资源预览内容
第1页 / 共51页
第2页 / 共51页
第3页 / 共51页
第4页 / 共51页
第5页 / 共51页
第6页 / 共51页
第7页 / 共51页
第8页 / 共51页
第9页 / 共51页
第10页 / 共51页
亲,该文档总共51页,到这儿已超出免费预览范围,如果喜欢就下载吧!
资源描述
,第8章 铁心线圈与变压器,沈阳工业大学电工学教研室,第8章 铁心线圈与变压器,8.1 磁路的基本概念和定律,8.2 直流铁心线圈与直流电磁铁,8.3 交流铁心线圈与交流电磁铁,8.4 变压器,#,第8章 铁心线圈与变压器,本章介绍的基本物理量、基本定律以及磁性材料的磁性能。在此基础上重点讨论铁心线圈电路和变压器。,8.1 磁路的基本概念和定律,电动机、继电器、电磁铁及变压器等电器都是基于电磁耦合的原理工作的,我们已经学过了电路,现在再来研究磁路。,一、磁场的基本物理量,1.磁通,2.磁感应强度B,3.磁场强度H,4.导磁系数,#,8.1,一、磁场的基本物理量,垂直穿过某一面积S 的磁力线的总根数。韦伯wb,穿过单位面积的磁力线根数。特斯拉T wb/m2,磁场中某点的B 与该点的磁导率的比值。,1.磁通,2.磁感应强度B,3.磁场强度H,4.导磁系数,描述导磁能力大小的物理量。通常使用相对导磁系数,无量纲,真空导磁系数,8.1 磁路的基本概念和定律,安/米,A/m, A/cm,#,8.1,磁动势,8-1 磁路的基本概念和定律,二、磁路的基本定律,安培环路定律,磁路欧姆定律,与电路类似,磁路也有各种定律,安培环路定律,安培环路定律,安培环路定律,安培环路定律,安培环路定律,沿任一闭合路径,H 的线积分等于包围在这闭合路径内各电流的代数和,若磁场均匀则有,磁路欧姆定律,磁路欧姆定律,磁路欧姆定律,磁路欧姆定律,磁路欧姆定律,磁路欧姆定律,磁路欧姆定律,磁路欧姆定律,磁路欧姆定律,磁路欧姆定律,磁路欧姆定律,磁路欧姆定律,磁路欧姆定律,无分支磁路,平均长 l,线圈N 匝,I,N,磁通,导磁系 数,截面积S,根据,磁路欧姆定律,磁阻Rm,基尔霍夫定律,#,8.1,二、磁路的基本定律,安培环路定律,磁路欧姆定律,基尔霍夫定律,基尔霍夫定律,基尔霍夫定律,基尔霍夫定律,基尔霍夫定律,基尔霍夫定律,基尔霍夫定律,基尔霍夫定律,基尔霍夫定律,有分支磁路,I1,N1,I2,N2,1. 磁路的基尔霍夫磁通定律,在节点A 处,A, 1+2 -3=0,2. 磁路的基尔霍夫磁压降定律,任一闭合回路中均有,或,磁压降的代数和等于磁动势的代数和,#,8.1,H(I),a,b,c,B,铁磁材料 B-H,-H 曲线,从曲线上能明显看出,不是常数,导磁性,工程上利用它来使,磁通尽量地约束在有限的范围 内,提高电磁设备的利用率, 一般使用B-H 曲线的ab 段。,磁滞,B的变化滞后于H 的变化 如曲线的oa 段,o,磁饱和,当H 达到一定程度,B 不再随H 而增加,此为磁饱 和。如曲线的cs 段。,s,若对铁心线圈而言,磁饱和意为,当电流I 增加到一定程度,不再随之增加,关于磁滞,详看请点击,#,三、磁性材料的磁性能,8.1,8.1,几点说明,磁阻Rm 的大小取决于磁路的尺寸和材料的磁导率。,很大,但不是常数,因此 也不是常数。所以磁 路欧姆定律不能用来进行定量计算,只用做定性分析。 通常磁路计算应用磁路基尔霍夫定律。,磁路和电路有相似之处,但却有本质的区别。 详见教材P175,#,第二节,8.2 直流铁心线圈与直流电磁铁,一、直流铁心线圈 (磁路计算略),二、直流电磁铁,1. 构成,铁心,铁心,线圈,线圈,衔铁,衔铁,8.2,2. 工作原理,通电的铁心线圈对衔铁会产生吸力,请看通电演示,3. 吸力,#,电磁铁应用?,直流电磁铁的特点,8.2,励磁电流是由励磁线圈的外加电压U 和线圈电阻R 决定的,2. 无磁滞和涡流损耗,铁心可以使用整块的铸钢、软铁。,电流是恒定的,无感应电动势产生。,3. 吸合后电磁力比吸合前大得多,但励磁电流不变。,(因磁动势 NI 不变,磁阻Rm B ,所以吸力F),电流恒定,无感应电动势产生。 无磁滞和涡流损耗,可使用整块铁心 3. 吸合后,励磁电流不变, F,#,一、电压平衡方程式,交流铁心线圈,大部分经铁心闭合,产生e,e,主磁通,少部分经空气闭合,产生eL,漏磁通,eL,u,线圈电阻上压降为 iR,根据KVL得:,或,电压平衡方程式,#,8.3 交流铁心线圈与交流电磁铁,#,8.3,一、电压平衡方程式,有效值,或,重要结论,外加电压不变时,交流铁心线圈的铁心内主磁通最大值几 乎是不变的。这是分析变压器和交流电动机时的重要概念。,注意,8.3 交流铁心线圈与交流电磁铁,8.3,二、交流铁心线圈的损耗,P = PCU + Ph + Pe,总损耗,铜损,涡流损耗,铁损,磁滞损耗,铜损PCU,线圈电阻上的损耗,PCU =I 2R,磁滞损耗,其大小与铁心材料反复磁化后的磁滞回线面积成正比,涡流损耗,交变磁通穿过铁心,铁心导磁又导电 ,铁心在交变磁通作用下产生感应电动势,在垂直于磁通方向的铁心平面内产生旋涡状的感应电流,叫涡流。涡流在铁心内电阻上产生的损耗称涡流损耗。,减小涡流损耗的办法,增大涡流通路的电阻即用薄的材料叠成铁心,减小磁滞损耗的办法,铁心尽量采用软磁材料,#,8.3,三、交流电磁铁,交流电磁铁也是一种电磁器件,结构形式与直流电磁铁类似。在工业部门应用极为广泛。如冶金工业中用于提放钢材的电磁吊车;夹持工件的电磁工作台;传递动力的电磁离合器;液压传动中的电磁阀;交流接触器及接触器等。,铁心中的磁通是交变的,空气隙处的磁感应强度为:,吸力,#,8.3,三、交流电磁铁,瞬时值,有效值,显然 f 是交变的,存在过零值。会出现吸合不牢的现象。,通常在尾端留一切口,套上铜环(或称磁环),铜环产生的感应电流阻碍的变化,致使穿过铜环的与其它存在一相位差,结果产生两个相位不同的电磁吸力,平均后,不再有过零点。,见教材P181,1. 吸力是交变的,铁心需加分磁环。,2. 励磁电流吸合前大,吸合后减小。前后吸力不变,3. 铁心和衔铁均由硅钢片叠成,为减小铁损。,#,交、直流电磁铁的特点,8.3,电流恒定,无感应电动势产生。 无磁滞和涡流损耗,可使用整块铁心 3. 吸合后,励磁电流不变, F,#,1. 吸力是交变的,铁心需加分磁环。,2. 励磁电流吸合前大,吸合后减小。前后吸力不变,3. 铁心和衔铁均由硅钢片叠成,为减小铁损,8.4 变压器,教学目的 1. 掌握单相变压器的电压、电流和阻抗变换功能 2.掌握变压器额定值的概念 3.了解变压器绕组极性及其判别,预备知识:,交流铁心线圈,e,eL,u,磁路的基尔霍夫磁压降定律,任一闭合回路中均有,磁动势要平衡,电压平衡方程式,8.4,1. 变压器的用途、构造和分类,变压器是基于电磁感应原理而制成的静止的电器设备,用途,变电压,变电流,变阻抗,构造,心式和壳式两种,芯式变压器,壳式变压器,分类,单相,三相,多相,升压,降压,仪用电压、电流互感器,焊接变压器,自藕变压器,#,8.4 变压器,用于高压的电力变压器,用于大电流的特殊变压器 或其它变压器,8.4,2. 变压器的工作原理,原边绕组N1,名词介绍,幅边绕组N2,一次绕组N1,二次绕组N2,一次侧,二次侧,什么是变压器任载运行?,什么是变压器空载运行?,一次侧接电源 二次侧负载开路,一次侧接电源 二次侧接负载,8.4,2. 变压器的工作原理,变压器空载运行,变比,原幅边电压之比等于原幅边匝数之比,等于常数 k,此为变压器的变电压作用,i0,u1,u20,空载运行的结论:,变压器负载运行,u1,i1,u2,i2,两边绕组中通过的磁通是相同的,7-4,只要U1不变,主磁通就不应该变,所以有:,磁动势平衡方程式,有载时原边磁动势 分为两部分,1. 产生主磁通 (励磁分量)I0,2. 用来补偿I2N2(负载分量I2), 又称去磁,一般 I0 很小,小型变压器只有2 3%,大的不过10%,,当略去I0N1 后有:,变电流作用,负载运行结论,变电流作用,任载后,电压比是否还等于变比 k ?,变电压作用,还有一个作用是变阻抗,副边 Z2,原边Z1,变阻抗作用,或,3. 变压器的外特性和额定值,1) 外特性,变压器负载后,必然在一、二次侧内阻抗上产生电压降,使二次电压随负载电流增加变小。称,曲线,为变压器的外特性,变压器外特性,电压调整率,满载时电压,空载电压,一般在5%以内,8.4,2 ) 额定值,一般变压器的额定值在其名牌上给出,额定 电压,额定电流,额定容量,额定频率,一次额定电压U1N,正常时一次绕组所加电压的有效值,二次额定电压U2N,一次为U1N,对应二次侧的空载电压有效值,即U20= U2N,一次额定电流I1N,一次为U1N ,正常工作时一次绕组允许长期通过的最大电流有效值,二次额定电流I2N,一次为U1N ,正常工作时二次绕组允许长期通过的最大电流有效值,指二次侧的输出额定视在功率,即,额定频率50HZ,8-4,3. 变压器的外特性和额定值,4. 变压器的损耗和效率,8-4,变压器损耗 p 分铁损 pFe 和铜损 pCu,1)铁损,是交变的主磁通在铁心中产生磁滞损耗ph和涡流损耗pe之和,-固定损耗,2) 铜损,-可变损耗,变压器一次侧、二次侧均有电阻,当有电流通过时,产生损耗,3)效率,一次侧输入功率p1 ,二次侧输出功率p2 ,效率为,p = pFe +pCu,小型变压器的效率为7085%,大型变压器效率可达98%,4) 变压器线圈极性测定,*同极性端 的标记,*同极性端的测定,毫安表正偏,1和3是同极性端;反偏,1和4是同极性端,8-4,8.4 变压器小结,变电流作用,变电压作用,变阻抗作用,变压器作用,外特性,额定值,损耗和效率,变压器任载后电压降低,电压调整率,小型变压器效率为7085%,大型的可达98%,变压器同名端判别,第8章习题解答,8-1 在电压相等的情况下,交流铁心线圈误接到直流电源上会 怎样?直流铁心线圈误接到交流电源上又会怎样?,解:,交流铁心线圈的等效电路为,电流为,误接直流电源后,电路为,电流为,结论:线圈电流增加,烧坏线圈。,直流铁心线圈误接到交流电源上,会怎样?,铁心发热!,#,8-3 交流铁心线圈在下面情况下,其磁 感应强度和线圈中电流 怎样变化?,解:,1)电源电压大小和频率不变,线圈匝数增加,#,交流铁心线圈,u,电压平衡方程式,2)电源电压大小不变,频率减小。,3)电源电压不变,铁心截面减小。,4)电源电压不变,铁心气隙增加。,5)电源电压增大,其它不变。,8-9 一台单相变压器的额定容量SN=50kVA,额定电压为10KV/230V,满载时二次电压为220V,则其额定电流I1N和I2N各是多少?,解:,8-10已知信号源的内阻R0=10k,用输出变压器带一个电阻为RL=3.2的扬声器,为了使扬声器获得最大功率,输出变压器的变压比应该是多少?,解:,获得最大功率的条件是什么?,R0=RL时 信号源输出最大功率,令,8-16 有一变压器,额定电压10000V/230,额定电流为V5A/215A。空载时,高压绕组自10000V电源上取用功率340W,电流0.43A。试求 1)变压器的变压比;2)空载电流占额定电流的百分数;3)空载时一次绕组的功率因数。,解:,1),2),3)功率因数,8-18 一台容量 的照明变压器,它的电压为 6600V/220V,问它能正常供应220V、40W的白炽灯
网站客服QQ:2055934822
金锄头文库版权所有
经营许可证:蜀ICP备13022795号 | 川公网安备 51140202000112号