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1、第 3 章 磁路与变压器,第 3 章磁路与变压器,3.1磁路及其分析方法,3.2交流铁心线圈电路,3.3变压器,3.4电磁铁,3.1磁路及其分析方法,3.1.1磁场的基本物理量,1磁感应强度B 矢量单位：T,均匀磁场 磁场内各点的 B 大小相等，方向相同。,2磁通 标量单位：Wb,对于均匀磁场 = B S,3磁导率真空磁导率0 = 4 10 7 H/m (亨/米),相对磁导率 r = /0对于铁磁材料r = 102 105,4磁场强度H 矢量 定义H = B/,单位：A/m (安/米),3.1.2磁性材料的磁性能,1高导磁性在外磁场的作用下，磁性物质被强烈磁化而呈现出很强的磁性。,Hm,Hm,
2、Br,HC,2磁滞性 B 的变化落后于 H。,剩磁,矫顽力,3磁饱和性H 增加，B 增加很小的现象。,Hm,Hm,Br,HC,B - H, - H,b,c,a,a、c 段 值大、过 c 点出现饱和,3.1.2磁性材料的磁性能,3.1.3磁路的分析方法,磁路是研究局限于一定范围内的磁场问题。磁路与电路一样，也是电工学课程所研究的基本对象。, 主磁通, 漏磁通,铁心,线圈,磁路：磁通相对集中通过的路径。,3.1.3磁路的分析方法,1磁通连续性原理：,通过任意闭合面的磁通量 总为 0。即穿入闭合面的磁感线，必同时穿出该闭合面。,2安培环路定律：,磁场强度沿任意闭合路径的线积分，等于穿过该闭合路径所包
3、围的电流的代数和。,3磁路的欧姆定律,根据,得H l = N I,磁通势：F = N I(单位：安),磁压降： H l,磁路欧姆定律：,磁路为不同材料组成时,磁路磁阻：Rm,3.2交流铁心线圈电路,1感应电动势与磁通的关系,设： = msint,e = Nmcost = Emsin(t 90),Em = Nm = 2f Nm = 2f NBmS,感应电动势的有效值：,2外加电压与磁通的关系,u,Fm = iN ,uR = iR, (主磁通),(漏磁通),由 KVL： u = iR e e,因为 R 和 e 很小,所以u e,U 的有效值,U E = 4.44 f Nm,U = 4.44 f N
4、BmS,3功率损耗,(1)磁滞损耗,铁心反复磁化时所消耗的功率。,(2)涡流损耗, 在铁心中产生的感应电流而引起的损耗。,(3)铁心损耗,铁心损耗 = 磁滞损耗 + 涡流损耗,(4)铜损耗,线圈电阻产生的损耗,PCu = I2R,3.3变压器,3.3.1变压器的工作原理,1变压器的分类,按用途分：电力变压器，特种用途变压器。按相数分：单相、三相和多相变压器。按绕组数分：双绕组、多绕组及自耦变压器。,2变压器的结构,变压器铁心：硅钢片叠压而成。变压器绕组：高强度漆包线绕制而成。其他部件：油箱、冷却装置、保护装置等。,变压器铁心：硅钢片叠压而成。变压器绕组：高强度漆包线绕制而成。其他部件：油箱、冷
5、却装置、保护装置等。,铁心,线圈,壳式变压器,铁心,线圈,2变压器的结构,1,N1,一次绕组,二次绕组,3变压器的工作原理,变压器符号,u1 ,i1( i1N1),1 e1, e1,i2 (i2N2 ), 2 e2,3变压器的工作原理,e2,(1)电压变换,变压器空载：,E1 = 4.44 f N1m,E2 = 4.44 f N2m,结论, 变比,(2) 电流变换,N1I1= N2 I2,结论,产生主磁通 的磁通势,有效值,I0 = I1N (2.5 5),变压器接负载：,(3)阻抗变换,结论,可利用变压器进行阻抗匹配,4变压器的铭牌数据,(1)额定容量 SN,三相变压器,单相变压器,SN =
6、 U1NI1N = U2NI2N,(2)额定电压 U1N 和 U2N,U2N 应比满载运行时的输出电压 U2 高出 5% 10%。,(3)额定电流 I1N 和 I2N,允许通过的最大电流。,(4)额定频率 fN,例 1有一台额定容量 50 kV A、额定电压 3300/220 V 的变压器，高压绕组为 6000 匝，试求：(1)低压绕组匝数；(2)高压边低压边额定电流；(3)当一次侧保持额定电压不变，二次侧达到额定电流，输出功率 9 kW， cos = 0.8 时的二次侧端电压 U2。,解(1),(2),(3) P = U2I2Ncos ,例 2如图所示，交流信号源 E = 120 V，内阻
7、R0 = 800 ，负载 RL = 8 。(1)当 RL 折算到一次侧的等效电阻 RL = R0 时，求变压器的匝数和信号源的输出功率；(2)当将负载直接与信号源连接时，信号源输出多大功率？,解,(2),3.3.2变压器的外特性,cos = 0.8,cos = 1,0,U2,I2,外特性 U2 = f (I2),电压变化率,U20,I2N,3.3.3变压器的损耗与效率,1损耗P = PCu+ PFe,铜损,铁损PFe 与 Bm 有关,2效率, = (90 99)%,3.3.4特殊变压器,1自耦变压器,2电流互感器,3.3.4特殊变压器,用来扩大测量交流电流的量程,注意：测量时二次绕组电路不允许
8、开路。,3.3.5变压器绕组的极性,1同名端,感应电动势的同极性端,2 与 3 相连， 两个 1 的方向相同,u = e1 e1+ R1i + R1i= 2e1+ 2R1i,2 与 4 相连， 两个 1 的方向相反,u = e1+ e1 + R1i + R1i = 2R1i,正确连接方法，u 加在 1、4 端,错误连接方法，u 加在 1、3 端,产生很大电流，不允许,2绕组的连接,3.4电磁铁,衔铁,铁心,铁心,线圈,线圈,衔铁,结构 ：线圈、铁心、衔铁,利用电磁力实现某一机械发生动作的电磁元件。,1直流电磁铁, F,B0,结论：吸力变大！,通入直流，无铁损，铁心用整块的铸钢、软钢。,(1)电
9、磁吸力,(2)吸合前后的电磁吸力变化情况,对电流U = IR U 不变时，I 不变,磁通势Fm = IN = Um= Rm，也不变,吸合,前Rm = Rm0 + Rm1,后Rm= Rm1,所以在吸合后,S 不变,(1) 平均电磁吸力,铁心由硅钢片叠成；,有分磁环。,2交流电磁铁,(2) 吸合前后的电磁吸力 不变,根据 U = 4.44 f N m,当 U，f，N 不变，m不变 Bm 不变 吸力 F 不变。,磁通势 Fm = i N = Um= Rm,前Rm = Rm0 + Rm1,后Rm = Rm1,吸合,所以在吸合过程中，吸力不变， 励磁电流由大变小,大 i N 有效值 I 大,小 i N
10、有效值 I 小,t,，F,F,铁心,电磁吸力,由于 1 与 2 之间出现了相位差，合成磁通所产生的电磁吸力就不会为零。,磁通为零，吸力也为零,短路铜环,(3)分磁环结构,例 1把一台 50 Hz、380 V 的交流电磁铁接在 50 Hz、220 V 的交流电源上，会出现什么问题？怎样解决？,解根据,U 4.44 f N m,U m F ,吸力不足,减少 N,解决方法,例 2一台单相变压器，一次侧为两个绕组，额定电压均为 110 V，试问电源电压为 220 V 时，如何连接？电源电压为 110 V 时，如何连接？,解电源电压为 220 V,电源电压为 110 V,+u,+u,电磁铁应用一例,抱闸,电磁铁,制动轮,弹簧,电磁铁应用一例,抱闸,电磁铁,制动轮,弹簧,
