磁路和變壓器

1、第第7 7章章 磁路和變壓器磁路和變壓器7.1 7.1 磁路的基本物理量和基本性質(zhì)磁路的基本物理量和基本性質(zhì)7.2 7.2 鐵磁材料鐵磁材料7.3 7.3 磁路的概念及磁路的基本定律磁路的概念及磁路的基本定律7.4 7.4 直流磁路直流磁路7.5 7.5 交流磁路與交流鐵心線圈交流磁路與交流鐵心線圈7.6 7.6 電磁鐵電磁鐵7.7 7.7 變壓器變壓器后一頁退出本章基本要求1.了解鐵磁材料的磁性能及B-H曲線。2.理解和掌握磁路的基本概念、基本定律和基本電 磁關(guān)系。3.了解直流磁路與交流磁路的特點(diǎn)，能正確運(yùn)用磁 路基本定律對(duì)交、直流磁路進(jìn)行定性分析。前一頁 后一頁 節(jié)目錄退出4.理解和掌握交

2、、直流磁路的功率損耗。5.了解交、直流電磁鐵的構(gòu)造和功能。6.理解和掌握變壓器的變壓、變流、變換阻抗的作用和變壓器的運(yùn)行特性、額定值及用途。7.了解自耦變壓器、儀用互感器的使用方法及注意事項(xiàng)。前一頁 后一頁 節(jié)目錄退出第第7 7章章 磁路和變壓器磁路和變壓器7.1 7.1 磁路的基本物理量和基本性質(zhì)磁路的基本物理量和基本性質(zhì)前一頁 后一頁 節(jié)目錄退出一、磁感應(yīng)強(qiáng)度一、磁感應(yīng)強(qiáng)度（磁通密度）（磁通密度） 二、二、 磁通磁通 均勻磁場(chǎng)均勻磁場(chǎng) 時(shí)：時(shí)：=BS SBS三、磁導(dǎo)率三、磁導(dǎo)率 真空磁導(dǎo)率：真空磁導(dǎo)率：0-7 m ， 相對(duì)磁導(dǎo)率：相對(duì)磁導(dǎo)率：四、磁場(chǎng)強(qiáng)度四、磁場(chǎng)強(qiáng)度 B五、磁通的連續(xù)性原理

3、五、磁通的連續(xù)性原理前一頁 后一頁 節(jié)目錄退出r0SSB0d鐵磁材料具有以下特點(diǎn)：鐵磁材料具有以下特點(diǎn)：前一頁 后一頁 節(jié)目錄退出7.2 7.2 鐵磁材料鐵磁材料1r1.1.磁導(dǎo)率高磁導(dǎo)率高2.2.磁飽和現(xiàn)象磁飽和現(xiàn)象3.3.磁滯現(xiàn)象磁滯現(xiàn)象前一頁 后一頁 節(jié)目錄退出鐵磁材料分類：鐵磁材料分類：(1)(1)軟磁材料軟磁材料(2)(2)硬磁材料硬磁材料(3)(3)矩形材料矩形材料前一頁 后一頁 節(jié)目錄退出剩磁小、矯頑力小剩磁小、矯頑力小用途：交流電機(jī)、用途：交流電機(jī)、變壓器的鐵心等變壓器的鐵心等 剩磁大、矯頑力大剩磁大、矯頑力大用途：永久磁鐵、用途：永久磁鐵、永磁同步電動(dòng)機(jī)永磁同步電動(dòng)機(jī)剩磁大、

4、矯頑力小剩磁大、矯頑力小用途：記憶元件、用途：記憶元件、存儲(chǔ)器的磁芯等存儲(chǔ)器的磁芯等7.3 7.3 磁路的概念及磁路的基本定律磁路的概念及磁路的基本定律一、磁路的概念一、磁路的概念磁路磁路約束在鐵心所限定的范圍內(nèi)的磁通約束在鐵心所限定的范圍內(nèi)的磁通路徑。路徑。前一頁 后一頁 節(jié)目錄退出二、磁路的基本定律二、磁路的基本定律 (1)(1)安培環(huán)路定律安培環(huán)路定律 磁通勢(shì)磁通勢(shì) (2)(2)磁路歐姆定律磁路歐姆定律均勻磁路：均勻磁路： 磁阻磁阻: :BSHSlINHllH dm /INlINRlSS前一頁 后一頁 節(jié)目錄退出lnKKFIlHm1dmlRSm332211312dFNIlHlHlHlHl

5、Hkkkl1111HSB03303HSBBmm111nnnkkkkkkkkkkl RFS012312120312123120331122mkmkkkkklllBBBFlllSSSlRS前一頁 后一頁 節(jié)目錄退出2222HSB練習(xí)與思考1.試列表寫出磁路與電路相對(duì)應(yīng)的基本物理量和相對(duì)應(yīng)的基本定律。2.有a、b、c三個(gè)幾何尺寸相同的環(huán)形磁路，均繞有N匝線圈，線圈通入相同電流。磁路a用非磁性材料構(gòu)成，磁路b用鐵磁材料構(gòu)成，c是留有氣隙 的鐵心磁路。試問：（1）磁路a與磁路b中的磁感應(yīng)強(qiáng)度是否相等？（2）磁路c鐵心中的磁場(chǎng)強(qiáng)度與氣隙中的磁場(chǎng)強(qiáng)度是否相等？磁感應(yīng)強(qiáng)度是否相等。（3）沿三個(gè)磁路的中心線閉合

6、環(huán)路對(duì)磁場(chǎng)強(qiáng)度的線積分值各為何值？它們是否相等？前一頁 后一頁 節(jié)目錄退出7.4 7.4 直流磁路直流磁路直流磁路直流磁路直流電勵(lì)磁，外加電壓不變，直流電勵(lì)磁，外加電壓不變，電流不變，勵(lì)磁線圈中不產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。電流不變，勵(lì)磁線圈中不產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。兩種磁路計(jì)算兩種磁路計(jì)算（1 1）已知磁路的結(jié)構(gòu)和磁路中的磁通，求產(chǎn)）已知磁路的結(jié)構(gòu)和磁路中的磁通，求產(chǎn)生磁通的磁通勢(shì)。生磁通的磁通勢(shì)。（2 2）已知磁路的結(jié)構(gòu)和磁通勢(shì)，求磁路中的）已知磁路的結(jié)構(gòu)和磁通勢(shì)，求磁路中的磁通。磁通。前一頁 后一頁 節(jié)目錄退出（1 1）求各段磁路的平均長度和截面積）求各段磁路的平均長度和截面積（2 2）通過磁通求磁感應(yīng)強(qiáng)

7、度）通過磁通求磁感應(yīng)強(qiáng)度（3 3）根據(jù)）根據(jù)B B通過通過B BH H曲線查曲線查H H200mm20005040 mm632Sl211mm190095. 05040 mm360)240120(2)2402200(Sl222mm15005030 mm160)2402200(Sl233mm20005040 mm302302Sl, T05. 1 , T110BBT1 , T33. 132BB A/m1062.794000BH A/m1037.031H A/m1033. 232H A/m107 . 033H前一頁 后一頁 節(jié)目錄退出A2 .5304 218 .3722 .1332 .4777 30m

8、kkklHNIF （4 4）應(yīng)用安培環(huán)路定律求磁通勢(shì)）應(yīng)用安培環(huán)路定律求磁通勢(shì)前一頁 后一頁 節(jié)目錄退出練習(xí)與思考1.如圖7.4.1所示的磁路，若線圈勵(lì)磁后，銜鐵即將吸合，試問銜鐵吸合過程中線圈中的電流有無變化？為什么？2.在圖7.4.1所示磁路的鐵心上套一短路銅環(huán)，試問在勵(lì)磁線圈切斷電流的同時(shí)，鐵心中的磁通是否也突減為零？前一頁 后一頁 節(jié)目錄退出7.57.5交流磁路與交流鐵心線圈交流磁路與交流鐵心線圈一、磁通與電壓、電流的關(guān)系一、磁通與電壓、電流的關(guān)系 KVL:KVL: 設(shè)設(shè)結(jié)論：交流磁路中的磁通不受結(jié)論：交流磁路中的磁通不受磁路變化磁路變化的影響，的影響，只與只與電路參數(shù)電路參數(shù)有關(guān)。有

9、關(guān)。 ddeNt ddeNt iReeuddueNt msin tmsin( 90 )uNtm4.44UfN前一頁 后一頁 節(jié)目錄退出二、鐵心損耗二、鐵心損耗1.1.磁滯損耗磁滯損耗 2.2.渦流損耗渦流損耗 h PnfBKPmhh e P2m2ee BfKP 前一頁 后一頁 節(jié)目錄退出三、交直流磁路的對(duì)比三、交直流磁路的對(duì)比磁阻磁阻 磁通磁通 磁通勢(shì)磁通勢(shì) 磁路變化磁路變化 直流磁路直流磁路 由電路參由電路參數(shù)決定，數(shù)決定，不受磁路不受磁路影響。影響。 影響磁阻和影響磁阻和磁通磁通，不影不影響磁通勢(shì)和響磁通勢(shì)和電流。電流。交流磁路交流磁路 由電路決參由電路決參數(shù)定，基本數(shù)定，基本不受磁路的不

10、受磁路的影響。影響。 影響磁阻、影響磁阻、磁通勢(shì)和電磁通勢(shì)和電流，不影響流，不影響磁通。磁通。SlR mmmmRNIRF RUNF mSlR mfNU44. 4m mmFN I R前一頁 后一頁 節(jié)目錄退出練習(xí)與思考1.如圖7.5.5所示磁路，保持勵(lì)磁電流的頻率和電壓不變，試問：（1）勵(lì)磁線圈匝數(shù)不變，磁路的截面增大一倍，勵(lì)磁電流有何變化？（2）勵(lì)磁線圈匝數(shù)增加一倍，鐵心中的磁通有何變化？（3）匝數(shù)不變，銜鐵拉開一個(gè)空氣隙 ，勵(lì)磁電流如何變化？前一頁 后一頁 節(jié)目錄退出2.上述磁路如用直流電勵(lì)磁，保持勵(lì)磁電壓和線圈匝數(shù)不變，當(dāng)磁路的截面增大一倍，試問：（1）鐵心的磁通有何變化？（2）若磁路的鐵

11、心與銜鐵之間原有較大的空氣隙，磁通的變化與（1）問有何異同？前一頁 后一頁 節(jié)目錄退出7.6 7.6 電磁鐵電磁鐵電磁鐵的應(yīng)用：電磁鐵的應(yīng)用： 起重電磁鐵，控制和保護(hù)用的電磁鐵，電磁吸盤等。起重電磁鐵，控制和保護(hù)用的電磁鐵，電磁吸盤等。按勵(lì)磁電流分類：按勵(lì)磁電流分類：一、直流電磁鐵一、直流電磁鐵直流電磁鐵的特點(diǎn)直流電磁鐵的特點(diǎn) ： （1 1）直流電磁鐵線圈的勵(lì)磁電流，與銜鐵的運(yùn)動(dòng)過程）直流電磁鐵線圈的勵(lì)磁電流，與銜鐵的運(yùn)動(dòng)過程無關(guān)，即與氣隙無關(guān)，即與氣隙大小無關(guān)。大小無關(guān)。（2 2）電磁吸力與銜鐵的運(yùn)動(dòng)行程有關(guān)。）電磁吸力與銜鐵的運(yùn)動(dòng)行程有關(guān)。（3 3）直流電磁鐵動(dòng)作平穩(wěn)，工作可靠，適于動(dòng)作頻

12、繁）直流電磁鐵動(dòng)作平穩(wěn)，工作可靠，適于動(dòng)作頻繁的機(jī)構(gòu)。的機(jī)構(gòu)。前一頁 后一頁 節(jié)目錄退出特點(diǎn)：特點(diǎn)：（1 1）交流電磁鐵是用交流電勵(lì)磁，磁感應(yīng)強(qiáng)度）交流電磁鐵是用交流電勵(lì)磁，磁感應(yīng)強(qiáng)度是隨時(shí)是隨時(shí)間變化的函數(shù)。間變化的函數(shù)。（2 2）當(dāng)勵(lì)磁電壓為定值時(shí)，）當(dāng)勵(lì)磁電壓為定值時(shí)，基本不變，與行程無關(guān)?；静蛔?，與行程無關(guān)。（3 3）勵(lì)磁電流與運(yùn)動(dòng)行程有關(guān)。）勵(lì)磁電流與運(yùn)動(dòng)行程有關(guān)。（4 4）電磁力是角頻率的函數(shù)。）電磁力是角頻率的函數(shù)。 tBB sinm2) cos2-(1mtFF前一頁 后一頁 節(jié)目錄退出二、交流電磁鐵二、交流電磁鐵練習(xí)與思考1.交流電磁鐵線圈匝數(shù)、電源電壓及鐵心尺寸不變時(shí)，若氣

13、隙加大，則磁通量和電流如何變化？2.在電源電壓一定時(shí)，交流電磁鐵的吸力與行程有關(guān)嗎？3.在一定電源電壓作用下，當(dāng)磁路的結(jié)構(gòu)、氣隙 變化時(shí)，直流電磁鐵的勵(lì)磁電流和磁通如何變化？4.直流電磁鐵的吸力大小與氣隙長短變化有關(guān)嗎？前一頁 后一頁 節(jié)目錄退出7.7 7.7 變壓器變壓器一、工作原理一、工作原理 （一）空載運(yùn)行（一）空載運(yùn)行 電磁感應(yīng)定律電磁感應(yīng)定律 設(shè)設(shè) 忽略漏磁通和線圈電阻壓降忽略漏磁通和線圈電阻壓降 變壓比變壓比1N000001 31III01I N11ddeNt 22ddeNt msin t11msin( 90 )eNt2211 EUEU11m4.44 Uf N22m4.44 Uf

14、NuKNNUU2121電壓變換電壓變換前一頁 后一頁 節(jié)目錄退出（二）帶載運(yùn)行（二）帶載運(yùn)行1122I NI N22110221110)(NINIINININI 12211NNIIIuiKKNNII112212211 EUEU變流比變流比忽略漏磁通和線圈電阻壓降忽略漏磁通和線圈電阻壓降前一頁 后一頁 節(jié)目錄退出（三）變換阻抗（三）變換阻抗 11IUZZKIUKIKUKuuiu222222前一頁 后一頁 節(jié)目錄退出應(yīng)用變壓器阻抗變換作用，可以實(shí)現(xiàn)電路阻抗匹配。應(yīng)用變壓器阻抗變換作用，可以實(shí)現(xiàn)電路阻抗匹配。例7.7.1 一正弦信號(hào)源的電壓 ,內(nèi)阻為負(fù)載電阻 。用一變壓器將負(fù)載與信號(hào)源接通，如圖7.

15、7.3所示，使電路達(dá)到阻抗匹配， ，信號(hào)源輸出的功率最大。試求：變壓器的匝數(shù)比；變壓器的一次和二次電流；負(fù)載獲得的功率；如果不用變壓器耦合，直接將負(fù)載接通電源時(shí)負(fù)載獲得的功率。 圖7.7.3S5VUS1000R L40R LSRR前一頁 后一頁 節(jié)目錄退出解：將二次電阻 換算為 所需變壓器匝數(shù)比：因?yàn)樗砸淮坞娏鳎憾坞娏鳎贺?fù)載的功率：直接接電源時(shí)負(fù)載的功率：21LL2NRRNLRLRS1L2LL1000540RNRNRRS1SL5mA2.5mA10001000UIRR12125 2.5mA12.5mANIIN 223L2L12.5 1040W6.25mWPI R22SLLSL540W0.92

16、5mW100040UPRRR前一頁 后一頁 節(jié)目錄退出二、運(yùn)行特性二、運(yùn)行特性 1.1.外特性和電壓調(diào)整率外特性和電壓調(diào)整率2.2.損耗和效率損耗和效率002022000100UUUUFeCuPPP222121IRIRehPPCuN2P0P1CuN201112)(-1 PPPPPPpP銅損耗銅損耗鐵損耗鐵損耗前一頁 后一頁 節(jié)目錄退出三、變壓器繞組的同極性端三、變壓器繞組的同極性端)()(211eeu10u 前一頁 后一頁 節(jié)目錄退出1、3或或2、4為同極性端，為同極性端， 用用“”表示，同極性端也表示，同極性端也稱為同名端。稱為同名端。1、6也為同極性端也為同極性端 繞組極性連接錯(cuò)近似于短路

17、：繞組極性連接錯(cuò)近似于短路： 繞組極性連接正確：繞組極性連接正確：四、三相變壓器四、三相變壓器 1L1P12L22P33uUUNKUNU1L1P12L2P2333uUUNKUUN1L1P12L2P2333uKUUNUUN前一頁 后一頁 節(jié)目錄退出 Y / Y 或或 Y / Y0Y / Y五、額定值五、額定值1.1.額定電壓額定電壓 1000 V / 400 V1000 V / 400 V高壓一側(cè)的（線）電壓高壓一側(cè)的（線）電壓 低壓一側(cè)的（線）電壓低壓一側(cè)的（線）電壓2.2.額定電流額定電流一次側(cè)接額定電壓時(shí)原、二次側(cè)允許長時(shí)間通一次側(cè)接額定電壓時(shí)原、二次側(cè)允許長時(shí)間通過的最大（線）電流。過的最大（線）電流。3.3.額定容量額定容量4.4.溫升溫升kVA)(1000NNNIUS前一頁 后一頁 節(jié)目錄退出六、其他類型變壓器六、其他類型變壓器1.1.自耦變壓器自耦變壓器 前一頁 后一頁 節(jié)目錄退出 由于由于b b是滑動(dòng)端，因是滑動(dòng)端，因此自耦變壓器的此自耦變壓器的N2 2可以可以小于小于N1 1，也可以大于，也可以大于N1 1，實(shí)現(xiàn)降低和增高電壓實(shí)現(xiàn)降低和增高電壓U2 2的功能。的功能。2.2.儀用互感器儀用互感器（1 1）電流互感器）電流互