：磁导率高，如铁磁物质。,非线性！m不是常数,磁滞性,磁饱和,非线性,磁性材料的磁性能,非线形；高导磁性；磁饱和性；磁滞性。,基本磁化曲线：,b=f（h）或 f =f（i

2、）,0,b,a,1,对于均匀磁路,14.1.2 磁路的欧姆定律,则：,由于磁性材料 的 不常数，磁路欧姆定律只用作定性 分析，不做定量计算。,令：,rm 称为磁阻,注意！,一环型铁心线圈，尺寸如图示，铁心材料为铸钢，磁路中含有长度为两厘米的空气隙。设线圈中通有1a的电流，如要得到0.9t的磁感应强度，试求线圈匝数。,解:,磁路的平均长度为,l=(10+15)*3.14=39.2cm,铸钢磁路的长度为,l1=39.2-0.2=39cm,查磁化曲线,当b=0.9t时，h=500a,h1l1=5003910-2=195a,气隙磁路长度为,h0l0= b0 / 0 =1440a,ni=h1l1+ h0

3、l0 =1635a,?,l0=0.2cm, 0=410-7hm,励磁电流：在磁路中用来产生磁通的电流。（线圈中的电流）,14.2 铁心线圈,14.2.1 直流铁心线圈,（r 为线圈的电阻）,只由线圈中的电流和线圈电阻决定。,直流电磁铁磁路如图示。分在衔铁吸合前后的电流、磁通的变化情况。,1）因电流只与电源电压和线圈电阻有关，,所以，吸合前后电流不变：i=u/r,2）因磁动势一定，f=ni,吸合前，磁路中气隙大，磁阻大， 小；,吸合后，磁路中气隙小，磁阻小， 大。,：主磁通,：漏磁通,14.2.2 交流铁心线圈,u,电流与磁通方向符合右螺旋法则,电路方程：, ：漏磁通，很小； r：线圈电阻， 很

4、小，,1.基本电磁关系,假设,则,最大值,有效值,2、功率损耗, p=pcu+ pfe,铜损：pcu =i2r,铁损：pcu = ph+ pe,ph：磁滞损耗：, 铁心材料的磁滞回线面积,采用软磁性材料做铁心可以减少磁滞损耗。,pe：涡流损耗：,与铁心的截面积、电源频率、磁感应强度有关。,采用顺磁场方向的硅钢片叠成的铁心可以减少涡流损耗。,3.交流磁路的特点,交流铁心线圈的串联等效电路：,在吸合过程中若外加电压u不变,则 不变。,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。,交流电磁铁磁路如图示。分在衔铁吸合前后的电流、磁通的变化情况。,注意！,变

5、压器功能：,变电压：电力系统,变阻抗：电子电路中的阻抗匹配 （如喇叭的输出变压器）,变电流：电流互感器,14.3 变压器,变压器应用举例,单相变压器,原边 绕组,副边 绕组,14.2.1 变压器的结构,铁心：变压器的磁路。,高、低压绕组.,原边（一次绕组）：,接电源的绕组,副边（二次绕组）：,接负载的绕组,14.3.2 工作原理,工作过程,参考方向的确定：, 原边是电源的负载；, 副边是负载的电源；,空载运行 ：原边接入电源，副边开路。,接上交流电源,原边电流 i1等于励磁电流 i10,产生感应电动势,i10 产生磁通 （交变）,e,方向符合右螺旋法则,1.电压变换,注意,结论：改变匝数比，就

6、能改变输出电压。,k为变比,根据交流铁心线圈的电磁关系分析可得：,有载运行 ：副边接入负载。,e1 u1,e2 u2,忽略线圈电阻和漏磁通的影响,所以，电压比为,2.电流变换,因为：,空载时：,励磁电流是： i10磁动势是： i10n1,有载时：,励磁电流是： i1 与 i2 磁动势是： i1n1 +i2n2,所以：,当电源电压的大小和频率一定时，铁心中的磁通大小一定。,产生同样磁通的磁动势相等,磁势平衡方程式：,由于变压器铁芯材料的导磁率高，空载励磁电流很小，可忽略 。,即：,1）原、副边电流的大小与匝数成反比；,结论,2）副边电流对原边电流起去磁作用；,3）副边电流取决于负载，原边电流取决

7、于副边电流。,rl i2 i1 ,负载电阻增大时，原边电流如何变化？,3. 阻抗变换,信号源电动势e= 80v ， 内阻r0=400 ，负载电阻rl=4。,1）负载直接接在信号源上时，信号源的输出功率。,1）将负载直接接到信号源上，得到的输出功率为：,求：,2）阻抗匹配时变压器的变比及输出功率功率。,解：,2）阻抗匹配时应使rl=r0,将负载通过变压器接到信号源上变换阻抗。,输出功率为：,则变比：,变压器满载运行时，原、副边绕组允许的电流值。,（以单相变压器为例）,14.3.3 变压器的主要技术指标,变压器副边开路（空载）时，原、副边绕组允许的电压值。,变压器输出的额定视在功率。,变压器输出功

8、率与输入功率的比值。,电源的工作频率。50hz,6） 电压调整率,（一般为5%左右）,14.3.4 变压器的同极性端,1.同极性端(同名端),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(或流出）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。,*,*,联结 23，顺串,*,*,串联,顺串：两异名端相连，相当于两匝数相加；,反串：两同名端相连，相当于两匝数相减；,联结 13，反串,并联,同名端两两相连。,1-3连，2-4连,2. 线圈的正确连接,220v：联结 2 3，1-4接电源。,励磁,两种接法下

9、线圈工作情况的分析：,两线圈的额定电压为110v，若接于220v的电源，应如何连接？,220v,若1-3连接，2-4接电源，可能出现什么现象？,在极性不明确时，一定要先测定极性再通电！,两个线圈中的磁通抵消,烧毁,感应电势,电流 很大,注意,110v：联结 1 3，2 4,若1-4、2-3分别连接后接电源，两线圈产生的磁通相互抵消，无感应电动势产生，110v电压将全部降在线圈电阻上，线圈将被烧毁。,若异名端两两相连，会出现什么现象？,1.自耦变压器,14.3.5 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。 n2连续可调，u2连续可调。,注意, 原、副边千万不能对调使用。,

10、公共绕组部分不能断开。, 公共端不能接火线。,为什么？,2.电流互感器,被测电流=电流表读数 n2/n1,1）. 副边不能开路，以防产生高电压；,使用注意事项：,用低量程的电流表测大电流,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。,14.4 电磁铁,结构：,铁心、绕组、衔铁,工作原理：,应用：,工业控制,线圈,铁心,衔铁,气隙,电磁吸力：,经验公式,气隙磁感应强度,气隙截面面积,14.4.1 直流电磁铁：,励磁线圈加直流电压直流铁心线圈。,电磁吸力：,线圈电流：,衔铁吸合过程中吸力不断增强。,为什么？,衔铁吸合过程中电流不变。,14.4.2 交流电磁铁：,励磁线圈加交流电压交流铁心线圈。,电磁吸力：,问题：,电磁吸力以两倍的电源频率波动，引起震动和噪声。,解决：,在部分磁路上加分磁环，使两部分磁路中的磁通产生相位差，消除震动和噪声。,为什么？,线圈电流：,衔铁吸合过程中电流不断减小。,衔铁吸合过程中吸力大小不变。,电磁吸力：,使用交流电磁铁时不允许通电后长时间不吸合！,交流电磁铁：,励磁线圈加交流电压