6磁路與鐵心線圈電路

會(huì)計(jì)學(xué)16磁路與鐵心線圈電路第6章6.1第2頁(yè)/共45頁(yè)第1頁(yè)/共45頁(yè)第6章6.1第3頁(yè)/共45頁(yè)第2頁(yè)/共45頁(yè)5.磁通勢(shì)

Fm

定義：F=N?

i或F=N?

I單位:安培

A

1.高導(dǎo)磁性2.磁飽和性3.磁滯性6.磁壓降

Um定義：Um=H?

l單位：A(安培)6.1.2

磁性材料的磁性能第6章6.1

4.

按磁性物質(zhì)的磁性能，磁性材料可以分成三種類型:(1)軟磁材料Hc較小(2)永磁材料Hc較大[3)矩磁材料Hc較小且Br較大第4頁(yè)/共45頁(yè)第3頁(yè)/共45頁(yè)第6章6.1

在沒(méi)有外磁場(chǎng)的作用時(shí)，各個(gè)磁疇排列混亂，磁場(chǎng)互相抵消，對(duì)外既顯示不出磁性來(lái)(a)。在外磁場(chǎng)作用下，其中的磁疇就顧外磁場(chǎng)方向轉(zhuǎn)向，顯示出磁性來(lái)。隨著外磁場(chǎng)的增強(qiáng)(或勵(lì)磁電流的增大)，磁疇就逐漸轉(zhuǎn)與外磁場(chǎng)相同的方向上(b)。這樣，便產(chǎn)生了一個(gè)很強(qiáng)的與外磁場(chǎng)同方向的磁化磁場(chǎng)，而使磁性物質(zhì)內(nèi)的磁感應(yīng)強(qiáng)度大大增加。這就是說(shuō)磁性物質(zhì)被強(qiáng)烈地磁化了。在這種具有鐵心的線圈中通入不大的勵(lì)磁電流,便可產(chǎn)生足夠大的磁通和磁感應(yīng)強(qiáng)度。這就解決了既要磁通大，又要?jiǎng)?lì)磁電流小的矛盾。利用優(yōu)質(zhì)的磁性材料可使同一容量的電機(jī)的重量和體積大大減輕和減小。1.高導(dǎo)磁性第5頁(yè)/共45頁(yè)第4頁(yè)/共45頁(yè)第6章6.1BHB-H

-Hbca

oa段——B與H差不多成正比地增加;ab段——B的增加緩慢下來(lái);bc以后一段——B增加得很少，達(dá)到了磁飽和。

當(dāng)有磁性物質(zhì)存在時(shí)．B與H不成正比，所以磁性物質(zhì)的磁導(dǎo)率μ不是常數(shù)，隨H而變.雖然磁通Φ與B成正比，產(chǎn)生磁通的勵(lì)磁電流I與H成正比，但在存在磁性物質(zhì)的情況下，Φ與I也不成正比。2.磁飽和性第6頁(yè)/共45頁(yè)第5頁(yè)/共45頁(yè)第6章6.1Hm–HmBrHCBH

當(dāng)鐵心線圈中通有交變電流時(shí)，鐵心就受到交變磁化。磁感應(yīng)強(qiáng)度B隨磁場(chǎng)強(qiáng)度H而變化的關(guān)系如圖所示。當(dāng)H已減到零值時(shí)，但B并未回到零值。這種磁感應(yīng)強(qiáng)度滯后于磁場(chǎng)強(qiáng)度變化的性質(zhì)稱為磁性物質(zhì)的進(jìn)滯性。剩磁感應(yīng)強(qiáng)度Br,

使B＝0的H值，稱為矯頑磁力Hc。3.磁滯性第7頁(yè)/共45頁(yè)第6頁(yè)/共45頁(yè)1.磁通連續(xù)性原理：òsB

·dS=02.

安培環(huán)路定律：òl(fā)H

·d

l=

?II鐵心線圈磁路的概念

磁路是研究局限于一定范圍內(nèi)的磁場(chǎng)問(wèn)題。磁路與電路一樣，也是電工技術(shù)課程所研究的基本對(duì)象。6.1.3磁路的分析方法第6章6.1第8頁(yè)/共45頁(yè)第7頁(yè)/共45頁(yè)I1I2?

F=01=2+

33.磁路的克希荷夫第一定律123可與電路中的KCL類比第6章6.1第9頁(yè)/共45頁(yè)第8頁(yè)/共45頁(yè)I1I21234.磁路的克希荷夫第二定律l3l2l1N1N2H

l=N

Il0H1

l1

+H2

(l2+l3)+H0

l0

=N1I1

–N2I2可與電路中的KVL類比第6章6.1第10頁(yè)/共45頁(yè)第9頁(yè)/共45頁(yè)5.

磁路的歐姆定律可與電路類比I1I2123l3l2l1N1N2l0

=

B

S=

HS

=

—–

Hll

S=

—–UmRm

S定義：Rm

=

—–為磁阻l（Fm）Um=Rm?

或

=Um/RmU

=R?

IR

=

—–lSS單位：1/H

(1/亨)第6章6.1第11頁(yè)/共45頁(yè)第10頁(yè)/共45頁(yè)第6章6.1磁路與電路對(duì)照1.相似之處第12頁(yè)/共45頁(yè)第11頁(yè)/共45頁(yè)第6章6.1磁路與電路對(duì)照2.不同之處

(1)在處理電路時(shí)一般不涉及電場(chǎng)問(wèn)題，但在處理磁路時(shí)離不開(kāi)磁場(chǎng)的概念。

(2)在處理電路時(shí)一般可以不考慮漏電流(因?yàn)閷?dǎo)體的電導(dǎo)率比周圍介質(zhì)的電導(dǎo)率大得多)，但在處理磁路時(shí)一般都要考慮漏磁通(因?yàn)榇怕凡牧系拇艑?dǎo)串比周圍介質(zhì)的磁導(dǎo)率大得不太多)。

(3)磁路的歐姆定律與電路的歐姆定律只是在形式上相似。由于μ的變化，不能直接應(yīng)用磁路的歐姆定律來(lái)計(jì)算，它只能用于定性分析。

(4)在電路中，當(dāng)E＝0時(shí)，I＝0；但在磁路中，由于有剩磁，當(dāng)F＝0時(shí)，Φ≠0。第13頁(yè)/共45頁(yè)第12頁(yè)/共45頁(yè)(1)已知磁通求磁通勢(shì)F條件:已知

,

S,

l,,

求:F,

I,N方法:對(duì)線性磁路

0SR0=

——l0，代入

Um=R對(duì)非線性磁路1.

r已知,

求R=

———lr

0S2.

r未知,B=—HU=

H

l

S

B

-HUm=Fm，代入

Um=R6.直流磁路的計(jì)算第6章6.1第14頁(yè)/共45頁(yè)第13頁(yè)/共45頁(yè)

0S

Rm0=

——l0NI0

,

l0l1,

1,

S例1已知:l1=0.2m,S=10

-4m2,N=10

3,

=0.4

10-4Wb,l0=0.2mm,解=

—————–

410-710-4

210-4l1r

0SRm1=

——–鐵心：氣隙：5=

—1061/H103410-710-4

0.2=——–————–5=

—1061/HUm=Um0+Um1=(Rm0+Rm1)

5=

—10620.410-4AFm=I

N

=Um=

400AI=

Fm/N=

0.4AUm0=

200Al0l1+

l0——=——=0.1%11000結(jié)論:氣隙的長(zhǎng)度很小,但磁阻很大,故磁壓降很大。Nr=10

3,求：F和

I第6章6.1第15頁(yè)/共45頁(yè)第14頁(yè)/共45頁(yè)NI0

,

l0l1,

1,

A例2已知:l1=0.2m,S=10

-4m2,N=10

3,

=0.410-4Wb,l0=0.2mm,解鐵心：Fm=IN

=Um0+Um1=

484AI=

Fm/N=

0.484AN已知材料為鑄鋼,r未知。B=—=————

S0.410-410-4=0.4=1.25TB

-HBH11420A/mUm1=H1

l1=284A氣隙：Um0=H0

l0=—l0=

200AB0求:Fm和I第6章6.1第16頁(yè)/共45頁(yè)第15頁(yè)/共45頁(yè)1.對(duì)均勻磁路(單個(gè)磁阻)

(2)已知磁通勢(shì)F

求磁通l已知B

-HFm

UmHB

B

?S2.對(duì)非均勻磁路(多個(gè)磁阻)

采用試探法：設(shè)'

Fm'與F

比較,根據(jù)差值'

=Fm–F

再設(shè)"Fm

,"'直至滿足誤差的要求?！?章6.1第17頁(yè)/共45頁(yè)第16頁(yè)/共45頁(yè)6.2.1電磁關(guān)系6.2交流鐵心線圈電路第6章6.2eeNui+-++--

因?yàn)槁┐磐ń?jīng)過(guò)空氣隙，所以勵(lì)磁電流I與成線性關(guān)系，鐵心線圈的漏磁電感(L=N/i)為常數(shù)。但主磁通通過(guò)鐵心，鐵心線圈的主磁電感L不是一個(gè)常數(shù)，因此，鐵心線圈是一個(gè)非線性電感元件。第18頁(yè)/共45頁(yè)第17頁(yè)/共45頁(yè)e=–

N—–dF

dt設(shè)

=msinte=–

Nmcost=

Emsin(t-90)e=–

N——dF

dt6.2.1電磁關(guān)系Em=Nm=

2fNm=

EE

=–—fNm2

=4.44fNm6.2交流鐵心線圈電路第6章6.2eeNui+-++--第19頁(yè)/共45頁(yè)第18頁(yè)/共45頁(yè)e=–

N—–dF

dtdF

dte=–

N——6.2.2電壓電流關(guān)系u→Fm=iN→uR=iR(主磁通)→(漏磁通)→由KVL：u=iR–

e

–

e

u

–

e∵R和e

很小U的有效值UE

=

4.44fNmU=

4.44fNSKBm其中K—疊片系數(shù)(K<1)第6章6.2eeNui+-++--第20頁(yè)/共45頁(yè)第19頁(yè)/共45頁(yè)(4)銅損(1)磁滯損耗⊿Ph=UIh=KhfBmV=1.62Bm<1TBm>1T(2)渦流損耗⊿Pe=UIe=Kef2BmV2(3)鐵心損耗⊿PFe=UIC=

⊿Ph+

⊿Pe⊿PCu=I

2R6.2.3功率損耗第6章6.2eeNui+-++--第21頁(yè)/共45頁(yè)第20頁(yè)/共45頁(yè)(1)磁滯損耗⊿Ph∝S(2)渦流損耗6.2.3功率損耗第6章6.2eeNui-++-+-第22頁(yè)/共45頁(yè)第21頁(yè)/共45頁(yè)概述按用途分:

電力變壓器，特種用途變壓器。按相數(shù)分:單相、三相和多相變壓器。按繞組數(shù)分:雙繞組、多繞組及自耦變壓器。

變壓器是變換各種交流電壓的電器。它是利用電磁感應(yīng)定律并通過(guò)磁路的耦合作用,把某一個(gè)數(shù)量級(jí)的交流電壓，變換成同頻率的另一個(gè)數(shù)量級(jí)的交流電壓的能量變換裝置。1.分類6.3變壓器第6章6.3第23頁(yè)/共45頁(yè)第22頁(yè)/共45頁(yè)變壓器鐵心:硅鋼片疊壓而成。變壓器高、低壓繞組:高強(qiáng)度漆包線繞制而成。其它部件:油箱、冷卻裝置、保護(hù)裝置等。鐵心線圈2.構(gòu)造殼式變壓器心式變壓器鐵心線圈第6章6.3第24頁(yè)/共45頁(yè)第23頁(yè)/共45頁(yè)第6章6.36.3.1

變壓器的工作原理二次繞組一次繞組1.變壓器的電磁關(guān)系第25頁(yè)/共45頁(yè)第24頁(yè)/共45頁(yè)2.

電壓變換e1=-

N1—–dF

dte1=-

N1——dF1

dte2=-

N2—–dF

dt6.3.1

變壓器的工作原理第6章6.3e1e11N1u1AXN2e2u20axSZL-++-+--+-++-e2第26頁(yè)/共45頁(yè)第25頁(yè)/共45頁(yè)AXax圖形符號(hào)U1=

–

E1??E2?–

E1?U1??U20—–

=—–U1U2—–=–—=

kN1N2U20=

E2??U1U2E1E2

4.44fN1m

4.44fN2mN1N2—–=–—=–—–—–—–=–—?結(jié)論—變比第6章6.32.

電壓變換U20?U1?1N1N2AXax?I0?E2?E1?E1?第27頁(yè)/共45頁(yè)第26頁(yè)/共45頁(yè)aSZL1N1N2AXx???I1E2?U2?E1?U1?E1?2??I2u→i1N1→1(漏磁通)→

e1E

=

4.44fNmi1R1

(主磁通)→e1,e2

i2→i2N2

ZLi2N2

→2(對(duì)起阻礙作用)→e22(漏磁通)→

e2→為保持主磁通不變,只有增大電流

i1(

>空載電流i0

)2.電流變換第6章6.3E2?第28頁(yè)/共45頁(yè)第27頁(yè)/共45頁(yè)aSRL1N1N2AXx???I1E2?U2?E1?U1?E1?2??I2ttti1i22e1

e2dFdte1=

–

N1

—–e2=

–

N2

—–dFdt設(shè)

=msinte=–

Nmcost=

Emsin(t-90)cos?2當(dāng)

ZL=RL(即cos)時(shí),i2與

e2

同相位2

=

2msin(t-90)第6章6.32.電流變換第29頁(yè)/共45頁(yè)第28頁(yè)/共45頁(yè)aSZLN1I1=N2

I2N1I1+N2

I2=N1I0

???N1I1+N2

I2=

0??N1I1=–N2

I2??1N1N2AXx???I1E2?U2?E1?U1?E1?2??I2I1I2—=–—=

—N2N11k?(I0

小)結(jié)論產(chǎn)生主磁通

的磁動(dòng)勢(shì)有效值I0=

I1N(2.

5)第6章6.32.電流變換第30頁(yè)/共45頁(yè)第29頁(yè)/共45頁(yè)'ZL=—U1I1???I2nZ?U2?U1?I1Z0ZL=—–U2I2??'ZL=–——–kU2–I2/k??=

k2

–—

U2I2??=k2ZL'ZL=k2ZLE?結(jié)論可利用變壓器進(jìn)行阻抗匹配3.阻抗變換第6章6.3第31頁(yè)/共45頁(yè)第30頁(yè)/共45頁(yè)6.3.2變壓器的外特性R1jX1R0jX0E1?U1??I1kZL?E2?I2?E1R1jX1?I1R0jX0?U2?U11.變壓器的等值電路（1）空載運(yùn)行等值電路（2）負(fù)載運(yùn)行等值電路X1

—漏磁感抗X0—?jiǎng)?lì)磁感抗第6章6.3第32頁(yè)/共45頁(yè)第31頁(yè)/共45頁(yè)相量圖m??I0?I1?–I2′

?I2'–

E1?I1R1?I1jX1?U1?E2??E1E2'?=I2'

jXS2'?I2'

R2'?U2'?感性負(fù)載第6章6.3第33頁(yè)/共45頁(yè)第32頁(yè)/共45頁(yè)?I2kZL?U2?U1?I1Z0E?cos=0.8cos=110U2/U2NI2/I2N11.損耗

⊿P=⊿PCu+⊿

PFe⊿PCu

=I1R1+I2R2222.效率P2P1=—×100%P2+⊿PCu+⊿PFeP2=————×100%外特性

U2=f(I2)=

(9099)%2.變壓器的外特性6.3.3

變壓器的損耗與效率第6章6.3第34頁(yè)/共45頁(yè)第33頁(yè)/共45頁(yè)3.額定容量(V.A)SN

=

U1NI1N=

U2NI2N三相變壓器單相變壓器SN=

U1NI1N

=

U2NI2N4.額定電壓U1N和U2N5.額定電流I1N和I2N

變壓器的額定電流I1N和I2N是指按規(guī)定工作方式(長(zhǎng)時(shí)連續(xù)工作或短時(shí)工作或間歇工作)運(yùn)行時(shí)原、副繞組允許通過(guò)的最大電流，它們是根據(jù)絕緣材料允許的溫度確定的。U2N—原方繞組加U1N時(shí)，副方繞組的開(kāi)路電壓U2N應(yīng)比滿載運(yùn)行時(shí)的輸出電壓U2高出510%6.3.3變壓器的損耗與效率第6章6.3第35頁(yè)/共45頁(yè)第34頁(yè)/共45頁(yè)U1?N1N2?U2ZL?I1?I2?IU1?N1N2ZL?U2U1U2=N1N2=kI1I2N2N1==1kI=I1–I2???I=(1–—–)I1N1N2N2N1=(1–—–)I2k=1時(shí),I=0；k→1時(shí),I→0工作原理可用作調(diào)壓器6.3.4特殊變壓器第6章6.31.自耦變壓器第36頁(yè)/共45頁(yè)第35頁(yè)/共45頁(yè)第6章6.32.交流互感器(1).工作原理(2)作用

電流互感器可使測(cè)量?jī)x表與高壓電路隔開(kāi)，以保證人身與設(shè)備的安全。電流互感器可將大電流變換為小電流進(jìn)行測(cè)量。第37頁(yè)/共45頁(yè)第36頁(yè)/共45頁(yè)第6章6.3(3).示例測(cè)流鉗

在使用電流互感器時(shí)，副繞組電路是不允許所開(kāi)的。這點(diǎn)和普通變壓器不一樣。

為了使用安全起見(jiàn)，電流互感器的鐵心及副繞組的一端應(yīng)該接地。第38頁(yè)/共45頁(yè)第37頁(yè)/共45頁(yè)AXax??AXax??ii1??2AXaxii12AXax??同名端同名端6.3.5變壓器繞組的極性第6章6.3第39頁(yè)/共45頁(yè)第38頁(yè)/共45頁(yè)6.4電磁鐵1.直流電磁鐵銜鐵鐵心鐵心線圈線圈銜鐵F=——S0B0202(1)結(jié)構(gòu)特征(2)吸力第6章6.4第40頁(yè)/共45頁(yè)第39頁(yè)/共45頁(yè)

→

F↑對(duì)直流U=IRU不變時(shí)，I不變磁動(dòng)勢(shì)Fm=IN

=Um=Rm也不變Rm=Rm0+Rm1Rm=Rm1吸合后前↑在吸合后F=——S0B02