鐵心線圈及變壓器簡明學(xué)習(xí)教案

1、會計學(xué)1鐵心鐵心(ti xn)線圈及變壓器簡明線圈及變壓器簡明第一頁，共53頁。一、磁場(cchng)的基本物理量垂直穿過(chun u)某一面積S 的磁力線的總根數(shù)。韋伯wb穿過(chun u)單位面積的磁力線根數(shù)。特斯拉T wb/m2磁場中某點的B 與該點的磁導(dǎo)率的比值。BSBS 或HBHB 或1.磁通2.磁感應(yīng)強度B3.磁場強度H4.導(dǎo)磁系數(shù)0r0描述導(dǎo)磁能力大小的物理量。通常使用相對導(dǎo)磁系數(shù)r無量綱真空導(dǎo)磁系數(shù)第一節(jié) 磁路的基本概念和定律安/米，A/m, A/cm#8-1第2頁/共53頁第二頁，共53頁。磁動勢第一節(jié) 磁路(c l)的基本概念和定律二、磁路(c l)的基本定律安培環(huán)路(

2、hun l)定律磁路歐姆定律與電路類似，磁路也有各種定律安培環(huán)路定律安培環(huán)路定律安培環(huán)路定律安培環(huán)路定律安培環(huán)路定律IHdl沿任一閉合路徑，H 的線積分等于包圍在這閉合路徑內(nèi)各電流的代數(shù)和若磁場均勻則有NIHl 磁路歐姆定律磁路歐姆定律磁路歐姆定律磁路歐姆定律磁路歐姆定律磁路歐姆定律磁路歐姆定律磁路歐姆定律磁路歐姆定律磁路歐姆定律磁路歐姆定律磁路歐姆定律磁路歐姆定律無分支磁路平均長 l線圈N 匝IN磁通導(dǎo)磁系 數(shù)截面積S根據(jù)SBBHNIHl/得SlNI磁路歐姆定律磁阻Rm基爾霍夫定律#8-1第3頁/共53頁第三頁，共53頁。二、磁路(c l)的基本定律安培環(huán)路(hun l)定律磁路(c l)歐

3、姆定律基爾霍夫定律基爾霍夫定律基爾霍夫定律基爾霍夫定律基爾霍夫定律基爾霍夫定律基爾霍夫定律基爾霍夫定律基爾霍夫定律有分支磁路I1N1I2N21231. 磁路的基爾霍夫磁通定律在節(jié)點A 處A 1+2 -3=02. 磁路的基爾霍夫磁壓降定律任一閉合回路中均有：NIRm或NIHl磁壓降的代數(shù)和等于磁動勢的代數(shù)和#8-1第4頁/共53頁第四頁，共53頁。INH（I）B （ ）abcB鐵磁材料(cilio) B-H，-H 曲線從曲線上能明顯看出(kn ch)，不是常數(shù)導(dǎo)磁性(cxng)工程上利用它來使磁通盡量地約束在有限的范圍內(nèi)，提高電磁設(shè)備的利用率，一般使用B-H 曲線的ab 段。磁滯B的變化滯后于H

4、 的變化 如曲線的oa 段o磁飽和當(dāng)H 達(dá)到一定程度，B 不再隨H 而增加，此為磁飽和。如曲線的cs 段。s若對鐵心線圈而言，磁飽和意為當(dāng)電流I 增加到一定程度，不再隨之增加。關(guān)于磁滯祥看請點擊#三、磁性材料的磁性能8-1第5頁/共53頁第五頁，共53頁。幾點說明(shumng)：1.磁阻Rm 的大小取決于磁路的尺寸(ch cun)和材料的磁導(dǎo)率。SlRm2. 很大，但不是常數(shù)，因此 也不是常數(shù)。所以磁 路歐姆定律不能用來進行定量計算，只用做定性分析。 通常磁路計算應(yīng)用磁路基爾霍夫定律。mR3.磁路(c l)和電路有相似之處，但卻有本質(zhì)的區(qū)別。#8-1第6頁/共53頁第六頁，共53頁。第二節(jié)

5、直流鐵心線圈(xinqun)與直流電磁鐵一、直流鐵心(ti xn)線圈 （磁路計算略）二、直流電磁鐵(cti)1. 構(gòu)成鐵心鐵心線圈線圈銜鐵銜鐵2. 工作原理通電的鐵心線圈對銜鐵會產(chǎn)生吸力請看通電演示3. 吸力NIILIWIN21221221磁動勢主要降在空氣隙上021002102102000SSBHBB）（dSdWFdB021020NSBSBF50200208101047磁動勢#電磁鐵應(yīng)用？8-2第7頁/共53頁第七頁，共53頁。直流電磁鐵(cti)的特點1.勵磁電流(dinli)是由勵磁線圈的外加電壓U 和線圈電阻R 決定的RUI 2. 無磁滯和渦流損耗，鐵心可以(ky)使用整塊的鑄鋼、軟

6、鐵。電流是恒定的，無感應(yīng)電動勢產(chǎn)生。3. 吸合后電磁力比吸合前大得多，但勵磁電流不變。（因磁動勢 NI 不變，磁阻Rm B ，所以吸力F）1.電流恒定，無感應(yīng)電動勢產(chǎn)生。2.無磁滯和渦流損耗，可使用整塊鐵心3. 吸合后，勵磁電流不變， F#8-2第8頁/共53頁第八頁，共53頁。第三節(jié) 交流鐵心(ti xn)線圈與交流電磁鐵一、交流鐵心(ti xn)線圈的損耗P = PCU + Ph + Pe總損耗(snho)銅損渦流損耗鐵損磁滯損耗銅損PCU 線圈電阻上的損耗PCU =I 2R磁滯損耗其大小與鐵心材料反復(fù)磁化后的磁滯回線面積成正比渦流損耗交變磁通穿過鐵心時，鐵心既導(dǎo)磁又導(dǎo)電 ，因鐵心在交變磁

7、通作用下產(chǎn)生感應(yīng)電動勢， 從而在垂直于磁通方向的鐵心平面內(nèi)產(chǎn)生旋渦狀的感應(yīng)電流，叫渦流。渦流在鐵心內(nèi)電阻上產(chǎn)生的損耗稱渦流損耗。減小渦流損耗的辦法增大渦流通路的電阻即用薄的材料疊成鐵心減小磁滯損耗的辦法鐵心盡量采用軟磁材料#8-3第9頁/共53頁第九頁，共53頁。二、電壓(diny)平衡方程式iNL交流(jioli)鐵心線圈大部分經(jīng)鐵心(ti xn)閉合線圈中磁通產(chǎn)生ee主磁通少部分經(jīng)空氣閉合產(chǎn)生eL漏磁通eLu線圈電阻上壓降為 iR根據(jù)KVL得：iReeuL或RIEEUL電壓平衡方程式tmsindtdNemE#)90sin(tNm)90sin(2tNfm8-3第10頁/共53頁第十頁，共53

8、頁。iReeuL)90sin(2tfNemmE#二、電壓(diny)平衡方程式有效值mmfNfNE44. 42/2忽略了漏磁感應(yīng)電動勢 和線圈內(nèi)阻壓降 后,方程變?yōu)椋篖eiReu或mfNEU44. 4mfNU44. 4重要(zhngyo)結(jié)論外加電壓不變時，交流鐵心線圈的鐵心內(nèi)主磁通最大值幾乎是不變的。這是分析變壓器和交流電動機時的重要(zhngyo)概念。8-3第11頁/共53頁第十一頁，共53頁。三、交流(jioli)電磁鐵鐵心線圈銜鐵 交流電磁鐵(cti)也是一種電磁器件，結(jié)構(gòu)形式與直流電磁鐵(cti)類似。在工業(yè)部門應(yīng)用極為廣泛。如冶金工業(yè)中用于提放鋼材的電磁吊車；夾持工件的電磁工作臺

9、；傳遞動力的電磁離合器；液壓傳動中的電磁閥；交流接觸器及接觸器等。鐵心中(xn zhn)的磁通是交變的，空氣隙處的磁感應(yīng)強度為：tBBmsin0吸力502252010sin4104tSBSBfm)2cos1 (21tFm50021102SBfdtFTmT平均值#8-3第12頁/共53頁第十二頁，共53頁。三、交流(jioli)電磁鐵50021102SBfdtFTmT)2cos1 (21tFfm瞬時值有效值顯然(xinrn) f 是交變的，存在過零值。會出現(xiàn)吸合不牢的現(xiàn)象。 通常在尾端留一切口，套上銅環(huán)（或稱磁環(huán)），銅環(huán)產(chǎn)生(chnshng)的感應(yīng)電流阻礙的變化，致使穿過銅環(huán)的與其它存在一相位差

10、，結(jié)果產(chǎn)生(chnshng)兩個相位不同的電磁吸力，平均后，不再有過零點。見教材P156交流電磁 鐵特點1. 吸力是交變的，鐵心需加分磁環(huán)。2. 勵磁電流吸合前大，吸合后減小。前后吸力不變3. 鐵心和銜鐵均由硅鋼片疊成，為減小鐵損。#8-3第13頁/共53頁第十三頁，共53頁。交、直流電磁鐵(cti)的特點1.電流(dinli)恒定，無感應(yīng)電動勢產(chǎn)生。2.無磁滯和渦流損耗，可使用整塊鐵心3.3. 吸合后，勵磁電流(dinli)不變， F#交流電磁 鐵特點1. 吸力是交變(jio bin)的，鐵心需加分磁環(huán)。2. 勵磁電流吸合前大，吸合后減小。前后吸力不變3. 鐵心和銜鐵均由硅鋼片疊成，為減小鐵

11、損。直流電磁 鐵特點8-3第14頁/共53頁第十四頁，共53頁。一、變壓器的用途(yngt)、構(gòu)造和分類變壓器是基于電磁感應(yīng)原理(yunl)而制成的靜止的電器設(shè)備用途(yngt)變電壓，變電流，變阻抗構(gòu)造心式和殼式兩種心式變壓器殼式變壓器分類單相，三相，多相；升壓，降壓；儀用電壓、電流互感器；焊接變壓器，自藕變壓器。#有兩個繞組也有兩個繞組8-4第15頁/共53頁第十五頁，共53頁。二、變壓器的工作(gngzu)原理原邊繞組(roz)N1名詞(mng c)介紹幅邊繞組N2一次繞組N1二次繞組N2一次側(cè)二次側(cè)均指電源側(cè) 均指負(fù)載側(cè)什么是變壓器任載運行？什么是變壓器空載運行？uuZ2Z2s 一次側(cè)

12、接電源二次側(cè)負(fù)載開路 一次側(cè)接電源 二次側(cè)接負(fù)載8-4第16頁/共53頁第十六頁，共53頁。二、變壓器的工作(gngzu)原理變壓器空載(kn zi)運行uZ2sI0空載電流U1U20此時的變壓器相當(dāng) 于交流鐵心(ti xn)線圈mLmNfIRIjXNfU101011144. 444. 4mNfU22044. 421201NNUUk變比20U二次側(cè)額定電壓空載運行的結(jié)論：原幅邊電壓之比等于原幅邊匝數(shù)之比，等于常數(shù)k這就是變壓器的變電壓作用8-4第17頁/共53頁第十七頁，共53頁。uZ2sI0空載電流U1U20mfNEU11144. 4由 可見(kjin)，當(dāng)電源電壓U1合頻率f不變時，E1和

13、m也都近于常數(shù)。 也就是說，鐵芯中主磁通的最大值在變壓器空載或有負(fù)載時是差不多恒定的。因此(ync)，有負(fù)載時產(chǎn)生主磁通的一次、二次繞組的合成磁通勢（N1i1+N2i2）應(yīng)該和空載時產(chǎn)生主磁通的一次繞組的磁通勢N1i0差不多相等。即： 012211iNiNiN第18頁/共53頁第十八頁，共53頁。uZ2變壓器任載運行(ynxng)U1I1U2I2兩邊繞組中通過(tnggu)的磁通是相同的只要U1不變，主磁通就不應(yīng)該(ynggi)變，所以有：012211INININ磁動勢平衡方程式有載時原邊磁動勢 分為兩部分1. 產(chǎn)生主磁通 （勵磁分量）I02. 用來補償I2N2（負(fù)載分量I2）, 又稱去磁一般

14、 I0 很小，小型變壓器只有2 3% I1 ，大的不過10%，當(dāng)略去I0N1 后有：kNNII11221變電流作用任載運行結(jié)論：kNNII11221變電流作用任載后，電壓比是否還等于變比 k ?mNfUU220244. 4mNfU1144. 4 kNNUU2121kNNUU2121變電壓作用還有一個作用是變阻抗幅邊 Z2原邊Z1111IUZ 222IUZ 221121/IUIUZZ2k變阻抗作用221kZZ或221ZkZ 8-4第19頁/共53頁第十九頁，共53頁。二、變壓器的工作(gngzu)原理空載運行(ynxng)結(jié)論：kNNUU21201任載運行(ynxng)結(jié)論：kNNII11221

15、變電流作用kNNUU2121變電壓作用變阻抗作用221kZZ或221ZkZ 總結(jié)8-4第20頁/共53頁第二十頁，共53頁。RRSS?(a)5：1RSSR(b)?1Ku2R(c)RSS第21頁/共53頁第二十一頁，共53頁。2008)100/500()/(22212/RNNRKRmWRRRERIPSS125)20020010(200)(2/2/21第22頁/共53頁第二十二頁，共53頁。mWRIP18)820010(822第23頁/共53頁第二十三頁，共53頁。 變壓器額定容量(KVA)S:三相D:單相 第24頁/共53頁第二十四頁，共53頁。變壓器的外特性(txng)和額定值2. 額定值一般

16、(ybn)變壓器的額定值在其名牌上給出。額定( dng)電壓一次額定電壓U1N正常時一次繞組所加電壓的有效值。二次額定電壓U2N一次電壓為U1N時，變壓器空載時對應(yīng)二次側(cè)的空載電壓有效值，即U20= U2N8-4第25頁/共53頁第二十五頁，共53頁。變壓器的外特性(txng)和額定值2. 額定值一般(ybn)變壓器的額定值在其名牌上給出。額定電流一次額定電流I1N一次繞組加額定電壓，正常工作(gngzu)時一次繞組允許長期通過的最大電流有效值。二次額定電流I2N一次繞組加額定電壓，正常工作時二次繞組允許長期通過的最大電流有效值。8-4第26頁/共53頁第二十六頁，共53頁。指二次側(cè)的輸出(s

17、hch)額定視在功率即：8-4N1N1N2N2NIUIUS N1N1N2N2N33IUIUS N1N1NIUS 容量： 21PP 一次側(cè)輸入功率： cos222IUP 輸出功率： 額定頻率額定頻率50HZ第27頁/共53頁第二十七頁，共53頁。三、變壓器的外特性(txng)和額定值1. 外特性(txng)電壓保持不變，變壓器任載后，由于一、二次側(cè)均有電流通過，必然在一次側(cè)、二次側(cè)內(nèi)阻抗上產(chǎn)生電壓降，從而使二次電壓隨負(fù)載(fzi)電流增加變小。稱)(22IfU 曲線為變壓器的外特性。2I2U1cos21cos2變壓器外特性電壓調(diào)整率%100%20220UUUU滿載時電壓空載電壓一般在5%以內(nèi)8-

18、4第28頁/共53頁第二十八頁，共53頁。四、變壓器的損耗(snho)和效率變壓器損耗(snho) p 分鐵損 pFe 和銅損 pCu 1. 鐵損是交變的主磁通在鐵心中產(chǎn)生磁滯(c zh)損耗ph和渦流損耗pe之和又稱為固定損耗2. 銅損又稱為可變損耗變壓器一次側(cè)、二次側(cè)均有電阻，當(dāng)有電流通過時，產(chǎn)生損耗3. 效率一次側(cè)輸入功率p1 ，二次側(cè)輸出功率p2 ，效率為p = pFe +pCu%1002212ppppp小型變壓器的效率為7085%，大型變壓器效率可達(dá)98%8-4第29頁/共53頁第二十九頁，共53頁。ABCABCabcxyz第30頁/共53頁第三十頁，共53頁。稱電壓；稱電壓；n原副

19、邊繞組原副邊繞組(roz)的輸出電壓也的輸出電壓也取決于原副邊繞組取決于原副邊繞組(roz)n的匝數(shù)比。的匝數(shù)比。第31頁/共53頁第三十一頁，共53頁。至(shnzh)被損壞。第32頁/共53頁第三十二頁，共53頁。繞組中產(chǎn)生繞組中產(chǎn)生感生電動勢，一個繞組的某一端點的感生電動勢，一個繞組的某一端點的電位為正電位為正時，另一繞組的兩個端點必然有一個時，另一繞組的兩個端點必然有一個端點的電位端點的電位也是正的。這兩個相應(yīng)得同極性電位也是正的。這兩個相應(yīng)得同極性電位端即為同名端即為同名端。端。第33頁/共53頁第三十三頁，共53頁。別表示原副繞組的首端，別表示原副繞組的首端，X X、Y Y、Z Z

20、和和x x、y y、z z分別分別表示原副繞組的尾端，即表示原副繞組的尾端，即A A和和a a、B B和和b b、C C和和c c互為互為同名端，同理，同名端，同理，X X和和x x、Y Y和和y y、Z Z和和z z也互為同名端。也互為同名端。第34頁/共53頁第三十四頁，共53頁。（a）4+-3u12V第35頁/共53頁第三十五頁，共53頁。被連接被連接的兩端為同名端。的兩端為同名端。第36頁/共53頁第三十六頁，共53頁。的連接端為的連接端為同名端。同名端。若指針反偏，則該端的若指針反偏，則該端的(dund)(dund)為異名端。為異名端。4+-3S2OOA（b）1第37頁/共53頁第三十七頁，共53頁。星形連接(linji)三角形連接帶中線星形連接第38頁/共53頁第三十八頁，共53頁。abcABCBCAabc(a)ABCBCAabcabc(b)第39頁/共53頁第三十九頁，共53頁。KNNIIKNNUU112212121 ABP1u2u