磁路和變壓器

1、第第7 7章章 磁路和變壓器磁路和變壓器7.1 7.1 磁路的基本物理量和基本性質(zhì)磁路的基本物理量和基本性質(zhì)7.2 7.2 鐵磁材料鐵磁材料7.3 7.3 磁路的概念及磁路的基本定律磁路的概念及磁路的基本定律7.4 7.4 直流磁路直流磁路7.5 7.5 交流磁路與交流鐵心線(xiàn)圈交流磁路與交流鐵心線(xiàn)圈7.6 7.6 電磁鐵電磁鐵7.7 7.7 變壓器變壓器后一頁(yè)退出本章基本要求1.了解鐵磁材料的磁性能及B-H曲線(xiàn)。2.理解和掌握磁路的基本概念、基本定律和基本電 磁關(guān)系。3.了解直流磁路與交流磁路的特點(diǎn)，能正確運(yùn)用磁 路基本定律對(duì)交、直流磁路進(jìn)行定性分析。前一頁(yè) 后一頁(yè) 節(jié)目錄退出4.理解和掌握交

2、、直流磁路的功率損耗。5.了解交、直流電磁鐵的構(gòu)造和功能。6.理解和掌握變壓器的變壓、變流、變換阻抗的作用和變壓器的運(yùn)行特性、額定值及用途。7.了解自耦變壓器、儀用互感器的使用方法及注意事項(xiàng)。前一頁(yè) 后一頁(yè) 節(jié)目錄退出第第7 7章章 磁路和變壓器磁路和變壓器7.1 7.1 磁路的基本物理量和基本性質(zhì)磁路的基本物理量和基本性質(zhì)前一頁(yè) 后一頁(yè) 節(jié)目錄退出一、磁感應(yīng)強(qiáng)度一、磁感應(yīng)強(qiáng)度（磁通密度）（磁通密度） 二、二、 磁通磁通 均勻磁場(chǎng)均勻磁場(chǎng) 時(shí)：時(shí)：=BS SBS三、磁導(dǎo)率三、磁導(dǎo)率 真空磁導(dǎo)率：真空磁導(dǎo)率：0-7 m ， 相對(duì)磁導(dǎo)率：相對(duì)磁導(dǎo)率：四、磁場(chǎng)強(qiáng)度四、磁場(chǎng)強(qiáng)度 B五、磁通的連續(xù)性原理

3、五、磁通的連續(xù)性原理前一頁(yè) 后一頁(yè) 節(jié)目錄退出r0SSB0d鐵磁材料具有以下特點(diǎn)：鐵磁材料具有以下特點(diǎn)：前一頁(yè) 后一頁(yè) 節(jié)目錄退出7.2 7.2 鐵磁材料鐵磁材料1r1.1.磁導(dǎo)率高磁導(dǎo)率高2.2.磁飽和現(xiàn)象磁飽和現(xiàn)象3.3.磁滯現(xiàn)象磁滯現(xiàn)象前一頁(yè) 后一頁(yè) 節(jié)目錄退出鐵磁材料分類(lèi)：鐵磁材料分類(lèi)：(1)(1)軟磁材料軟磁材料(2)(2)硬磁材料硬磁材料(3)(3)矩形材料矩形材料前一頁(yè) 后一頁(yè) 節(jié)目錄退出剩磁小、矯頑力小剩磁小、矯頑力小用途：交流電機(jī)、用途：交流電機(jī)、變壓器的鐵心等變壓器的鐵心等 剩磁大、矯頑力大剩磁大、矯頑力大用途：永久磁鐵、用途：永久磁鐵、永磁同步電動(dòng)機(jī)永磁同步電動(dòng)機(jī)剩磁大、

4、矯頑力小剩磁大、矯頑力小用途：記憶元件、用途：記憶元件、存儲(chǔ)器的磁芯等存儲(chǔ)器的磁芯等7.3 7.3 磁路的概念及磁路的基本定律磁路的概念及磁路的基本定律一、磁路的概念一、磁路的概念磁路磁路約束在鐵心所限定的范圍內(nèi)的磁通約束在鐵心所限定的范圍內(nèi)的磁通路徑。路徑。前一頁(yè) 后一頁(yè) 節(jié)目錄退出二、磁路的基本定律二、磁路的基本定律 (1)(1)安培環(huán)路定律安培環(huán)路定律 磁通勢(shì)磁通勢(shì) (2)(2)磁路歐姆定律磁路歐姆定律均勻磁路：均勻磁路： 磁阻磁阻: :BSHSlINHllH dm /INlINRlSS前一頁(yè) 后一頁(yè) 節(jié)目錄退出lnKKFIlHm1dmlRSm332211312dFNIlHlHlHlHl

5、Hkkkl1111HSB03303HSBBmm111nnnkkkkkkkkkkl RFS012312120312123120331122mkmkkkkklllBBBFlllSSSlRS前一頁(yè) 后一頁(yè) 節(jié)目錄退出2222HSB練習(xí)與思考1.試列表寫(xiě)出磁路與電路相對(duì)應(yīng)的基本物理量和相對(duì)應(yīng)的基本定律。2.有a、b、c三個(gè)幾何尺寸相同的環(huán)形磁路，均繞有N匝線(xiàn)圈，線(xiàn)圈通入相同電流。磁路a用非磁性材料構(gòu)成，磁路b用鐵磁材料構(gòu)成，c是留有氣隙 的鐵心磁路。試問(wèn)：（1）磁路a與磁路b中的磁感應(yīng)強(qiáng)度是否相等？（2）磁路c鐵心中的磁場(chǎng)強(qiáng)度與氣隙中的磁場(chǎng)強(qiáng)度是否相等？磁感應(yīng)強(qiáng)度是否相等。（3）沿三個(gè)磁路的中心線(xiàn)閉合

6、環(huán)路對(duì)磁場(chǎng)強(qiáng)度的線(xiàn)積分值各為何值？它們是否相等？前一頁(yè) 后一頁(yè) 節(jié)目錄退出7.4 7.4 直流磁路直流磁路直流磁路直流磁路直流電勵(lì)磁，外加電壓不變，直流電勵(lì)磁，外加電壓不變，電流不變，勵(lì)磁線(xiàn)圈中不產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。電流不變，勵(lì)磁線(xiàn)圈中不產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。兩種磁路計(jì)算兩種磁路計(jì)算（1 1）已知磁路的結(jié)構(gòu)和磁路中的磁通，求產(chǎn)）已知磁路的結(jié)構(gòu)和磁路中的磁通，求產(chǎn)生磁通的磁通勢(shì)。生磁通的磁通勢(shì)。（2 2）已知磁路的結(jié)構(gòu)和磁通勢(shì)，求磁路中的）已知磁路的結(jié)構(gòu)和磁通勢(shì)，求磁路中的磁通。磁通。前一頁(yè) 后一頁(yè) 節(jié)目錄退出（1 1）求各段磁路的平均長(zhǎng)度和截面積）求各段磁路的平均長(zhǎng)度和截面積（2 2）通過(guò)磁通求磁感應(yīng)強(qiáng)

7、度）通過(guò)磁通求磁感應(yīng)強(qiáng)度（3 3）根據(jù)）根據(jù)B B通過(guò)通過(guò)B BH H曲線(xiàn)查曲線(xiàn)查H H200mm20005040 mm632Sl211mm190095. 05040 mm360)240120(2)2402200(Sl222mm15005030 mm160)2402200(Sl233mm20005040 mm302302Sl, T05. 1 , T110BBT1 , T33. 132BB A/m1062.794000BH A/m1037.031H A/m1033. 232H A/m107 . 033H前一頁(yè) 后一頁(yè) 節(jié)目錄退出A2 .5304 218 .3722 .1332 .4777 30m

8、kkklHNIF （4 4）應(yīng)用安培環(huán)路定律求磁通勢(shì)）應(yīng)用安培環(huán)路定律求磁通勢(shì)前一頁(yè) 后一頁(yè) 節(jié)目錄退出練習(xí)與思考1.如圖7.4.1所示的磁路，若線(xiàn)圈勵(lì)磁后，銜鐵即將吸合，試問(wèn)銜鐵吸合過(guò)程中線(xiàn)圈中的電流有無(wú)變化？為什么？2.在圖7.4.1所示磁路的鐵心上套一短路銅環(huán)，試問(wèn)在勵(lì)磁線(xiàn)圈切斷電流的同時(shí)，鐵心中的磁通是否也突減為零？前一頁(yè) 后一頁(yè) 節(jié)目錄退出7.57.5交流磁路與交流鐵心線(xiàn)圈交流磁路與交流鐵心線(xiàn)圈一、磁通與電壓、電流的關(guān)系一、磁通與電壓、電流的關(guān)系 KVL:KVL: 設(shè)設(shè)結(jié)論：交流磁路中的磁通不受結(jié)論：交流磁路中的磁通不受磁路變化磁路變化的影響，的影響，只與只與電路參數(shù)電路參數(shù)有關(guān)。有

9、關(guān)。 ddeNt ddeNt iReeuddueNt msin tmsin( 90 )uNtm4.44UfN前一頁(yè) 后一頁(yè) 節(jié)目錄退出二、鐵心損耗二、鐵心損耗1.1.磁滯損耗磁滯損耗 2.2.渦流損耗渦流損耗 h PnfBKPmhh e P2m2ee BfKP 前一頁(yè) 后一頁(yè) 節(jié)目錄退出三、交直流磁路的對(duì)比三、交直流磁路的對(duì)比磁阻磁阻 磁通磁通 磁通勢(shì)磁通勢(shì) 磁路變化磁路變化 直流磁路直流磁路 由電路參由電路參數(shù)決定，數(shù)決定，不受磁路不受磁路影響。影響。 影響磁阻和影響磁阻和磁通磁通，不影不影響磁通勢(shì)和響磁通勢(shì)和電流。電流。交流磁路交流磁路 由電路決參由電路決參數(shù)定，基本數(shù)定，基本不受磁路的不

10、受磁路的影響。影響。 影響磁阻、影響磁阻、磁通勢(shì)和電磁通勢(shì)和電流，不影響流，不影響磁通。磁通。SlR mmmmRNIRF RUNF mSlR mfNU44. 4m mmFN I R前一頁(yè) 后一頁(yè) 節(jié)目錄退出練習(xí)與思考1.如圖7.5.5所示磁路，保持勵(lì)磁電流的頻率和電壓不變，試問(wèn)：（1）勵(lì)磁線(xiàn)圈匝數(shù)不變，磁路的截面增大一倍，勵(lì)磁電流有何變化？（2）勵(lì)磁線(xiàn)圈匝數(shù)增加一倍，鐵心中的磁通有何變化？（3）匝數(shù)不變，銜鐵拉開(kāi)一個(gè)空氣隙 ，勵(lì)磁電流如何變化？前一頁(yè) 后一頁(yè) 節(jié)目錄退出2.上述磁路如用直流電勵(lì)磁，保持勵(lì)磁電壓和線(xiàn)圈匝數(shù)不變，當(dāng)磁路的截面增大一倍，試問(wèn)：（1）鐵心的磁通有何變化？（2）若磁路的鐵

11、心與銜鐵之間原有較大的空氣隙，磁通的變化與（1）問(wèn)有何異同？前一頁(yè) 后一頁(yè) 節(jié)目錄退出7.6 7.6 電磁鐵電磁鐵電磁鐵的應(yīng)用：電磁鐵的應(yīng)用： 起重電磁鐵，控制和保護(hù)用的電磁鐵，電磁吸盤(pán)等。起重電磁鐵，控制和保護(hù)用的電磁鐵，電磁吸盤(pán)等。按勵(lì)磁電流分類(lèi)：按勵(lì)磁電流分類(lèi)：一、直流電磁鐵一、直流電磁鐵直流電磁鐵的特點(diǎn)直流電磁鐵的特點(diǎn) ： （1 1）直流電磁鐵線(xiàn)圈的勵(lì)磁電流，與銜鐵的運(yùn)動(dòng)過(guò)程）直流電磁鐵線(xiàn)圈的勵(lì)磁電流，與銜鐵的運(yùn)動(dòng)過(guò)程無(wú)關(guān)，即與氣隙無(wú)關(guān)，即與氣隙大小無(wú)關(guān)。大小無(wú)關(guān)。（2 2）電磁吸力與銜鐵的運(yùn)動(dòng)行程有關(guān)。）電磁吸力與銜鐵的運(yùn)動(dòng)行程有關(guān)。（3 3）直流電磁鐵動(dòng)作平穩(wěn)，工作可靠，適于動(dòng)作頻

12、繁）直流電磁鐵動(dòng)作平穩(wěn)，工作可靠，適于動(dòng)作頻繁的機(jī)構(gòu)。的機(jī)構(gòu)。前一頁(yè) 后一頁(yè) 節(jié)目錄退出特點(diǎn)：特點(diǎn)：（1 1）交流電磁鐵是用交流電勵(lì)磁，磁感應(yīng)強(qiáng)度）交流電磁鐵是用交流電勵(lì)磁，磁感應(yīng)強(qiáng)度是隨時(shí)是隨時(shí)間變化的函數(shù)。間變化的函數(shù)。（2 2）當(dāng)勵(lì)磁電壓為定值時(shí)，）當(dāng)勵(lì)磁電壓為定值時(shí)，基本不變，與行程無(wú)關(guān)。基本不變，與行程無(wú)關(guān)。（3 3）勵(lì)磁電流與運(yùn)動(dòng)行程有關(guān)。）勵(lì)磁電流與運(yùn)動(dòng)行程有關(guān)。（4 4）電磁力是角頻率的函數(shù)。）電磁力是角頻率的函數(shù)。 tBB sinm2) cos2-(1mtFF前一頁(yè) 后一頁(yè) 節(jié)目錄退出二、交流電磁鐵二、交流電磁鐵練習(xí)與思考1.交流電磁鐵線(xiàn)圈匝數(shù)、電源電壓及鐵心尺寸不變時(shí)，若氣

13、隙加大，則磁通量和電流如何變化？2.在電源電壓一定時(shí)，交流電磁鐵的吸力與行程有關(guān)嗎？3.在一定電源電壓作用下，當(dāng)磁路的結(jié)構(gòu)、氣隙 變化時(shí)，直流電磁鐵的勵(lì)磁電流和磁通如何變化？4.直流電磁鐵的吸力大小與氣隙長(zhǎng)短變化有關(guān)嗎？前一頁(yè) 后一頁(yè) 節(jié)目錄退出7.7 7.7 變壓器變壓器一、工作原理一、工作原理 （一）空載運(yùn)行（一）空載運(yùn)行 電磁感應(yīng)定律電磁感應(yīng)定律 設(shè)設(shè) 忽略漏磁通和線(xiàn)圈電阻壓降忽略漏磁通和線(xiàn)圈電阻壓降 變壓比變壓比1N000001 31III01I N11ddeNt 22ddeNt msin t11msin( 90 )eNt2211 EUEU11m4.44 Uf N22m4.44 Uf

14、NuKNNUU2121電壓變換電壓變換前一頁(yè) 后一頁(yè) 節(jié)目錄退出（二）帶載運(yùn)行（二）帶載運(yùn)行1122I NI N22110221110)(NINIINININI 12211NNIIIuiKKNNII112212211 EUEU變流比變流比忽略漏磁通和線(xiàn)圈電阻壓降忽略漏磁通和線(xiàn)圈電阻壓降前一頁(yè) 后一頁(yè) 節(jié)目錄退出（三）變換阻抗（三）變換阻抗 11IUZZKIUKIKUKuuiu222222前一頁(yè) 后一頁(yè) 節(jié)目錄退出應(yīng)用變壓器阻抗變換作用，可以實(shí)現(xiàn)電路阻抗匹配。應(yīng)用變壓器阻抗變換作用，可以實(shí)現(xiàn)電路阻抗匹配。例7.7.1 一正弦信號(hào)源的電壓 ,內(nèi)阻為負(fù)載電阻 。用一變壓器將負(fù)載與信號(hào)源接通，如圖7.

15、7.3所示，使電路達(dá)到阻抗匹配， ，信號(hào)源輸出的功率最大。試求：變壓器的匝數(shù)比；變壓器的一次和二次電流；負(fù)載獲得的功率；如果不用變壓器耦合，直接將負(fù)載接通電源時(shí)負(fù)載獲得的功率。 圖7.7.3S5VUS1000R L40R LSRR前一頁(yè) 后一頁(yè) 節(jié)目錄退出解：將二次電阻 換算為 所需變壓器匝數(shù)比：因?yàn)樗砸淮坞娏鳎憾坞娏鳎贺?fù)載的功率：直接接電源時(shí)負(fù)載的功率：21LL2NRRNLRLRS1L2LL1000540RNRNRRS1SL5mA2.5mA10001000UIRR12125 2.5mA12.5mANIIN 223L2L12.5 1040W6.25mWPI R22SLLSL540W0.92

16、5mW100040UPRRR前一頁(yè) 后一頁(yè) 節(jié)目錄退出二、運(yùn)行特性二、運(yùn)行特性 1.1.外特性和電壓調(diào)整率外特性和電壓調(diào)整率2.2.損耗和效率損耗和效率002022000100UUUUFeCuPPP222121IRIRehPPCuN2P0P1CuN201112)(-1 PPPPPPpP銅損耗銅損耗鐵損耗鐵損耗前一頁(yè) 后一頁(yè) 節(jié)目錄退出三、變壓器繞組的同極性端三、變壓器繞組的同極性端)()(211eeu10u 前一頁(yè) 后一頁(yè) 節(jié)目錄退出1、3或或2、4為同極性端，為同極性端， 用用“”表示，同極性端也表示，同極性端也稱(chēng)為同名端。稱(chēng)為同名端。1、6也為同極性端也為同極性端 繞組極性連接錯(cuò)近似于短路

17、：繞組極性連接錯(cuò)近似于短路： 繞組極性連接正確：繞組極性連接正確：四、三相變壓器四、三相變壓器 1L1P12L22P33uUUNKUNU1L1P12L2P2333uUUNKUUN1L1P12L2P2333uKUUNUUN前一頁(yè) 后一頁(yè) 節(jié)目錄退出 Y / Y 或或 Y / Y0Y / Y五、額定值五、額定值1.1.額定電壓額定電壓 1000 V / 400 V1000 V / 400 V高壓一側(cè)的（線(xiàn)）電壓高壓一側(cè)的（線(xiàn)）電壓 低壓一側(cè)的（線(xiàn)）電壓低壓一側(cè)的（線(xiàn)）電壓2.2.額定電流額定電流一次側(cè)接額定電壓時(shí)原、二次側(cè)允許長(zhǎng)時(shí)間通一次側(cè)接額定電壓時(shí)原、二次側(cè)允許長(zhǎng)時(shí)間通過(guò)的最大（線(xiàn)）電流。過(guò)的最大（線(xiàn)）電流。3.3.額定容量額定容量4.4.溫升溫升kVA)(1000NNNIUS前一頁(yè) 后一頁(yè) 節(jié)目錄退出六、其他類(lèi)型變壓器六、其他類(lèi)型變壓器1.1.自耦變壓器自耦變壓器 前一頁(yè) 后一頁(yè) 節(jié)目錄退出 由于由于b b是滑動(dòng)端，因是滑動(dòng)端，因此自耦變壓器的此自耦變壓器的N2 2可以可以小于小于N1 1，也可以大于，也可以大于N1 1，實(shí)現(xiàn)降低和增高電壓實(shí)現(xiàn)降低和增高電壓U2 2的功能。的功能。2.2.儀用互感器儀用互感器（1 1）電流互感器）電流互