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1、關(guān)于磁路與鐵心線圈第一張,PPT共二十四頁(yè),創(chuàng)作于2022年6月第8章 磁路與鐵心線圈81 磁路及磁路基本定律1磁路的概念 (1)主磁通 在圖81中,當(dāng)線圈中通以電流后,沿鐵心、銜鐵和工作氣隙構(gòu)成回路的這部分磁通稱為主磁通,占總磁通的絕大部分。 (2)漏磁通 指沒有經(jīng)過(guò)工作氣隙和銜鐵,而經(jīng)空氣自成回路的這部分磁通稱為漏磁通。 (3)磁路 磁通經(jīng)過(guò)的閉合路徑稱為磁路。 第二張,PPT共二十四頁(yè),創(chuàng)作于2022年6月 磁路也分為有分支磁路(如圖82所示)和無(wú)分支磁路(如圖81示)。在無(wú)分支磁路中,通過(guò)每一個(gè)橫截面的磁通都相等。變壓器、直流電機(jī)及電器鐵心構(gòu)成的磁路如圖83所示。(3)磁路 磁通經(jīng)過(guò)的
2、閉合路徑稱為磁路。 第三張,PPT共二十四頁(yè),創(chuàng)作于2022年6月81 磁路及磁路基本定律2磁路中的基本定律(1)磁路歐姆定律 式中, 為磁通(對(duì)應(yīng)于電流),單位韋伯(Wb); 為磁通勢(shì)(對(duì)應(yīng)于電動(dòng)勢(shì)),單位安(A),Rm 為磁阻(對(duì)應(yīng)于電阻),單位(亨)(1/H)。 磁阻計(jì)算的關(guān)系式為 磁通勢(shì)(磁動(dòng)勢(shì))F ,實(shí)驗(yàn)表明通電線圈產(chǎn)生的磁場(chǎng)強(qiáng)弱與線圈內(nèi)通入電流I的大小及線圈的匝數(shù)N成正比,把I與 N的乘積稱為磁通勢(shì), 即: F=NI第四張,PPT共二十四頁(yè),創(chuàng)作于2022年6月81 磁路及磁路基本定律(2)全電流定律 或 上式表明,磁路中磁場(chǎng)強(qiáng)度與磁路的平均長(zhǎng)度的乘積,在數(shù)值上等于磁場(chǎng)的磁通勢(shì),稱
3、為全電流定律。 磁場(chǎng)強(qiáng)度與磁路平均長(zhǎng)度的乘積,又稱磁位差,用符號(hào)表示 , 即: (84) 若研究的磁路具有不同的截面,并且是由不同的材料(如鐵心和氣隙)構(gòu)成的,則可以把一個(gè)磁路分成許多段來(lái)考慮,即把同一截面、同一材料劃為一段,可得或 (85)第五張,PPT共二十四頁(yè),創(chuàng)作于2022年6月81 磁路及磁路基本定律(3)基爾霍夫磁通定律 有分支磁路如圖82所示,任取一閉合面,根據(jù)磁通連續(xù)性原理,進(jìn)入閉合面的磁通,必等于流出閉合面的磁通,即穿過(guò)閉合面的磁通的代數(shù)和為零,此稱基爾霍夫磁通定律。即 第六張,PPT共二十四頁(yè),創(chuàng)作于2022年6月(4)基爾霍夫磁位差定律 如圖,磁路可能由多種尺寸、多種材料
4、構(gòu)成,有的還含有氣隙。圖84所示磁路可分為三段,根據(jù)全電流定律有 推廣到任意磁路中有 由于勵(lì)磁電流是線圈產(chǎn)生磁通的來(lái)源,故稱NI為磁路的磁通勢(shì)F,單位為安(A)。式(87)表示磁路中沿任意閉合曲線磁位差的代數(shù)和等于沿該曲線磁通勢(shì)的代數(shù)和,此稱基爾霍夫磁位差定律。若將磁通勢(shì)表示為磁位降(磁位差)方向,也可寫成 當(dāng)勵(lì)磁電流為直流時(shí),磁路中產(chǎn)生恒定磁通,此磁路稱為恒定磁通磁路,當(dāng)勵(lì)磁電流為交流時(shí),產(chǎn)生交變磁通,此稱為交變磁通磁路。第七張,PPT共二十四頁(yè),創(chuàng)作于2022年6月82 鐵磁性物質(zhì)的磁化 案例81 變壓器中有硅鋼片疊成的鐵心,電機(jī)的繞組是嵌放在由硅鋼片疊成的鐵心槽內(nèi)。在第3章中我們已經(jīng)介紹
5、,硅鋼片是高導(dǎo)磁率(磁阻低)的鐵磁性材料,能使磁通絕大部分通過(guò)由硅鋼片疊成的鐵心而形成閉合回路。鐵磁性物質(zhì)是如何被磁化?還具有哪些特性?1鐵磁性物質(zhì)的磁化 本來(lái)不具磁性的物質(zhì),由于受磁場(chǎng)的作用而具有磁性的現(xiàn)象稱為該物質(zhì)被磁化。只有鐵磁性物質(zhì)才能被磁化,而非鐵磁性物質(zhì)是不能被磁化的。 鐵磁性物質(zhì),被磁化前后的磁疇取向如圖85所示。 有些鐵磁性物質(zhì)在去掉外磁場(chǎng)以后,磁疇的大部分仍然保持取向一致,對(duì)外仍顯示磁性,這就成了永久磁鐵。 第八張,PPT共二十四頁(yè),創(chuàng)作于2022年6月82 鐵磁性物質(zhì)的磁化2磁化曲線鐵磁物質(zhì)的B隨H而變化的曲線稱為磁化曲線,又稱BH曲線。 圖86 (a)所示給出了測(cè)定磁化曲
6、線的實(shí)驗(yàn)電路。實(shí)驗(yàn)測(cè)得的BH曲線,就是磁化曲線,如圖86 (b)所示。 由圖可見,B與H的關(guān)系是非線性的,即 不是常數(shù)。第九張,PPT共二十四頁(yè),創(chuàng)作于2022年6月82 鐵磁性物質(zhì)的磁化BH曲線分為三段: 1)起始磁化段(曲線的01段) 當(dāng)H從零值開始增大時(shí),B增加較慢。 2)直線段(曲線的12段) 隨著H的增大,B幾乎是直線上升。 3)飽和段(曲線的23段) 隨著H的增加,B的上升又比較緩慢了。 對(duì)于電機(jī)和變壓器,通常都是工作在曲線的23段(即接近飽和的地方)。 磁化曲線表示了媒質(zhì)中磁感應(yīng)強(qiáng)度B和磁場(chǎng)強(qiáng)度H的函數(shù)關(guān)系,不同的鐵磁性物質(zhì),其磁化曲線的形狀不同。圖87所表示的是幾種不同鐵磁性物
7、質(zhì)的磁化曲線。 第十張,PPT共二十四頁(yè),創(chuàng)作于2022年6月82 鐵磁性物質(zhì)的磁化3磁滯回線 (1)剩磁 當(dāng)B隨H沿起始磁化曲線達(dá)到飽和值以后,逐漸減小H的數(shù)值,實(shí)驗(yàn)表明,這時(shí)B并是沿起始磁化曲線減小,而是沿另一條在它上面的曲線ab下降,如圖88所示。當(dāng)H減至零時(shí),B值不等于零,而是保留一定的值稱為剩磁,用Br表示 。 (2)矯頑磁力 為了消除剩磁,必須外加反方向的磁場(chǎng),當(dāng)反向磁場(chǎng)增大到一定的值時(shí),B值變?yōu)榱?,剩磁完全消失。這時(shí)的H值是為克服剩磁所加的磁場(chǎng)強(qiáng)度,稱為矯頑磁力,用Hc表示。第十一張,PPT共二十四頁(yè),創(chuàng)作于2022年6月82 鐵磁性物質(zhì)的磁化 (3)磁滯現(xiàn)象 B的變化總是落后于
8、H的變化,這種現(xiàn)象稱為磁滯現(xiàn)象。 經(jīng)過(guò)多次循環(huán),可以得到一個(gè)封閉的對(duì)稱于原點(diǎn)的閉合曲線(abcdefa),叫做磁滯回線。 如果在線圈中改變交變電流幅值的大小,那么交變磁場(chǎng)強(qiáng)度H的幅值也將隨之改變。在反復(fù)交變磁化中,可相應(yīng)得到一系列大小不一的磁滯回線,連接各條對(duì)稱的磁滯回線的頂點(diǎn),得到的一條曲線叫基本磁化曲線,如圖89所示。 (4)磁滯損耗 鐵磁性物質(zhì)的反復(fù)交變磁化過(guò)程中,產(chǎn)生了能量損耗,這種損耗稱為磁滯損耗。 磁滯回線包圍的面積越大,磁滯損耗就越大。所以,剩磁和矯頑磁力越大的鐵磁性物質(zhì),磁滯損耗就越大。 第十二張,PPT共二十四頁(yè),創(chuàng)作于2022年6月授課日期 班次 授課時(shí)數(shù) 2課題: 8.3
9、交流鐵心線圈 8.4電磁鐵與變壓器 教學(xué)目的: 了解交流鐵心線圈的特點(diǎn);了解變壓器的變壓比、變流比及變壓器阻抗變換的意義 重點(diǎn): 變壓器的變壓比、變流比及變壓器阻抗變換 難點(diǎn): 與重點(diǎn)相同 教具: 多媒體作業(yè): P176:8.5 自用參考書:電路丘關(guān)源 著教學(xué)過(guò)程:一、復(fù)習(xí)提問(wèn) 1.對(duì)比磁路基本定律與電路基本定律 2.什么是磁滯損耗、渦流損耗、鐵心損耗? 二:新授:8.3交流鐵心線圈 1.交流鐵心線圈中電壓與磁通的關(guān)系 2.交流鐵心線圈中磁通與電流的關(guān)系 8.4電磁鐵與變壓器 8.4.1電磁鐵 1.電磁鐵的工作原理與典型結(jié)構(gòu) 2.電磁鐵的分類 8.4.2變壓器 1.變壓器用途與組成 2.變壓器
10、的工作原理 3.例題分析課后小計(jì):第十三張,PPT共二十四頁(yè),創(chuàng)作于2022年6月83 交流鐵心線圈1交流鐵心線圈中電壓與磁通的關(guān)系 如圖810所示的鐵心線圈電路,在帶鐵心的線圈上加正弦交流電壓u,線圈中的電流便在鐵心中產(chǎn)生磁通。電壓u與磁通之間的關(guān)系為: 設(shè) 則有: 由此可知:當(dāng)鐵心線圈上加以正弦交流電壓時(shí),鐵心線圈中的磁通也是按正弦規(guī)律變化,在相位上,電壓超前于磁通90,在數(shù)值上,端電壓有效值 。 第十四張,PPT共二十四頁(yè),創(chuàng)作于2022年6月83 交流鐵心線圈2交流鐵心線圈中磁通與電流的關(guān)系 由于與B成正比,i與H成正比,故得i曲線也為非線性關(guān)系。 由鐵磁物質(zhì)的基本磁化曲線圖811(a
11、)可得到圖811(b)所示i曲線。第十五張,PPT共二十四頁(yè),創(chuàng)作于2022年6月83 交流鐵心線圈3交流鐵心線圈中的鐵心損耗 在交變磁通作用下,鐵心中有能量損耗,稱為鐵損。鐵損主要由兩部分組成: (1)渦流損耗 鐵心中的交變磁通(t),在鐵心中感應(yīng)出電壓,由于鐵心也是導(dǎo)體,便產(chǎn)生一圈圈的電流,稱之為渦流。渦流在鐵心內(nèi)流動(dòng)時(shí),在所經(jīng)回路的導(dǎo)體電阻上產(chǎn)生的能量損耗,稱為渦流損耗。 (2)磁滯損耗 鐵磁性物質(zhì)在反復(fù)磁化時(shí),磁疇反復(fù)變化,磁滯損耗是在克服各種阻滯作用而消耗的那部分能量。磁滯損耗的能量轉(zhuǎn)換為熱能而使鐵磁材料發(fā)熱。 減少渦流損耗的途徑有兩種:一是減小鐵片厚度;二是提高鐵心材料的電阻率。
12、減少磁滯損耗有兩條途徑:一是提高材料的起始磁導(dǎo)率;二是減小剩磁Bb。 通常把磁滯損耗和渦流損耗的總和稱為鐵損。 第十六張,PPT共二十四頁(yè),創(chuàng)作于2022年6月 84 電磁鐵與變壓器841 電磁鐵 1電磁鐵的工作原理與典型結(jié)構(gòu) 電磁鐵是利用載流鐵心線圈產(chǎn)生的電磁吸力來(lái)操縱機(jī)械裝置,以完成預(yù)期動(dòng)作的一種電器。它是將電能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能的一種電磁元件。 電磁鐵主要由線圈、鐵心及銜鐵三部分組成,鐵心和銜鐵一般用軟磁材料制成。鐵心一般是靜止的,線圈總是裝在鐵心上。開關(guān)電器的電磁鐵的銜鐵上還裝有彈簧。如圖812所示。第十七張,PPT共二十四頁(yè),創(chuàng)作于2022年6月841 電磁鐵 電磁鐵的結(jié)構(gòu)形式很多,如圖8
13、13所示。按磁路系統(tǒng)形式可分為拍合式、盤式、E形和螺管式。按銜鐵運(yùn)動(dòng)方式可分為轉(zhuǎn)動(dòng)式如圖813(a)所示和直動(dòng)式如圖813(b)、(c)、(d)所示。 電磁鐵的基本工作原理: 當(dāng)線圈通電后,鐵心和銜鐵被磁化,成為極性相反的兩塊磁鐵,它們之間產(chǎn)生電磁吸力。當(dāng)吸力大于彈簧的反作用力時(shí),銜鐵開始向著鐵心方向運(yùn)動(dòng)。當(dāng)線圈中的電流小于某一定值或中斷供電時(shí),電磁吸力小于彈簧的反作用力,銜鐵將在反作用力的作用下返回原來(lái)的釋放位置。 第十八張,PPT共二十四頁(yè),創(chuàng)作于2022年6月841 電磁鐵2電磁鐵的分類按其線圈電流的性質(zhì)可分為直流電磁鐵和交流電磁鐵; 按用途不同可分為牽引電磁鐵、制動(dòng)電磁鐵、起重電磁鐵及
14、其他類型的專用電磁鐵。 牽引電磁鐵主要用于自動(dòng)控制設(shè)備中,用來(lái)牽引或推斥機(jī)械裝置,以達(dá)到自控或遙控的目的 ; 制動(dòng)電磁鐵是用來(lái)操縱制動(dòng)器,以完成制動(dòng)任務(wù)的電磁鐵; 起重電磁鐵是用于起重、搬運(yùn)鐵磁性重物的電磁鐵。 842 變壓器1變壓器的用途與組成 用于輸配電系統(tǒng)的電力變壓器;用于工業(yè)動(dòng)力系統(tǒng)中直流拖動(dòng)的專用電源變壓器;用于電力系統(tǒng)或?qū)嶒?yàn)室等場(chǎng)合的調(diào)壓變壓器;用于測(cè)量電壓、電流的電壓互感器、電流互感器;用于潮濕環(huán)境或人體常常接觸場(chǎng)合的隔離變壓器。變壓器主要由鐵心和繞組兩個(gè)基本部分組成。 第十九張,PPT共二十四頁(yè),創(chuàng)作于2022年6月842 變壓器2變壓器的工作原理 圖8.14為單相變壓器的原理
15、圖,與電源相連的稱為一次繞組(又稱原邊繞組),與負(fù)載相連的稱為二次繞組(又稱副邊繞組)。一次繞組、二次繞組的匝數(shù)分別為 和 。 當(dāng)變壓器的一交繞組接上交流電壓 時(shí),一次繞組中便有電流 通過(guò)。電流 在鐵心中產(chǎn)生閉合磁通 ,磁通 隨 的變化而變化,從而在二次繞組中產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。 第二十張,PPT共二十四頁(yè),創(chuàng)作于2022年6月842 變壓器 如果二次繞組接有負(fù)載,在二次繞組和負(fù)載組成回路中有負(fù)載電流產(chǎn)生。(1)變壓器的變壓比 變壓器中一、二次繞組的電壓之比為(2)變壓器的變流比 變壓器中一、二次繞組的電流之比為(3)變壓器的阻抗變換 在如圖815(a)所示電路中,負(fù)載阻抗 與變壓器二次繞組連接, 虛線框內(nèi)部分 為折算到一次繞組的等效阻抗 ,如圖815(b)所示。通過(guò)變換可得第二十一張,PPT共二十四頁(yè),創(chuàng)作于2022年6月842 變壓器 這表明變壓器的副邊接上負(fù)載 后,對(duì)電源而言,相當(dāng)于接上阻抗為 的負(fù)載。當(dāng)變壓器負(fù)載一定時(shí),改變變壓器原、副邊匝數(shù),可獲得所需的阻抗。(3)變壓器的阻抗變換 在如圖815(a)所示電路中,負(fù)載阻抗 與變壓器二次繞組連接, 虛線框內(nèi)部分 為折算到一次繞組的等效阻抗 ,如圖815(b)所示
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