《大学电工电子技术-磁路与铁心线圈电路》由会员分享，可在线阅读，更多相关《大学电工电子技术-磁路与铁心线圈电路（66页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、1第6章 磁路与铁心线圈电路2第6章 磁路与铁心线圈与电路6.1 磁路及其分析方法6.2 交流铁心线圈电路6.3 变压器6.4 电磁铁3磁路：主磁通所经过的闭合路径 。 i线圈通入电流后，产生 磁通，分主磁通和漏磁通。：主磁通：漏磁通铁心 （导磁性能好的磁性材料）线圈6.1.1 磁场的基本物理量6.1 磁路及其分析方法4磁路的基本物理量及相互间的关系SB=复习磁感应强度（磁通密度）：B：单位：特斯拉（T）磁通： ：单位：韦伯（Wb）磁动势：F：单位：安（A）磁场强度：H：单位：安/米（A/m ）磁导率：单位：亨/米（H/m）F =N IlHN I=表征各种材料导磁能力的物理量BH=5真空中的磁
2、导率( )为常数0称为这种材料的相对磁导率一般材料的磁导率和真空中的磁导率r之比，则称为磁性材料，则称为非磁性材料-70104=非磁性材料：磁导率低，如真空、空气；磁性材料：磁导率高，如铁磁物质。66.1.2 磁性材料的磁性能分子中的电子环绕原子核运 动和本身的自转运动形成分 子电流，分子电流产生磁场 。磁性物质内，分成许多小区域，分子间的特殊作用 力使每个区域内的分子磁铁排列整齐，显示磁性， 称为：磁畴。磁筹在没有外电场作用时，各磁筹排列混乱，磁场互相 抵消，对外不显磁性。7B0在铁心上绕上线圈，通入 电流，产生磁场： B0B0：以空气为介质产生的 磁感应强度。B0Bj在外磁场的作用下，磁筹
3、 就顺向外磁场的方向，显 示出磁性，产生很强的磁 化磁场。B0外电流越大，磁化磁场越大 ，当外电流增大到一定值时 ，磁筹全部转向外磁场的方 向， Bj最大。Bj8结论：（1）、用铁磁材料作磁路时，通入不大的励磁电 流，可产生足够大的磁通和磁感应强度。（2）、用铁磁材料作磁路时，可以做成大电感。非磁性材料没有 磁筹的结构，不具有磁化的特性。9H（4）铁磁材料的不是常数 ， 随电流变化。 （5）铁心线圈的电感是随电流变化的。铁心线圈是非线性电感。（3）磁性物质由于磁化所产生的磁化磁场不会 随着外磁场的增强而无限增强，当外磁场增大到 一定值时，全部磁筹的磁场方向都转向与外磁场 的方向一致。这时：磁化
4、磁场的磁感应强度， Bj即达到饱和值。10非线性！不 是常数矫顽力矫顽力剩磁剩磁磁滞性磁饱和非线性磁性材料的磁性能非线性；高导磁性；磁饱和性；磁滞性。基本磁化曲线：B=f（H）或 =f（I）H（I ）B（ ）0baB （ ）H （I ）ti励磁电流励磁电流 ti00112233445566111根据磁性能，磁性材料又可分为三种：软磁材料（磁 滞回线窄长。常用做磁头、磁心等）、永磁材料（磁 滞回线宽。常用做永久磁铁）、矩磁材料（滞回线接近矩形。可用做记忆元件）。B （ ）H （I ）B （ ）H （I ）B （ ）H （I ）12对于均匀磁路6.1.3 磁路及其基本定律则：INSL由于磁性材料
5、的 不常数，磁路欧姆 定律只用作定性 分析，不做定量计算 。slRm=令：Rm 称为磁阻 mRlSNIF=注意 ！一、磁路的欧姆定律 ：13磁路和电路的比较磁通磁压降Hl磁动势INF =电动势电流电压降UEI电路R+_EIU磁路I N磁阻SlRm=电阻SlRr=mRF=欧姆定律REI=欧姆定律14F 反映通电线圈励磁能力的大小Rm 表示磁路的材料对磁通起阻碍作用的物理量。反映磁路导磁性能的强弱，它只与磁路的尺 寸， 材料的导磁率有关。对于不同材料或不同截面组成的几段磁路磁路的总磁阻为各段磁组之和15INF =SlRm=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16对带
6、有空气隙的磁路l1 、 1l2 、 20.5l0Rm0中，虽然l0很小，但0很小，因此Rm0很大， 使整个磁路的磁阻大大增加。I不变：Rm大 小不变：Rm大 I大17二、直流磁路的分析计算已知磁路的材料和尺寸及要求磁路中达到的磁感应强度，计 算磁动势或励磁电流。对于均匀磁路 ：各段磁路的磁通相等步骤 ：1、根据各段磁路的截面积计算各磁感应强度B； 2、根据各段磁路的磁感应强度B查磁化曲线，得各段磁路的H ；气隙磁路 ：3、计算各段磁路的磁压降：Hl4、18例：一环型铁心线圈，尺寸如图示，铁心材料为铸钢，磁路中含有长度为 两厘米的空气隙。设线圈中通有1A的电流，如要得到0.9T的磁感应强 度，试
7、求线圈匝数。15cm10cm0.2cmI解:磁路的平均长度为L=(10+15)/2*3.14=39.2cm铸钢磁路的长度为L1=39.2-0.2=39cm查表6.1.5磁化曲线,当B=0.9T时，H=500A/m，于是H1L1=5003910-2=195A对空气隙H0L0= L0 B0 / 0 =1440ANI=H1L1+ H0L0 =1635A ?19励磁电流：在磁路中用来产生磁通的电流。（线圈中的电流）6.2 铁心线圈分类：直流铁心线圈交流铁心线圈励磁电流为直流电励磁电流为交流电20直流铁心线圈励磁电流为直流：RUI=（R 为线圈的电阻）IUU一定I一定，与磁路特性无关；磁动势恒定：F=N
8、 I磁通：)( mRF=Rm一定 一定，恒定磁通，无感应电动势产生；功率损耗：P= I2R只由线圈中的电流和线圈电阻决定。21直流电磁铁磁路如图示。分在 衔铁吸合前后的电流、磁通的 变化情况。IU1）因电流只与电源电压和线圈电阻有关，所以，吸合前后电流不变：I=U/R2）因磁动势一定，F=NI吸合前，磁路中气隙大，磁阻大， 小；吸合后，磁路中气隙小，磁阻小， 大。)(mRF=例222：主磁通：漏磁通us esei交流铁心线圈交流励磁： 线圈中上加正弦交流电压，励磁电流为交 流电流 产生交变磁通 在线圈中产生感应电动势usi （i N ）e= -Nd d te s = -Nd s d t电流与磁
9、通方向符合右螺旋法则6.2.1 电磁关系23电路方程：eeuuR-+-+=)()(s ：漏磁通，很小；R：线圈电阻， 很小，6.2.2 电压电流关系us esei假设则tfNmcos2=最大值有效值mmfNUU44. 42=tNumcosmmfNU2246.2.3 功率损耗 P=Pcu+ Pfe 铜损：Pcu =I2R铁损： Pfe = Ph+ Pe Ph：磁滞损耗： 铁心材料的磁滞回线面积采用软磁性材料做铁心可以减少磁滞损耗 。 Pe：涡流损耗：与铁心的截面积、电源频率 、磁感应强度有关。采用顺磁场方向的硅钢片叠成的铁心可以 减少涡流损耗。25交流铁心线圈的有功功率26mNfU44. 4当外
10、加电压U、频率 f 与线圈匝数N一定时， 便一定。m 3.交流磁路的特点mR 一定，磁动势IN 随磁阻 的变化而变化；mmRIN =27uiX0R0RX线圈 铁心6.2.4 等效电路:将铁心线圈的交流电路等效成一个不含铁心的交流电路 。 非线性电感线性电感等效条件：u不变时，P，i及各物理量之间的相位关系不变。28uiX0R0RcuX线圈 铁心RCu: 线圈电阻。X: 漏磁通引起的感抗 。R0: 铁心电阻。X0: 铁心存储能量引起的感抗 。29在吸合过程中若外加电压U不变,则 不变。iumRIN=电磁铁吸合后(气隙小） 小 电流小。mR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
11、很大，将会导致过热，把线圈烧坏。 交流电磁铁磁路如图示。分析 在衔铁吸合前后的电流、磁通 的变化情况。电磁铁吸合前(气隙大） 大 电流大； mR例3注意 ！30(U不变，I不变 ）( I 随 Rm 变化）（ U不变时，基本不变 ）直流磁路交流磁路磁路小结（随Rm变化）31变压器功能：变电压：电力系统 变阻抗：电子电路中的阻抗匹配（如喇叭的输出变压器） 变电流：电流互感器 6.3 变压器32发电厂1.05万伏输电线22万伏升压变电站1万伏降压变压器应用举例降压实验室380 / 220伏降压仪器36伏降压33单相变压器铁芯原边 绕组副边 绕组一、 变压器的结构铁心：变压器的磁路。高、低压绕组.原边
12、（一次绕组）：接电源的绕组副边（二次绕组）：接负载的绕组变压器符号：34三相变压器三相变压器有三个原边绕组和三个副边绕组。高压侧联接成Y形 ：可以降低绕组绝缘的要求。低压侧联接成形 ： 可以减小绕组导线的截面积 。常用：Y/Y0 、Y/ 原副边的电压之比为相电压之比35二、 工作原理工作过程u2i1 N1u1i2 N2参考方向的确定 ： 原边是电源的负载； 副边是负载的电源；N1N2e1e2 原、副边的e与符合 右螺旋法则；36空载运行 ：原边接入电源，副边开路。接上交流电源原边电流 i1等于 励磁电流 i10 产生感应电动势1ii10 产生磁通 （交变）e,方向符合 右螺旋法则1.电压变换注
13、意37结论：改变匝数比，就能改变输出电压。K为变比根据交流铁心线圈的 电磁关系分析可得：mNfE1144. 4=U1mNfE2244. 4=U21u38有载运行 ：副边接入负载。E1 U1E2 U2忽略线圈电阻和漏磁通的影响所以，电压比为392.电流变换ZNiNiNi102211+因为：空载时 ：励磁电流是： i10 磁动势是： i10N1有载时 ：励磁电流是： i1 与 i2 磁 动势是： i1N1 +i2N2所以：当电源电压的大小和 频率一定时，铁心中 的磁通大小一定。产生同样磁通 的磁动势相等磁势平衡方程式 ：44. 411mNfU 40由于变压器铁芯材料的导磁率高，空 载励磁电流很小，
14、可忽略 。10i 0Z0+11NI22NI11NI22NI -NiNiNi102211+即 ：411）原、副边电流的大小与匝数成反比；结论2）副边电流对原边电流起去磁作用；3）副边电流取决于负载，原边电流取决于副边电流。ZRL i2 i1 负载电阻增大时，原边电流如何变化？42LZ3. 阻抗变换22 IUZL=u1i122222211KZKIUKIKU IUZLL=43信号源电动势E= 80V ， 内阻R0=400 ，负 载电阻RL=4。1）负载直接接在信号源上时，信号源的输出功率 。1）将负载直接接到信号源上，得到的输出功率为： 例2求 ：2）阻抗匹配时变压器的变比及输出功率功率。解 ：2）
15、阻抗匹配时应使RL=R0将负载通过变压器接到信号源上变换阻抗。44ELR1N2N R0输出功率为：21=10NNK则变比： LLRKR2=40045220/110V的变压器的原副线圈的匝数为1000/500 匝，如把原幅边匝数变成2/1匝，行不行？不行 。U1不变N1mH（I ）B（F）mI1磁化曲线I1烧毁线圈例346变压器满载运行时，原、 副边绕组允许的电流值。NNNNNIUIUS2211=（理想）（以单相变压器为例） 三、 变压器的主要技术指标变压器副边开路（空载）时，原、副边绕组允许的电压值。1） 额定电压U1N/U2N2） 额定电流I1N/I2N3） 额定容量SN变压器输出的额定视在功率。三相变压器中，额定电 压和额定电流都指线电 压、线电流。单相 ：三相 ：47变压器输出功率与输入功率的比值。4） 额定效率N5） 额定频 率fN电源的工作频率。50Hz48四、变压器的外特性u2考虑副边的线圈电 阻R和的影响， u2e2u1不变i2增大e增大uR增大u2降低变压器的外特性 ：变压器副边输出电压 u2随电流i2变化的曲线49)(22IfU =U2I2U20I2U2外特性：cos2=1cos21负载的
