《电路基础 教学课件 作者 第3版 王慧玲电子教案 3第10章 磁路与变压器》由会员分享，可在线阅读，更多相关《电路基础 教学课件 作者 第3版 王慧玲电子教案 3第10章 磁路与变压器（59页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、第11章磁路与变压器 章前絮语 研究电与磁的科学成果对人类的生产和生活影响最大 1825英国约翰研制成功电磁铁 1831英国法拉第发现电磁感应现象 1832法国必柯锡利用电磁感应现象制成发电机 1834德国赫里蒙制成马达 1886美国威斯金豪斯使用变压器作交流输配电成功等等 近代和现代应用电磁感应发明的电磁器具更是不胜枚举 比如 电磁炉 磁路的基本物理量和基本定律 铁磁物质的磁化 磁路和磁路定律 变压器好电磁铁等 本章教学内容 重点内容 磁场的基本物理量和磁路定律 教学要求 深刻理解磁感应强度 磁通 磁场强度等概念 10 1磁路 10 1磁路 磁路 人为限定磁通通过的路径 励磁电流 用来产生磁
2、通的电流 励磁线圈 流过励磁电流的线圈 直流磁路 由直流励磁的磁路 交流磁路 由交流励磁的磁路 i 1 磁感应强度B 磁感应强度 描述磁场内各点磁场强弱和方向的物理量 大小 磁感应线 即磁力线 的疏密 方向 该点磁力线切线方向 定义 二 磁场的基本物理量 2 磁通 磁通 磁感应强度B与垂直于磁场方向的面积S的乘积 BS 定义 的单位 亨 米 真空中的磁导率为常数 3 磁导率 磁导率 表示物质导磁性能的一个物理量 一些常见材料的磁导率见P31表10 1 4 磁场强度H 磁场强度 计算磁场时引用的一个物理量 磁场强度与磁感应强度的关系为 B H 磁场强度H的方向与所在点的磁感应强度B的方向一致 其
3、大小只与产生磁场的电流以及这些电流分布有关 与磁介质的性质无关 二 磁路定律 1 磁通势和磁阻 磁通势F 通过线圈的电流与线圈匝数的乘积 磁阻Rm 磁通通过磁路时所受到的阻碍作用 定义 磁路中磁阻的大小与磁路的长度成正比 与磁路的横截面积成反比 还与磁路中所用的材料的磁导率有关 2 磁路的欧姆定律 磁通势F的单位为 A 磁阻的单位为 1 H 磁通 的单位为 Wb 说明 磁路的欧姆定律与电路的欧姆定律有很多相似之处 但分析与处理磁路比电路难得多 由于铁磁性物质的磁导率 不是常数 因此磁路欧姆定律一般不能直接用来进行磁路计算 只用于定性分析 3 磁路的基尔霍夫定律 1 磁路的基尔霍夫第一定律 0
4、2 磁路的基尔霍夫第二定律 Hl IN Um Fm 穿过闭合面S的所有磁通的代数和等于零 或 磁通势等于各段磁路的磁位差之和 附 磁路和电路的基本量比较 磁通 磁压降 磁动势 电压降 电动势 电流 磁阻 电阻 附 磁路和电路的基本定律比较 例10 1一空心线圈 形成环形闭合回路 其横截面积为10 长度为20cm 线圈匝数为660 线圈中的电流为5A 求线圈的磁阻 磁通势 磁通 例10 2某一无分支有气隙的铁心线圈磁路 若线圈两端加以直流电压 试分析气隙变大时对磁路中的磁阻Rm 磁通 和磁动势Fm的影响 磁动势 为恒定值 与气隙大小无关 磁阻Rm 磁阻Rm随气隙变大而显著增加 磁通 随磁阻Rm变
5、大而减小 例10 3一均匀磁场的磁感应强度为0 1T 媒介质是空气 与磁场方向平行的线段长15cm 求这一线段上的磁位差 例10 4 重点内容 磁性材料的磁性能 磁性材料的应用教学要求 了解磁性材料的磁性能及应用 10 2磁性材料的磁性能及应用 一 磁性材料的磁性能 具有磁畴 被磁化 磁饱和 1 高导磁率 2 磁饱和性 3 磁滞性 二 磁化曲线 1 起始磁化曲线 铁磁物质的起始磁化曲线 B H H曲线 非铁磁物质的B H曲线 2 磁滞回线 剩磁Br 矫顽力HC 3 基本磁化曲线 三 磁性材料的应用 1 软磁材料软磁材料是指磁滞回线形状狭窄的材料 软磁材料一般用于交流电机 变压器 继电器 互感器
6、 开关等产品的铁心和各种电感元件 如滤波器 高频变压器 录音录相磁头 的磁心 2 硬磁材料硬磁材料是指磁滞回线形状较宽的材料 硬磁材料适宜制造永久磁铁 被广泛用于磁电式测量仪表 扬声器 永磁发电机及电信装置中 3 矩磁材料矩磁材料是指磁滞回线形状如矩形的材料 其特点是 当有很小的外磁场作用时 就能使之磁化 并达到饱和 去掉外磁场后 磁性仍然保持与饱和时一样 矩磁材料主要用于各种计算机的存储器磁心和远程自动控制 雷达导航 宇宙航行及信息处理显示等方面 小结 1 磁场的基本物理量 磁感应强度B 描述磁场内各点磁场强弱和方向 磁通 磁感应强度B与垂直于磁场方向的面积S的乘积 磁导率 表示物质导磁性能
7、的强弱 真空的磁导率是 0 其他物质的磁导率用 表示 r 0 非磁性物质的 r 1 磁性物质的 r 1 磁通势F 通过线圈的电流与线圈匝数的乘积 磁阻Rm 磁通通过磁路时所受到的阻碍作用 2 磁路定律 磁路的欧姆定律 3 磁性材料的磁性能由于磁性材料具有磁畴的结构 所以其在外磁场的作用下可呈现磁性 即被磁化 磁路的基尔霍夫定律 0 Hl IN 或 磁化曲线有起始磁化曲线 磁滞回线和基本磁化曲线 按磁性物质的磁性能 磁性材料分三种类型 软磁材料 硬磁材料 矩磁材料 磁性材料具有高导磁性 磁饱和性和磁滞性 10 3变压器 教学内容 变压器教学要求 1 掌握电压与磁通的有效值关系 2 理解变压器的工
8、作原理 3 掌握变压器变压 变流及阻抗变换作用 4 了解常用变压器 教学重点和难点 重点 电压与磁通的有效值关系 难点 变压器的工作原理 10 3变压器 变压器是一种常见的电气设备 变压器的类型很多 按照用途分有 用于输 配电的电力变压器 用于测量技术的仪用互感器 用于电子整流电路的整流变压器等 按照变换电能相数的不同 分为单相变压器和三相变压器 一 变压器的基本结构 组成 铁心的作用 构成变压器的磁路 铁心 绕组 绕组的作用 形成变压器的电路 以及产生磁场 变压器按铁心结构分 变压器结构 二 变压器的工作原理 变压器利用电磁感应的作用进行绕组间的能量耦合 实现交流电能的传送与转换 变压器的原
9、理图 u1 i1 i1N1 i2 i2N2 电磁感应过程 考虑线圈损耗r1 r2 根据KVL列出一 二次回路的电压方程 10 13 1 电压变换关系 方程10 13中 若忽略绕组的导线损耗和漏磁 得 u1 e1或 u2 e2或 设主磁通 msin t 推出 同理 U1 4 44fN1 m U2 4 44fN2 m 得 10 18 2 电流变换关系 由U1 E1 4 44fN m可知 当f N一定 磁通 m也基本不变 所以 变压器有载和空载时的磁动势基本相等 即 或 或 得 10 21 例10 5 3 变压器的变换阻抗作用 由图可得 推出 10 22 例10 6 由图 a 电流为 电压源输出的功
10、率 扬声器获得的功率 2 用变压器如图 b c 实现匹配 电流为 电压源输出的功率 扬声器获得的功率 根据式 可得 比较 1 2 结果 电压源输出的功率由6 48W下降至3 375W 负载获得的功率由0 2592W上升至1 688W 负载获得的功率占电源输出功率由4 上升50 阻抗匹配后扬声器增大功率6 5倍 三 变压器的功率和额定值 1 变压器的功率 变压器带负载时 输出功率 理想变压器P1 P2实际变压器有损耗的 损耗影响效率 输入功率 2 变压器的损耗和效率 1 铜损 2 铁损 PCu I2r PFe Ph Pe 总的功率损耗 输入功率 变压器的效率 变压器的功率损耗很小 因此效率很高
11、通常在95 以上 在一般电力变压器中 当负载为额定负载的50 75 时 效率达到最大值 10 33 3 变压器的主要额定值 3 额定容量 4 工作频率 1 额定电压 2 额定电流 单相变压器 三相变压器 三 常用变压器 1 小型电源变压器 小型电源变压器广泛应用在工业生产和日常用电上 一般输入220V的交流电 通过副绕组的多个引出抽头 可得到3V 6V 12V 24V 36V等不同输出电压 如机床电路中 用到36V的安全电压和12V的照明电压 2 自耦变压器 自耦变压器是一种常用的实验室设备 自耦变压器的结构特点是它只有一个绕组 二次绕组为一次绕组的一部分 在绕组上安了一个滑动抽头 使它的输出
12、电压能连续均匀地调节 使用起来非常方便 自耦变压器的外形和结构示意图 3 电流互感器 电流互感器主要用来扩大交流电流表的量程 使用电流互感器也是为了测量高压电路的电流时 能够把电流表与高压电路隔开 确保人身和设备的安全 电流互感器的原绕组线径较粗 匝数很少 与被测电路负载串联 副绕组线径较细 匝数很多 与电流表及功率表 电度表 继电器的电流线圈串联 用于将大电流变换为小电流 使用时副绕组电路不允许开路 或 4 电压互感器 电压互感器的一次绕组匝数很多 并联于待测电路两端 二次绕组匝数较少 与电压表 电度表 功率表 继电器的电压线圈并联 用于将高电压变换成低电压 使用时 二次绕组不允许短路 二次
13、绕组的一端和铁壳应可靠接地 以确保安全 使用时 一次绕组接高压电源上 二次绕组接低压电压表 用于将高电压变换为低电压 或 5 三相变压器 三相变压器用于电力传输系统 因此具有容量大 电压高的特点 三相变压器的高压绕组和低压绕组都有星形和角形两种接法 其中常用的三种 1 Y Y0接法 2 Y 接法 3 Y0 接法 小结 变压器 1 变压器的原理 电压与磁通的关系 U 4 44fN m 2 变压器的作用电压变换 电流变换和阻抗变换关系 3 常用变压器小型电源变压器 自耦变压器 电压互感器 电流互感器 三相变压器的原理应用 4 变压器的功率与损耗 输出功率 损耗功率 变压器的效率 变压器的额定值 额
14、定容量 额定电压 额定电流及额定频率 输入功率 功率关系 10 4电磁铁 电磁铁的几种形式 电磁铁一般由线圈 铁心和衔铁三部分构成 电磁铁的工作原理是 当线圈中通以电流时 铁心和衔铁都被磁化 衔铁受到电磁力的作用而被吸向铁心 线圈断电后 衔铁借助重力或其他非电磁力复位 直流电磁铁吸力 交流电磁铁吸力的最大值 在衔铁吸合过程分析 若外加电压不变 则基本不变 由于 注意 如果气隙中有异物卡住 电磁铁长时间吸不上 线圈中的电流一直很大 将会导致过热 把线圈烧坏 分磁环的作用 由于衔铁以电源频率的两倍振动 而产生噪声和机械损伤 分磁环可以解决这个问题 电磁铁一般由线圈 铁心和衔铁三部分构成 直流电磁铁直流电磁铁在吸合过程中 I和Fm均不变 但 和B0会随气隙的减小而迅速增大 吸力F也显著增大 交流电磁铁交流电磁铁在吸合过程中 m Bm是恒定的 所以平均吸力Fav也恒定 但随着气隙的减小 励磁电流是逐渐减小的 因此若通电后 交流电磁铁不能顺利吸合 将会因励磁电流长时间过大而烧毁线圈 吸力 吸力 小结 根据教学实际情况设计课程教学方案 主要目的是巩固掌握所学知识并进行综合练习 第10章小结与习题
