電工電子技術-磁路與鐵心線圈電路

1、電工電子技術-磁路與鐵心線圈電路第1頁，共66頁，2022年，5月20日，5點11分，星期五2第6章 磁路與鐵心線圈與電路6.1 磁路及其分析方法6.2 交流鐵心線圈電路6.3 變壓器6.4 電磁鐵第2頁，共66頁，2022年，5月20日，5點11分，星期五3磁路：主磁通所經(jīng)過的閉合路徑。i 線圈通入電流后，產(chǎn)生磁通，分主磁通和漏磁通。：主磁通：漏磁通鐵心（導磁性能好 的磁性材料）線圈6.1.1 磁場的基本物理量6.1 磁路及其分析方法第3頁，共66頁，2022年，5月20日，5點11分，星期五4磁路的基本物理量及相互間的關系SBF=復習磁感應強度（磁通密度）：B：單位：特斯拉（T）磁通：F

2、：單位：韋伯（Wb）磁動勢：F：單位：安（A）磁場強度：H：單位：安/米（A/m）磁導率：單位：亨/米（H/m）F=N IlHN I=表征各種材料導磁能力的物理量mBH=第4頁，共66頁，2022年，5月20日，5點11分，星期五5 真空中的磁導率( )為常數(shù)0m稱為這種材料的相對磁導率 一般材料的磁導率m和真空中的磁導率mr之比，則稱為磁性材料，則稱為非磁性材料-70104=pm非磁性材料：磁導率低，如真空、空氣；磁性材料：磁導率高，如鐵磁物質(zhì)。第5頁，共66頁，2022年，5月20日，5點11分，星期五66.1.2 磁性材料的磁性能分子中的電子環(huán)繞原子核運動和本身的自轉(zhuǎn)運動形成分子電流，分

3、子電流產(chǎn)生磁場。磁性物質(zhì)內(nèi)，分成許多小區(qū)域，分子間的特殊作用力使每個區(qū)域內(nèi)的分子磁鐵排列整齊，顯示磁性，稱為：磁疇。磁籌在沒有外電場作用時，各磁籌排列混亂，磁場互相抵消，對外不顯磁性。第6頁，共66頁，2022年，5月20日，5點11分，星期五7B0在鐵心上繞上線圈，通入電流，產(chǎn)生磁場： B0 B0：以空氣為介質(zhì)產(chǎn)生的磁感應強度。B0Bj在外磁場的作用下，磁籌就順向外磁場的方向，顯示出磁性，產(chǎn)生很強的磁化磁場。B0外電流越大，磁化磁場越大，當外電流增大到一定值時，磁籌全部轉(zhuǎn)向外磁場的方向， Bj最大。Bj第7頁，共66頁，2022年，5月20日，5點11分，星期五8結(jié)論：（1）、用鐵磁材料作磁

4、路時，通入不大的勵磁電流，可產(chǎn)生足夠大的磁通和磁感應強度。（2）、用鐵磁材料作磁路時，可以做成大電感。非磁性材料沒有 磁籌的結(jié)構(gòu)，不具有磁化的特性。第8頁，共66頁，2022年，5月20日，5點11分，星期五9H（4）鐵磁材料的不是常數(shù)，隨電流變化。（5）鐵心線圈的電感是隨電流變化的。鐵心線圈是非線性電感。（3）磁性物質(zhì)由于磁化所產(chǎn)生的磁化磁場不會隨著外磁場的增強而無限增強，當外磁場增大到一定值時，全部磁籌的磁場方向都轉(zhuǎn)向與外磁場的方向一致。這時：磁化磁場的磁感應強度， Bj即達到飽和值。第9頁，共66頁，2022年，5月20日，5點11分，星期五10非線性！m不是常數(shù)矯頑力矯頑力剩磁剩磁磁滯

5、性磁飽和非線性磁性材料的磁性能非線性；高導磁性；磁飽和性；磁滯性?；敬呕€：B=f（H）或 F =f（I）H（I）B（ F）0baB （ F）H （I）ti勵磁電流勵磁電流ti001122334455661第10頁，共66頁，2022年，5月20日，5點11分，星期五11 根據(jù)磁性能，磁性材料又可分為三種：軟磁材料（磁滯回線窄長。常用做磁頭、磁心等）、永磁材料（磁滯回線寬。常用做永久磁鐵）、矩磁材料（滯回 線接近矩形。可用做記憶元件）。B （ F）H （I）B （ F）H （I）B （ F）H （I）第11頁，共66頁，2022年，5月20日，5點11分，星期五12對于均勻磁路6.1.3

6、磁路及其基本定律則： INSL由于磁性材料 的 不常數(shù)，磁路歐姆定律只用作定性 分析，不做定量計算。slRm=令：Rm 稱為磁阻mRlSNIF=注意！一、磁路的歐姆定律：第12頁，共66頁，2022年，5月20日，5點11分，星期五13磁路和電路的比較磁通磁壓降Hl磁動勢INF=電動勢電流電壓降UEI電路R+_EIU磁路IN 磁阻SlRm=電阻SlRr=mRF=歐姆定律REI=歐姆定律第13頁，共66頁，2022年，5月20日，5點11分，星期五14F 反映通電線圈勵磁能力的大小Rm 表示磁路的材料對磁通起阻礙作用的物理量。反映磁路導磁性能的強弱，它只與磁路的尺寸， 材料的導磁率有關。對于不同

7、材料或不同截面組成的幾段磁路磁路的總磁阻為各段磁組之和第14頁，共66頁，2022年，5月20日，5點11分，星期五15INF=SlRmm=一定：大Rm小F小I小小Rm大F大I大I一定：大Rm小大小Rm大小第15頁，共66頁，2022年，5月20日，5點11分，星期五16對帶有空氣隙的磁路l1 、 1l2 、 20.5l0Rm0中，雖然l0很小，但0很小，因此Rm0很大，使整個磁路的磁阻大大增加。I不變：Rm大 小不變：Rm大 I大第16頁，共66頁，2022年，5月20日，5點11分，星期五17二、直流磁路的分析計算已知磁路的材料和尺寸及要求磁路中達到的磁感應強度，計算磁動勢或勵磁電流。對于

8、均勻磁路：各段磁路的磁通相等步驟：1、根據(jù)各段磁路的截面積計算各磁感應強度B；2、根據(jù)各段磁路的磁感應強度B查磁化曲線，得各段磁路的H；氣隙磁路：3、計算各段磁路的磁壓降：Hl4、第17頁，共66頁，2022年，5月20日，5點11分，星期五18例：一環(huán)型鐵心線圈，尺寸如圖示，鐵心材料為鑄鋼，磁路中含有長度為兩厘米的空氣隙。設線圈中通有1A的電流，如要得到0.9T的磁感應強度，試求線圈匝數(shù)。15cm10cm0.2cmI解:磁路的平均長度為L=(10+15)/2*3.14=39.2cm鑄鋼磁路的長度為L1=39.2-0.2=39cm查表磁化曲線,當B=0.9T時，H=500A/m，于是H1L1=

9、5003910-2=195A對空氣隙H0L0= L0 B0 / 0 =1440ANI=H1L1+ H0L0 =1635A?第18頁，共66頁，2022年，5月20日，5點11分，星期五19勵磁電流：在磁路中用來產(chǎn)生磁通的電流。（線圈中的電流）6.2 鐵心線圈分類：直流鐵心線圈交流鐵心線圈勵磁電流為直流電勵磁電流為交流電第19頁，共66頁，2022年，5月20日，5點11分，星期五20直流鐵心線圈勵磁電流為直流：RUI=（R 為線圈的電阻）IUU一定I一定，與磁路特性無關；磁動勢恒定：F=N I磁通：)(mRF=Rm一定 一定，恒定磁通，無感應電動勢產(chǎn)生；功率損耗：P= I2R只由線圈中的電流和

10、線圈電阻決定。第20頁，共66頁，2022年，5月20日，5點11分，星期五21直流電磁鐵磁路如圖示。分在銜鐵吸合前后的電流、磁通的變化情況。IU1）因電流只與電源電壓和線圈電阻有關，所以，吸合前后電流不變：I=U/R2）因磁動勢一定，F(xiàn)=NI吸合前，磁路中氣隙大，磁阻大， ??；吸合后，磁路中氣隙小，磁阻小， 大。)(mRF=例2第21頁，共66頁，2022年，5月20日，5點11分，星期五22：主磁通：漏磁通usesei交流鐵心線圈交流勵磁： 線圈中上加正弦交流電壓，勵磁電流為交流電流 產(chǎn)生交變磁通 在線圈中產(chǎn)生感應電動勢usi （i N）e= -Ndd te s = -Nd sd t電流與

11、磁通方向符合右螺旋法則6.2.1 電磁關系第22頁，共66頁，2022年，5月20日，5點11分，星期五23電路方程：eeuuR-+-+=)()(s ：漏磁通，很小；R：線圈電阻， 很小，6.2.2 電壓電流關系usesei假設則tfNmcos2=最大值有效值mmfNUU44.42=tNumcosmmfNU2第23頁，共66頁，2022年，5月20日，5點11分，星期五246.2.3 功率損耗 P=Pcu+ Pfe 銅損：Pcu =I2R鐵損： Pfe = Ph+ Pe Ph：磁滯損耗： 鐵心材料的磁滯回線面積采用軟磁性材料做鐵心可以減少磁滯損耗。Pe：渦流損耗：與鐵心的截面積、電源頻率、磁感

12、應強度有關。采用順磁場方向的硅鋼片疊成的鐵心可以減少渦流損耗。第24頁，共66頁，2022年，5月20日，5點11分，星期五25交流鐵心線圈的有功功率第25頁，共66頁，2022年，5月20日，5點11分，星期五26mNfU44.4 當外加電壓U、頻率 f 與線圈匝數(shù)N一定時， 便一定。m 3.交流磁路的特點mR 一定，磁動勢IN 隨磁阻 的變化而變化；mmRIN=第26頁，共66頁，2022年，5月20日，5點11分，星期五27uiX0R0RX線圈鐵心 6.2.4 等效電路:將鐵心線圈的交流電路等效成一個不含鐵心的交流電路。非線性電感線性電感等效條件：u不變時，P，i及各物理量之間的相位 關

13、系不變。第27頁，共66頁，2022年，5月20日，5點11分，星期五28uiX0R0RcuX線圈鐵心RCu: 線圈電阻。X: 漏磁通引起的感抗。R0: 鐵心電阻。X0: 鐵心存儲能量引起的感抗。第28頁，共66頁，2022年，5月20日，5點11分，星期五29在吸合過程中若外加電壓U不變,則 不變。iumRIN=電磁鐵吸合后(氣隙小） 小 電流小。mR如果氣隙中有異物卡住，電磁鐵長時間吸不上，線圈中的電流一直很大，將會導致過熱，把線圈燒壞。 交流電磁鐵磁路如圖示。分析在銜鐵吸合前后的電流、磁通的變化情況。電磁鐵吸合前(氣隙大） 大 電流大； mR例3注意！第29頁，共66頁，2022年，5月

14、20日，5點11分，星期五30(U不變，I不變）( I 隨 Rm 變化）（ U不變時， 基本不變）直流磁路交流磁路磁路小結(jié)（隨Rm變化）第30頁，共66頁，2022年，5月20日，5點11分，星期五31變壓器功能：變電壓：電力系統(tǒng) 變阻抗：電子電路中的阻抗匹配 （如喇叭的輸出變壓器） 變電流：電流互感器 6.3 變壓器第31頁，共66頁，2022年，5月20日，5點11分，星期五32 發(fā)電廠1.05萬伏輸電線22萬伏升壓變電站 1萬伏降壓 變壓器應用舉例降壓實驗室380 / 220伏降壓儀器36伏降壓第32頁，共66頁，2022年，5月20日，5點11分，星期五33單相變壓器鐵芯原邊繞組副邊繞

15、組一、 變壓器的結(jié)構(gòu)鐵心：變壓器的磁路。高、低壓繞組.原邊（一次繞組）：接電源的繞組副邊（二次繞組）：接負載的繞組變壓器符號：第33頁，共66頁，2022年，5月20日，5點11分，星期五34三相變壓器三相變壓器有三個原邊繞組和三個副邊繞組。高壓側(cè)聯(lián)接成Y形：可以降低繞組絕緣的要求。低壓側(cè)聯(lián)接成形：可以減小繞組導線的截面積。常用：Y/Y0 、Y/ 原副邊的電壓之比為相電壓之比第34頁，共66頁，2022年，5月20日，5點11分，星期五35二、 工作原理工作過程u2i1 N1u1i2 N2參考方向的確定： 原邊是電源的負載； 副邊是負載的電源；N1N2e1e2 原、副邊的e與符合右螺旋法則；第

16、35頁，共66頁，2022年，5月20日，5點11分，星期五36空載運行 ：原邊接入電源，副邊開路。接上交流電源原邊電流 i1等于勵磁電流 i10 產(chǎn)生感應電動勢1i i10 產(chǎn)生磁通 （交變）e,方向符合右螺旋法則1.電壓變換注意第36頁，共66頁，2022年，5月20日，5點11分，星期五37結(jié)論：改變匝數(shù)比，就能改變輸出電壓。K為變比根據(jù)交流鐵心線圈的電磁關系分析可得：mNfE1144.4=U1mNfE2244.4=U21u第37頁，共66頁，2022年，5月20日，5點11分，星期五38有載運行 ：副邊接入負載。E1 U1E2 U2忽略線圈電阻和漏磁通的影響所以，電壓比為第38頁，共6

17、6頁，2022年，5月20日，5點11分，星期五392.電流變換ZNiNiNi102211+因為：空載時：勵磁電流是： i10磁動勢是： i10N1有載時：勵磁電流是： i1 與 i2 磁動勢是： i1N1 +i2N2所以：當電源電壓的大小和頻率一定時，鐵心中的磁通大小一定。產(chǎn)生同樣磁通的磁動勢相等磁勢平衡方程式：44.411mNfU第39頁，共66頁，2022年，5月20日，5點11分，星期五40由于變壓器鐵芯材料的導磁率高，空載勵磁電流很小，可忽略 。10i 0Z0+11NI22NI11NI22NI -NiNiNi102211+即：第40頁，共66頁，2022年，5月20日，5點11分，星

18、期五411）原、副邊電流的大小與匝數(shù)成反比；結(jié)論2）副邊電流對原邊電流起去磁作用；3）副邊電流取決于負載，原邊電流取決于副邊電流。ZRL i2 i1 負載電阻增大時，原邊電流如何變化？第41頁，共66頁，2022年，5月20日，5點11分，星期五42LZ3. 阻抗變換22IUZL=u1i122222211KZKIUKIKUIUZLL=第42頁，共66頁，2022年，5月20日，5點11分，星期五43信號源電動勢E= 80V ， 內(nèi)阻R0=400 ，負載電阻RL=4。1）負載直接接在信號源上時，信號源的輸出功率。1）將負載直接接到信號源上，得到的輸出功率為： 例2求：2）阻抗匹配時變壓器的變比及

19、輸出功率功率。解：2）阻抗匹配時應使RL=R0將負載通過變壓器接到信號源上變換阻抗。第43頁，共66頁，2022年，5月20日，5點11分，星期五44ELR1N2NR0輸出功率為：21=10NNK則變比： LLRKR2=400第44頁，共66頁，2022年，5月20日，5點11分，星期五45220/110V的變壓器的原副線圈的匝數(shù)為1000/500匝，如把原幅邊匝數(shù)變成2/1匝，行不行？不行。U1不變N1mH（I）B（F）mI1磁化曲線I1燒毀線圈例3第45頁，共66頁，2022年，5月20日，5點11分，星期五46變壓器滿載運行時，原、副邊繞組允許的電流值。NNNNNIUIUS2211=（理

20、想）（以單相變壓器為例） 三、 變壓器的主要技術指標變壓器副邊開路（空載）時，原、副邊繞組允許的電壓值。1） 額定電壓U1N/U2N2） 額定電流I1N/I2N3） 額定容量SN變壓器輸出的額定視在功率。三相變壓器中，額定電壓和額定電流都指線電壓、線電流。單相：三相：第46頁，共66頁，2022年，5月20日，5點11分，星期五47變壓器輸出功率與輸入功率的比值。4） 額定效率N5） 額定頻 率fN電源的工作頻率。50Hz第47頁，共66頁，2022年，5月20日，5點11分，星期五48四、變壓器的外特性u2考慮副邊的線圈電阻R和的影響，u2e2u1不變i2增大e增大uR增大u2降低變壓器的外

21、特性：變壓器副邊輸出電壓u2隨電流i2變化的曲線第48頁，共66頁，2022年，5月20日，5點11分，星期五49)(22IfU=U2I2U20I2U2外特性：cos2=1cos21 負載的功率因數(shù)越低，U2下降越大，感性負載具有去磁的作用。U2I2U20I2NU2NUU=U20 - U2U20100%電壓調(diào)整率：一般為5%左右。一般供電系統(tǒng)希望要硬特性（隨I2的變化，U2 變化不多）第49頁，共66頁，2022年，5月20日，5點11分，星期五501.自耦變壓器P五、 特殊變壓器使用時，改變滑動端的位置，便可得到不同的輸出電壓。注意 原、副邊千萬不能對調(diào)使用。 公共繞組部分不能斷開。 公共端

22、不能接火線。為什么？特點：（1） N2連續(xù)可調(diào)，U2連續(xù)可調(diào)； （2）不是安全變壓器。第50頁，共66頁，2022年，5月20日，5點11分，星期五51火零220vPab12v（1）插頭正插： 插頭反插：（2）原副線圈公共部分斷開時：普通變壓器，原副邊沒有電聯(lián)系。第51頁，共66頁，2022年，5月20日，5點11分，星期五522.電流互感器（被測電流）N1（匝數(shù)少）N2（匝數(shù)多）ARi1i2電流表被測電流=電流表讀數(shù) N2/N11） 副邊不能開路，以防產(chǎn)生高電壓；使用注意事項：用低量程的電流表測大電流2） 鐵心、低壓繞組的一端接地，以防在絕緣損壞時，在副邊出現(xiàn)過壓。第52頁，共66頁，202

23、2年，5月20日，5點11分，星期五53六、 變壓器的同極性端1.同極性端(同名端)當電流流入(或流出）兩個線圈時，若產(chǎn)生的磁通方向相 同，則兩個流入(或流出）端稱為同極性端（同名端）?；蛘哒f，當鐵芯中磁通變化（增大或減?。r，在兩線圈中產(chǎn)生的感應電動勢極性相同的兩端為同極性端。AXax*AXax*Z*第53頁，共66頁，2022年，5月20日，5點11分，星期五54 聯(lián)結(jié) 23，順串1324*串聯(lián)順串：兩異名端相連，相當于兩匝數(shù)相加；反串：兩同名端相連，相當于兩匝數(shù)相減； 聯(lián)結(jié) 13，反串并聯(lián)同名端兩兩相連。1-3連，2-4連2. 線圈的正確連接第54頁，共66頁，2022年，5月20日，5

24、點11分，星期五55220V：聯(lián)結(jié) 2 3，1-4接電源。勵磁兩種接法下線圈工作情況的分析：*1324兩線圈的額定電壓為110V，若接于220V的電源，應如何連接？220v若1-3連接，2-4接電源，可能出現(xiàn)什么現(xiàn)象？第55頁，共66頁，2022年，5月20日，5點11分，星期五56在極性不明確時，一定要先測定極性再通電！兩個線圈中的磁通抵消燒毀感應電勢電流 很大*1324注意第56頁，共66頁，2022年，5月20日，5點11分，星期五57110V：聯(lián)結(jié) 1 3，2 41,32,41324*勵磁若1-4、2-3分別連接后接電源，兩線圈產(chǎn)生的磁通相互抵消，無感應電動勢產(chǎn)生，110V電壓將全部降

25、在線圈電阻上，線圈將被燒毀。若異名端兩兩相連，會出現(xiàn)什么現(xiàn)象？第57頁，共66頁，2022年，5月20日，5點11分，星期五58*兩個副邊繞組可以產(chǎn)生幾種電壓？I單獨輸出：6VII 單獨輸出：8V6V8VIII12342、3相聯(lián)，順串：14V2、4相聯(lián)，反串：-2V第58頁，共66頁，2022年，5月20日，5點11分，星期五591直流小電壓直流電流表+_2A34+Z變壓器的原副邊同名端的討論電壓相對于同名端方向相同。電流相對于同名端方向相反。*副邊電流對原邊電流起去磁作用。合上開關， 1的極性為“+”，若電流表正向偏轉(zhuǎn)，則3的極性也為“+”，1、3為同名端。若電流表反向偏轉(zhuǎn)，1、4是同名端。第59頁，共66頁，2022年，5月20日，5點11分，星期五606.4 電磁鐵結(jié)構(gòu)：鐵心、繞組、銜鐵IU工作原理：線圈通電產(chǎn)生電磁力吸合銜鐵線圈斷電電磁力消失釋放銜鐵應用：工業(yè)控制線圈鐵心銜鐵氣隙電磁吸力：f =1078B02S0 （牛頓）經(jīng)驗公式氣