第14章鐵心線圈與變壓器

會(huì)計(jì)學(xué)1第14章鐵心線圈與變壓器磁路：主磁通所經(jīng)過的閉合路徑。F14.1.1鐵磁性材料的磁性能

線圈通入電流后，產(chǎn)生磁通，分主磁通和漏磁通。F：主磁通F：漏磁通鐵心（導(dǎo)磁性能好的鐵磁性材料）14.1磁路的基本概念i第1頁/共43頁磁路的基本物理量及相互間的關(guān)系SBF=復(fù)習(xí)磁感應(yīng)強(qiáng)度（磁通密度）：B：單位：特斯拉（T）磁通：F

：單位：韋伯（Wb）磁動(dòng)勢：F：單位：安（A）磁場強(qiáng)度：H：單位：安/米（A/m）磁導(dǎo)率：：單位：亨/米（H/m）F=NIlHNI=表征各種材料導(dǎo)磁能力的物理量mBH=第2頁/共43頁

真空中的磁導(dǎo)率()為常數(shù)0m稱為這種材料的相對磁導(dǎo)率

一般材料的磁導(dǎo)率m和真空中的磁導(dǎo)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(dǎo)率低，如真空、空氣；磁性材料：磁導(dǎo)率高，如鐵磁物質(zhì)。第3頁/共43頁磁性材料的磁性能非線形；高導(dǎo)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(lì)磁電流ti001122334455661第4頁/共43頁

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?？捎米鲇洃浽?。B（

F）H（I）B（

F）H（I）B（

F）H（I）第5頁/共43頁對于均勻磁路14.1.2磁路的歐姆定律則：

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(jì)算。slRmm=令：Rm

稱為磁阻φmRLSNIF==m注意！第6頁/共43頁例1一環(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(shè)線圈中通有1A的電流，如要得到0.9T的磁感應(yīng)強(qiáng)度，試求線圈匝數(shù)。0.2cmI解:磁路的平均長度為L=(10+15)*3.14=39.2cm鑄鋼磁路的長度為L1=39.2-0.2=39cm查磁化曲線,當(dāng)B=0.9T時(shí)，H=500AH1L1=500·39·10-2=195A氣隙磁路長度為H0L0=B0/

0

=1440ANI=H1L1+H0L0=1635A?L0=0.2cm

0=410-7Hm第7頁/共43頁勵(lì)磁電流：在磁路中用來產(chǎn)生磁通的電流。（線圈中的電流）14.2鐵心線圈14.2.1直流鐵心線圈勵(lì)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(guān)；磁動(dòng)勢恒定：F=NI磁通：)(mRFΦ=Rm一定Φ

一定，恒定磁通，無感應(yīng)電動(dòng)勢產(chǎn)生；功率損耗：P=I2R只由線圈中的電流和線圈電阻決定。第8頁/共43頁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(guān)，所以，吸合前后電流不變：I=U/R2）因磁動(dòng)勢一定，F(xiàn)=NI吸合前，磁路中氣隙大，磁阻大，Φ??；吸合后，磁路中氣隙小，磁阻小，Φ大。)(mRFΦ=例2第9頁/共43頁：主磁通：漏磁通uΦsΦesei14.2.2交流鐵心線圈交流勵(lì)磁：線圈中上加正弦交流電壓，勵(lì)磁電流為交流電流產(chǎn)生交變磁通在線圈中產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢uΦsΦi（iN）e=-NdΦdtes=-NdΦ

sdt電流與磁通方向符合右螺旋法則第10頁/共43頁電路方程：eeuuR-+-+=)()(sΦ

：漏磁通，很小；R：線圈電阻，很小，1.基本電磁關(guān)系uΦsΦesei假設(shè)則tfNΦmwpcos2=最大值有效值mmfNΦUU44.42=tNΦumwwcosmmfNΦUp2第11頁/共43頁2、功率損耗P=Pcu+Pfe

銅損：Pcu=I2R鐵損：Pcu=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、磁感應(yīng)強(qiáng)度有關(guān)。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12頁/共43頁mNfUF44.4

當(dāng)外加電壓U、頻率f

與線圈匝數(shù)N一定時(shí)，

便一定。mΦ3.交流磁路的特點(diǎn)mR

一定，磁動(dòng)勢IN隨磁阻

的變化而變化；mΦmRΦIN=uiX0R0RX線圈交流鐵心線圈的串聯(lián)等效電路：第13頁/共43頁在吸合過程中若外加電壓U不變,則Φ

不變。iumRΦIN=電磁鐵吸合后(氣隙?。?/p>

小電流小。mR如果氣隙中有異物卡住，電磁鐵長時(shí)間吸不上，線圈中的電流一直很大，將會(huì)導(dǎo)致過熱，把線圈燒壞。交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。電磁鐵吸合前(氣隙大）

大電流大；mR例3注意！第14頁/共43頁變壓器功能：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14.3變壓器第15頁/共43頁

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(yīng)用舉例…降壓實(shí)驗(yàn)室380/220伏降壓儀器36伏降壓第16頁/共43頁單相變壓器鐵芯原邊繞組副邊繞組14.2.1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(fù)載的繞組變壓器符號：第17頁/共43頁14.3.2工作原理工作過程u2Φi1N1u1i2N2參考方向的確定：

原邊是電源的負(fù)載；

副邊是負(fù)載的電源；N1N2e1e2

原、副邊的e與符合右螺旋法則；第18頁/共43頁空載運(yùn)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(lì)磁電流i10

產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)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19頁/共43頁結(jié)論：改變匝數(shù)比，就能改變輸出電壓。K為變比1u根據(jù)交流鐵心線圈的電磁關(guān)系分析可得：mΦNfE1144.4=U1mΦNfE2244.4=U2第20頁/共43頁有載運(yùn)行：副邊接入負(fù)載。E1

U1E2

U2忽略線圈電阻和漏磁通的影響所以，電壓比為第21頁/共43頁2.電流變換ZNiNiNi102211+因?yàn)椋嚎蛰d時(shí)：勵(lì)磁電流是：

i10磁動(dòng)勢是：i10N1有載時(shí)：勵(lì)磁電流是：i1與

i2磁動(dòng)勢是：i1N1+i2N2所以：當(dāng)電源電壓的大小和頻率一定時(shí)，鐵心中的磁通大小一定。產(chǎn)生同樣磁通的磁動(dòng)勢相等磁勢平衡方程式：44.411mΦNfU第22頁/共43頁由于變壓器鐵芯材料的導(dǎo)磁率高，空載勵(lì)磁電流很小，可忽略。10i0Z0+11NI22NI11NI22NINiNiNi102211+即：第23頁/共43頁1）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(fù)載，原邊電流取決于副邊電流。ZRL

i2

i1

負(fù)載電阻增大時(shí)，原邊電流如何變化？第24頁/共43頁LZ3.阻抗變換22IUZL=u1i122222211KZKIUKIKUIUZLL====第25頁/共43頁信號源電動(dòng)勢E=80V

，內(nèi)阻R0=400，負(fù)載電阻RL=4。1）負(fù)載直接接在信號源上時(shí)，信號源的輸出功率。1）將負(fù)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(shí)變壓器的變比及輸出功率功率。解：2）阻抗匹配時(shí)應(yīng)使RL=R0將負(fù)載通過變壓器接到信號源上變換阻抗。第26頁/共43頁ELR1N2NR0輸出功率為：21=10NNK則變比：LLRKR2==400′′′第27頁/共43頁變壓器滿載運(yùn)行時(shí)，原、副邊繞組允許的電流值。NNNNNIUIUS2211==（理想）（以單相變壓器為例）14.3.3變壓器的主要技術(shù)指標(biāo)變壓器副邊開路（空載）時(shí)，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。第28頁/共43頁變壓器輸出功率與輸入功率的比值。4）額定效率hN5）額定頻率fN電源的工作頻率。50Hz6）電壓調(diào)整率U=U20-

U2U20100%（一般為5%左右）U2I2U20I2NU2NUI2U2第29頁/共43頁14.3.4變壓器的同極性端1.同極性端(同名端)當(dāng)電流流入(或流出）兩個(gè)線圈時(shí)，若產(chǎn)生的磁通方向相同，則兩個(gè)流入(或流出）端稱為同極性端（同名端）?；蛘哒f，當(dāng)鐵芯中磁通變化（增大或減?。r(shí)，在兩線圈中產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢極性相同的兩端為同極性端。AXax**AXax**Z**第30頁/共43頁

聯(lián)結(jié)2－3，順串1324**串聯(lián)順串：兩異名端相連，相當(dāng)于兩匝數(shù)相加；反串：兩同名端相連，相當(dāng)于兩匝數(shù)相減；

聯(lián)結(jié)1－3，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31頁/共43頁220V：聯(lián)結(jié)2－3，1-4接電源。勵(lì)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(yīng)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32頁/共43頁在極性不明確時(shí)，一定要先測定極性再通電！兩個(gè)線圈中的磁通抵消燒毀感應(yīng)電勢電流

很大**1324’注意第33頁/共43頁110V：聯(lián)結(jié)1－3，2－41,32,41324**勵(lì)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(yīng)電動(dòng)勢產(chǎn)生，110V電壓將全部降在線圈電阻上，線圈將被燒毀。若異名端兩兩相連，會(huì)出現(xiàn)什么現(xiàn)象？第34頁/共43頁1.自耦變壓器P14.3.5特殊變壓器使用時(shí)，改變滑動(dòng)端的位置，便可得到不同的輸出電壓。

N2連續(xù)可調(diào)，U2連續(xù)可調(diào)。注意

原、副邊千萬不能對調(diào)使用。

公共繞組部分不能斷開。

公共端不能接火線。為什么？第35頁/共43頁2.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(xiàng)：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(shí)，在副邊出現(xiàn)過壓。第36頁/共43頁14.4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