新15章1(七章电磁)要点课件

1、本章主要讨论的问题:1磁路问题第15章 电磁与电动器件iu_+NiN3N2N1：局限于一定路径内的磁场问题。I2、磁场的各个基本物理量也适合磁路。B、H、Rm3磁路与电路往往是相关联的，因此我们也要研究磁路和电路的 关系及磁和电的关系。5作为应用实例讨论变压器和电磁铁。4分析与计算磁路的基本方法。 磁化过程相当复杂 并具有明显的非线性6讨论三相异步电动机的结构与特性。7低压控制电器和基本继电控制电路。15-1 磁 路一、概念励磁电流空气隙铁芯磁路：磁通集中的局部空间主磁通经过铁芯、空气气隙而形成的闭合通路为磁路漏磁通 ：散布在外的磁通主磁通 ：集中的磁通线圈Niu_+二、安培环路定律对于一般环

2、路：对于线圈：录:i 磁化磁带放: e i三、磁路的欧姆定律材料一样、面积一样磁路是由若干段均匀磁场组合而成。Niu- 磁阻第k段磁路:-磁动势-磁路欧姆定律iu_+NF=NIRm1+Rm2+ Rm3+ Rm4=mFNI =11lH22lH13H24H= + + +FkmkRNI =( 磁路 KVL )F = 0( 磁路 KCL )N3N2N11 磁路节点2 3 铸钢铸铁硅钢片0.21.4200120040060080010000.40.60.81.01.2H(安/米)B(特斯拉)三种导磁材料的磁化曲线i受交变磁势激励时的导磁材料的磁化曲线BHBrHc-Hc-Br空心线圈铁心线圈NI四、磁阻概

3、念的应用1. 电感线圈所以，有铁芯的线圈无铁芯的线圈2. 空气气隙的影响铁芯：空气隙：则LiLuL+_+_eL15-2 铁芯线圈线圈-电路问题 铁芯-磁路问题一、直流励磁INU_+1 电路问题2磁路问题I 不变* 对电路无影响U一定 I一定（由于线圈做好后，R一定），N一定* Fm=IN恒定特性：3. 例 直流电磁铁通电瞬间： 通电后(吸合后)：所以吸合后：所以 直流电磁铁动作平稳，适合动作频繁的机构。IHB省电IU_+(牛顿)N二、交流励磁1 恒磁通特性达到电平衡。iNu_+e+_忽略R，则有 N一定，f 一定，当U 一定时，m 一定 电流I为非正弦2. 例 交流电磁铁通电瞬间： 通电后(吸

4、合后)：所以吸合后：所以 交流不适合动作频繁的机构。衔铁长时间受阻线圈就会烧毁。Niu_+(牛顿)dRmFmi3交流励磁功率P1) 磁滞损耗Ph2) 涡流损耗PePe=Ke f 2Bm2Ph=Kh fBmn硅钢 硅钢片感应式仪表4) 铁芯线圈交流电路的有用功率PP = IUcos= Pcu+PFe= I2R +PFe3) 铁芯损耗-铁损PFePFe =P h + Pe直流电磁铁 和交流电磁铁 ZL15-3 变压器一、结构原理1. 工作原理 理想变压器（忽略损耗、磁饱和、漏磁通）P1= P 2i2N2i2u1i1i1N1同名端(同极端):1与3、2与4 为合成磁通SN1 1243N2 u1_+

5、e1 +_ i1 原边副边e2 +_u2_+i22. 变压比(电压变换)3. 变流比磁势平衡方程式：其相量形式: 变压器中电流的大小由负载确定ZLSN1 1243N2 u1_+ e1 +_ i1 原边副边e2 +_u2_+i24. 阻抗比 通过变压器的变换阻抗的作用，可实现“阻抗匹配”I1I2I1U1+_U2+_U1+_RL* 一正弦信号源的电动势US = 5V，RS=1000,负载电阻RL=40.举例1) 负载若直接与信号源连接RL =4% RSU1 4%US=0.19VP = 0.001W_+_+2) 通过变压器将信号源与负载连在一起_+i) 若 Ku=10则 RL*=100 RL=4RS

6、U1 = 4V P1 = 0.04Wii) 若Ku=100，则 RL*=1002 RL U1 5V但 P1=0.0625mW考虑P则 RL*= RS 阻抗匹配Ku若Pmax_+二、变压器的额定值1. 额定电流I1N、 I2N ：长期通过的最大电流2. 额定电压U1N : 在额定运行条件下,原边正常工作电压3. 额定容量SN ： SN =INUNSN表征变压器的传输能力变压器没有额定功率额定电压 U2N ：在U1N条件下, 副边的空载电压。受铁心饱和度的限制.配置变压器S!三、变压器的运行特性1. U2随负载I2的增大而降低2. 功率与效率 P1=P2+PFe+PCu 副边开路1) 功率U1=U

7、1N时，测得原边侧功率为铁损 副边短路I2=I2N，原边侧功率为满载下的铜损铁损可看为常数2) 效率 PCu=PFe时， maxZLN1N2u1_+ i1 原边副边u2_+i23. 举例 一个40KVA的单相变压器，副边开路，原边侧的输入功率为2KW，当副边短路，满载下的功率为4KW，计算下列条件下变压器的效率。1) 满载 2) 50%负载，功率因数为0.8 (滞后)解： PFe=2KW， PCu= 4KW (满负荷)1) cos 2 =1 P2 = 401=40KW2) cos 2 =0.8 P2 = 400.5 0.8 =16KWPCu= 0.52 4=1 KWX2 4=2X=0.707当

8、负载为满载的70.7%时，变压器的 max设 max时的负载为满载的 X此时PCu=Pfe=2KW?负载为多大时，变压器的效率最高?四、三相变压器某三相变压器，SN=50KVA，U1N=10000V，U2N=400V，绕组接法Y/，求：1) I1N ，I2N ；2) I1P，I2P ，U1P，U2P ；3) 原、副边线电压之比1) 理想变压器解：2) 原边Y:副边:S1N =S2N = SN3) 原副边线电压之比Y/：Y/ Yo：1、三相电力变压器 N22、自耦变压器 N1N2N2N2N23、仪用交流互感器电流互感器电压互感器 图15-1-14 电流互感器原理图 图15-1-15 电压互感器原

9、理图4、整流变压器 V/1u1MuoMuou2u1u2uouCuDkLR(a)电容滤波电路; (b)输入、输出波形NiuN3N2N1磁路节点ZLN1N2u1_+ i1 原边副边u2_+i2思考题 1、有a、b、c三个几何尺寸相同的环形磁路，均绕有N匝线圈，线圈通入相同电流。磁路a由铸铁材料构成，磁路b由铸钢材料构成，磁路c由铸铁材料构成但留有一小段气隙，试问：磁感应强度 Ba Bb ; 磁感应强度B相等，磁场强度H不相等。(1) 磁路a与磁路b中的磁感应强度是否相等？磁场强度是否相等？(3)相等，都是 NI 。Rmb Rma ma mc ; Bb Ba Bc (2)(2) 磁路c铁心中的磁场强

10、度与气隙中的磁场强度是否相等？磁感应强度相等？(3) 沿三个磁路的中心线闭合环路对磁场强度的积分值各为何值？它们相等？解：+_U+_Ua 铸铁b 铸钢c 铸铁有气隙+_U磁场强度 Ha = Hb ; 见P248铸钢铸铁硅钢片0.21.4200120040060080010000.40.60.81.01.2H(安/米)B(特斯拉)三种导磁材料的磁化曲线2、如图所示磁路，保持励磁电流的频率和电压不变试问： (1)励磁匝数不变，磁路的截面增大一倍，励磁电流有何变化？所以，励磁电流减为原来的一半。Fm = NI = HK lK = RmKiu_+N当f 一定， U 一定， N一定时，m 不变S 增大一

11、倍，Rm减少一倍（1）（2） = B S当f 一定， U 一定时， N增加一倍，则 m 减为原来一半。（3）当f 一定， U 一定， N不变时，则 m 不变拉开气隙时，Rm 增大，磁动势Fm 亦增大，励磁电流 i亦增大。 (2)励磁线圈匝数增加一倍，铁心中的磁通有何变化？ (3)匝数不变，衔铁拉开一个空气隙，励磁电流如何变化？3上述磁路如用直流电励磁，保持励磁电压和线圈匝数不变，当磁路的截面增大一倍，试问：(1) 铁心的磁通有何变化？IU_+NFm = NI = HK lK = RmK当U 一定， N一定时，则励磁电流 I、 和磁动势 Fm 不变S 增大一倍，Rm减少一倍（1）（2） = B

12、S有气隙时，S 增大，导致 Rm 增加很小，所以磁通m微量增加，几乎不变。磁通m 增大一倍。励磁电流 I、 和磁动势 Fm 不变 (2)若磁路的铁心与衔铁之间原有较大的空气隙，磁通的变化与问(1)有何异同？4交流电磁铁线圈匝数、电流电压及铁心尺寸不变时，若气隙加大， 则磁通量和电流如何变化？(注：电磁铁系指由铁心、气隙、衔铁 组成的磁路)5在电源电压一定时，交流电磁铁的吸力和行程有关吗？当f 一定， U 一定， N一定时，m 不变气隙加大时，Rm 增大，磁动势Fm 亦增大，励磁电流 i 亦增大Fm = NI = HK lK = RmK吸力和行程无关，吸力与 Bm 、 m 、S 有关，励磁电流 i 与行程相关IU_+N6在电源电压一定时，气隙变化时，直流电磁铁的励磁电流和磁通如何变化？IU_+NFm = NI = HK lK = RmK当U 一定， N一定时，则励磁电流 I、 和磁动势 Fm 不变 = B S若 增大，Rm 亦增大， m 亦减小，则 I 不变。7直流电磁铁的吸力与行程有关