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1、,19.1 磁路与变压器,本节主要讨论的问题:,1.磁路的概念,3.磁路和电路的关系。,5.作为应用实例讨论变压器。,4.分析与计算磁路的基本方法。,第十九章 电磁与电动器件,2.磁场的各个基本物理量也适合磁路。B、H、,一、磁路,铁磁材料,主磁通,漏磁通,一组闭合磁力线所经过的全部路径，称磁通量所经过的主要区域为磁路。,基本物理量：,磁通,磁感应强度,磁场强度,磁导率,韦伯,B,H,特斯拉,安匝/米,亨/米,物理量间关系,1.,2.,（空气）,铁磁材料的磁导率很大，是空气的几千倍,二、安培环路定律,对于一般环路：,1. 对于线圈：,面积一样,2. 对于环形磁路,N为导线匝数,均匀磁路,材料一
2、样,3. 若磁路是由若干段均匀磁场组合而成,- 磁阻,-磁动势,磁压降,(1) 磁路欧姆定律,-磁动势,k=1,(2) 磁路基尔霍夫第二定律,k1,(3) 磁路基尔霍夫第一定律,小结：磁路与电路的比较,三、磁阻概念的应用,1. 电感线圈,所以，有铁芯的线圈,无铁芯的线圈,2. 空气气隙的影响,铁芯：,空气隙：,则,磁饱和性,磁滞性,剩磁Br,矫顽力Hc,高导磁性,导磁非线性,四、损耗,剩磁,矫顽力,1. 磁滞损耗Ph,Ph=Kh fBmn,磁滞曲线面积,2. 涡流损耗Pe,硅钢片,4. 铁芯线圈交流电路中消耗的有功功率P,P = IUcos,= Pcu+PFe,= I2R +PFe,3. 铁芯
3、损耗-铁损PFe,PFe =P h + Pe,五、直流励磁,I,2 电路问题,1磁路问题,I 不变,* 对电路无影响,U一定 I一定（由于线圈做好后，R一定），N一定,* Fm=IN,恒定,* 随着Rm的变化而变化,3. 直流电磁铁,通电前瞬间：,通电后(吸合后)：,所以吸合后：,所以 直流电磁铁动作平稳，适合动作频繁的机构。,省电,I,(牛顿),六、交流励磁,1 恒磁通特性,达到电平衡。,i,忽略R，则有,N一定，f 一定，当U 一定时，m 一定,电流I为非正弦,a,a,a,2. 交流电磁铁,通电瞬间：,通电后(吸合后)：,所以吸合后：,衔铁长时间受阻线圈就会烧毁。,(牛顿),七、变压器,1
4、. 工作原理,理想变压器（忽略损耗、磁饱和、漏磁通）,P1= P 2,i2N2,i2,u1,i1,i1N1, 为合成磁通,S,N1,N2,i1,i2,2. 变压比(电压变换),原边,副边,3.变流比,磁势平衡方程式：,其相量形式:,变压器中电流的大小由负载确定,S,N1,N2,i1,原边,副边,i2,举例,一正弦信号源的电动势US = 5V，RS=1000,负载电阻RL=？ 可获得最大功率.,4. 阻抗比,通过变压器的变换阻抗的作用，可实现“阻抗匹配”,一正弦信号源的电动势US = 5V，RS=1000,负载电阻RL=40.,举例,1) 负载若直接与信号源连接,RL =4% RS,U1 4%U
5、S=0.19V,P = 0.001W,2) 通过变压器将信号源与负载连在一起,i) 若 Ku=10,则 RL*=100 RL,=4RS,U1 = 4V,P1 = 0.04W,ii) 若Ku=100，,则 RL*=1002 RL,U1 5V,但 P1=0.0625mW,则 RL*= RS,阻抗匹配,Ku,若Pmax,5. 变压器的额定值,1）额定电流I1N、 I2N ：长期通过的最大电流,2）额定电压U1N : 在额定运行条件下,原边正常工作电压,3）额定容量SN ： SN =INUN,SN表征变压器的传输能力,额定电压 U2N ：在U1N条件下, 副边的空载电压。,!,理想情况下：S1N =S
6、2N = SN,6. 变压器的运行特性,1） U2随负载I2的增大而变化,2） 功率与效率,P1=P2+PFe+PCu,副边开路,功率,U1=U1N时，测得原边侧功率为铁损PFe,铁损可看为常数,效率,PCu=PFe时， max,副边短路,I2=I2N时，测得原边侧功率为铜损Pcu,任意负载电流I2时，得铜损为（I2/I2N）2Pcu,3） 举例,一个40KVA的单相变压器，副边开路，原边侧的输入功率为2KW，当副边短路，满载下的功率为4KW，计算输入为额定电压情况下，下列条件下变压器的效率。,1) 满载，功率因数为1 2) 50%负载，功率因数为0.8 (滞后),解：,PFe=2KW， PC
7、u= 4KW (满负荷),1) cos 2 =1,P2 = 401=40KW,2) cos 2 =0.8,P2 = 400.5 0.8 =16KW,PCu= 0.52 4=1 KW,X2 4=2,X=0.707,当负载为满载的70.7%时，变压器的 max,设 max时的负载为满载的 X,此时PCu=Pfe=2KW,?,负载为多大时，变压器的效率最高?,1）三相变压器,7. 电力变压器,绕组接法Y/,可以由三个单相变压器连接组成，也可以做成一个整体。,额定电流I1N，为线电流,额定电压U1N，为线电压,绕组砸数比N2/N1=U2p/U1p,!,某三相理想变压器，SN=50KVA，U1N=100
8、00V，U2N=400V，绕组接法Y/，求：1) I1N ，I2N ；2) I1P，I2P ，U1P，U2P ；3) 原、副边线电压之比,1) 理想变压器,解：,2) 原边Y:,副边:,S1N =S2N = SN=3UpIp= UlIl,3) 原副边线电压之比,Y/：,Y/ Yo：,8. 自耦变压器,自耦变压器示意图,优点:,调压功能；经济性好,缺点:,输入与输出侧有电气连接,9. 仪用交流互感器,电流互感器,电压互感器,电流互感器原理图 电压互感器原理图,精度问题,10. 整流变压器,D,k,(a)电容滤波电路 (b)输入、输出波形,电动机,按照输 入电能 的形式分,直流电动机,交流电动机,
9、按照内部 磁场与轴 转速的关系,同步电动机,异步电动机,按照功率 大小分,单相,三相,按照转子 结构分,鼠笼式,绕线式,19.3 三相异步电动机,一、电动机的分类,二、三相异步电动机的结构,定子,转子,机座,定子铁心,定子绕组,端盖,转子铁心,转子绕组,转轴,1. 三相异步电动机的定子部分,2. 鼠笼型转子,3. 绕线型转子,“”型连接,“Y” 型连接,三、接线方式,闭合，产生 i,产生 F = Bli,在T = Fr 作用下转子旋转 转动方向与磁场旋转的方向相同。,切割磁力线 e = Blv,四、工作原理,五、旋转磁场,1. 旋转磁场的产生,iA = Im sint,iB= Im sin (
10、t -1200 ),iC = Im sin (t +1200 ),旋转,大小不变,合成磁场,2. 旋转磁场的转向,旋转磁场的旋转方向与对称三相电流的相序一致,(iA),(iB),(iC),n1,怎样实现电动机的反向旋转(逆时针方向)?,任意两接线端换位,?,串联:,2) 当磁极对数 p=2时,n1,，n1= 60f1/2,3) n1与磁极对数p的关系,六、三相异步电动机的转速n与转差率s,1. n n1,2.,转差率特点：,启动 或 堵转 (电机卡住 ),n = 0,极限状态,n = n1 s=0,一般情况,n 从 0 n1, s 从 1 0,s = 1,七、电磁转矩T,U1, n1, v,
11、E2, I2, F, T, n,电磁转矩, n=0 s=1, f2 = f1, E20=4.44f1N2m,E2 = sE20,E2=4.44f2N2m,1. T与s有着直接的关系,s 很小 0， T s,s 很大 ， T 1/s,1,最大转矩,起动转矩,Tst,Tm,额定转矩,TN,sm,sN,2. T U12，并与R2有关,八、异步电动机的机械特性,n=f (T2),T2=T-T0,忽略T0 ，所以有,n =f (T ),n,0,n1,Tst,Tm,只有T 或= TL ，电动机才能拖动负载运行。,90,负载的机械特性,外加转矩 - 阻转矩TL,TL - n 的关系称为负载机械特性,三种,恒
12、转矩,平方率,恒功率,离心式鼓风机、水泵,车床加工,起重机械的提升机构、建筑工程的卷扬机,A点：,B点：,A点：,B点：,A点为稳定点,电动机停转,TL,A,B,B点为不稳定点,1. 运行工作点,T =TL 达到力学平衡,(A、B 两点),2. 工作点的稳定性,II为稳定点,A点为稳定点,B点为不稳定点,为不稳定区,为稳定区,若TLn 很小，只有5%左右， 称其具有硬特性,nc,3. 额定工作点,1)额定转矩TN,电动机轴上输出的额定机械功率,2) 额定转速nN,3) 额定功率PN,T : N.m P : Kw n : r/min,4) 机械过载能力,一般1.8 2.2,5) 起动能力,一般
13、1.4 2.2,TN,nN,九、铭牌数据,类型代号 结构 - 极数,PN：电动机工作在额定条 件下输出的机械功率,工作频率 f1N,定子绕组上应加的线电压UN,nN：,380V/220V,10A/17.3A,Y/,定子绕组的线电流IN,TN nN = 9550 PN, TN,其他技术数据：,Tst /TN,Tmax /TN,Ist /IN,十、运行特性,n1,n,1,T,在U1N 、f1N 条件下， 1 、 、n、T与输出机械功率P2的关系,1. 转速 n,2. 电磁转矩 T,曲线上翘,3. 功率因数 1,4. 效率, =P2/P1=1-(Pcu1+ PFe+Pcu2+Pad+Pm),P2 n
14、,1,空载：, 1 最低，小于0.2,满载：, 1 最大,过载：,转差增加，转子sX20增加， 1 又降低,空载：=0,不变损耗等于可变损耗，最大,十一、起动,1. 全压起动(直接起动),用于2030KW电动机,2. 降压起动（空载和轻载启动）,(1) “-”换接起动法,(2) 自耦降压起动,1) 起动补偿器,2) 抽头,k =73%、64%或55%,根据对起动转矩的要求而选用,3),(3) 软起动法,1) 限流起动模式,2) 限压起动模式,电动机按用户期望的起动特性完成起动过程,UN,U0,t1,3. 绕线型电动机的起动方法,适用起动转矩较大的生产机械起重机,例如: 起重机,十二、反转,实现
15、电动机的反向旋转(逆时针方向):,任意将三相电源的两根线对调位置（如对调B、C两相），即可使电动机反转。,(iL1),(iL2),(iL3),n1,1. 变极对数调速,p=2,p=1,特点:,有级调速,p = 1 p = 2, p = 2 p = 4,主要用于调速范围大的地方,就是在同一负载下得到不同的转速。,十三、调速,人为改变电动机的机械特性,改变电源频率f1、极对数p、转差率s,2. 变转差率 s 调速,R2R2,TL,适用于绕线型电动机,3. 变频调速,1) 恒磁通,T不变,(恒转矩-T 不变),基频以下的机械特性相互平行,2) 恒功率,P2 不变,机械特性变软,无级调速, 便于自动控制,节能,变频调速特点:,例：一台笼型三相异步电动机，其额定数据如下：PN3.0kW, UN=220/380V(Y), IN11.2/6.48
