《第3章磁路和变压器.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《第3章磁路和变压器.ppt（34页珍藏版）》请在三一办公上搜索。
1、第 3 章磁路和变压器,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,退出,1.磁感应强度 B 矢量,2.磁通 F 标量 单位：Wb,4.磁场强度 H 矢量 定义：H=B/,3.磁导率 真空磁导率 0=410 7 H/m(亨/米),均匀磁场 磁场内各点的 B 大小相等，方向相同。,对于均匀磁场 F=B S,相对磁导率 r=/0 对于铁磁材料 r=102 105,单位：A/m(安培/米),单位：T，Gs，1 T=104 Gs,3.1磁路及其分析方法,3.1.1 磁场的基本物理量,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,
2、Hm,Br,HC,3.1.2 磁性物质的基本性能,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 磁性物质的基本性能,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。,3.1.3 磁路的分析方法,主磁通,漏磁通,铁心,线圈,磁路：磁通相对集中通过的路径。,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
3、合路径所包围的电流的代数和。,3.1.3 磁路的分析方法,得 H l=N I,磁压降：Hl,l,N,u,i,3.磁路的欧姆定律,根据,磁通势：F=NI(单位：安),=B S=HS,磁路磁阻：Rm,磁路欧姆定律：,+,返回,N,u,i,设：=msin t,3.2 交流铁心线圈电路,1.感应电动势与磁通的关系,e,e,e=-Nmcos t=Emsin(t-90),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,所以 u e,因为 R 和 e 很小，,U 的有效值,U E=4.44 f Nm,U=4.44
4、f NBmS,N,u,i,e,e,+,+,+,N,i,(4)铜损 线圈电阻产生的损耗,(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=磁滞损耗+涡流损耗,PCu=I 2R,3.功率损耗,3.2 交流铁心线圈电路,返回,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。,3.3 变 压 器,3.3.1 变压器的工作原理,2.变压器的结构,1.变压器的分类,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
5、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。,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,S,|ZL|,1,N1,N2,i1,e2,u2,e1,u1,e1,2,i2,u1,i1(i1N1),1 e1,e1,i2(i2N2),2 e2,3.变压器的工作原理,e2,+,+,+,+,+,e2,+,1,N1,N2,A,X,a,x,U20,U1,E1,结论,变比,E2=4.44 f N2 m,(1)电压变换,变压器空载：,E1=4.44 f N1 m,+,+,+,+,a,S,ZL,N1I1
6、=N2 I2,N1,N2,A,X,x,I1,E2,U2,E1,U1,I2,结论,产生主磁通 的磁动势,有效值,I0=I1N(2.5),(2)电流变换,变压器接负载：,+,+,+,+,+,+,+,=K2 ZL,结论,I2,K,ZL,U2,U1,I1,Z0,E,可利用变压器进行阻抗匹配,(3)阻抗变换,+,+,+,(1)额定容量 SN,三相变压器,单相变压器,SN=U1NI1N=U2NI2N,(2)额定电压 U1N 和 U2N,(3)额定电流 I1N 和 I2N,(4)额定频率 fN,U2N 一次侧加 U1N 时，二次侧绕组的开路电压。,U2N 应比满载运行时的输出电压 U2 高出 5%10%。,
7、4.变压器的铭牌数据,允许通过的最大电流。,例 1 有一台额定容量 50 kVA、额定电压 3 300/220 V 的变压器，高压绕组为 6 000 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，功率因数为 cos=0.8 时的副边端电压 U2。,解(1),(3)P=U2I2Ncos,例 2 如图所示，交流信号源 E=220 V，内阻 R0=800，负载 RL=8，(1)当 RL 折算到原边的等效电阻 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联接时，信号源输出多大功率？,解,
8、(1)RL=K2RL=R0,I2,K,RL,U2,U1,I1,R0,E,+,+,+,(2),cos=0.8,cos=1,O,U2,I2,外特性 U2=f(I2),电压变化率,3.3.2 变压器的外特性,U20,I2N,1.损耗 P=PCu+PFe,铜损,2.效率,=(90 99)%,3.3.3 变压器的损耗与效率,铁损 PFe与 Bm有关,U1,N1,N2,ZL,U2,1.自耦变压器,3.3.4 特殊变压器,2.电流互感器,3.3.4 特殊变压器,N1,N2,负载,A,i1,i2,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开路！,A,X,a,x,i,i,1,2,1.同名端,感应
9、电动势的同极性端,3.3.5 变压器绕组的极性,X 与 a 相连，两个1的方向相同,u=e1 e1+R1i+R1i=2e1+2R1i,X 与 x 相连，两个1的方向相反,u=e1+e1+R1i+R1i=2R1i,正确联接方法，u 加在 Ax 端，,错误联接方法，u 加在A a 端，,产生很大电流，不允许！,2.绕组的连接,返回,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,(1)电磁吸力,通入直流，无铁损，铁心用整块的铸钢、软钢。,F,对直流 U=IR U 不变时，I 不变,磁动势 Fm=IN=Um=Rm
10、也不变,Rm=Rm0+Rm1,Rm=Rm1,吸合,后,前,所以在吸合后,B0,S 不变,结论：吸力变大！,(2)吸合前后的电磁吸力 变化情况,(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。,磁动势 Fm=i N=Um=Rm,Rm=Rm0+Rm1,Rm=Rm1,吸合,后,前,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 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 4.44f Nm,U m F,吸力不足,减少 N,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 时，接线如右图所示；,电源电压为 110 V 时，接线如下图所示。,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,返回,
