磁路与带铁芯线圈电路.ppt

1,第六章 磁路与变压器,6.1 磁路 6.2 变压器的工作原理 6.3 变压器的使用 6.4 特殊变压器简介,2,第六章 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。,第一节 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,#,6-1,3,6.1.2 磁路计算中的基本物理量,与磁场方向相垂直的单位面积上通过的磁通（磁 力线）,4,三、磁场强度 h,磁场强度是计算磁场所用的物理量，其大小为磁 感应强度和导磁率之比。,5,二、磁导率,：表征各种材料导磁能力的物理量,6,磁性材料的磁性能,一、高导磁性 指磁性材料的磁导率很高， r1，使其具有 被强烈磁化的特性。,二、磁饱和性 当外磁场（或励磁电流）增大到一定值时，磁性 材料的全部磁畴的磁场方向都转向与磁场的方向一致， 磁化磁场的磁感应强度bj达到饱和值。,高导磁性、磁饱和性、磁滞性、非线性,7,磁化曲线,b和与h的关系,注,当有磁性物质存在时 b与h不成比例，与i也不成比例。,三、磁滞性 当铁心线圈中通有交变电流（大小和方向都变化） 时，铁心就受到交变磁化，电流变化时，b随h而变化， 当h已减到零值时，但b未回到零，这种磁感应强度滞 后于磁场强度变化的性质称磁性物质的磁滞性。,8,磁滞回线,剩磁：当线圈中电流减到零 （h0），铁心在磁化时所 获的磁性还未完全消失，这 时铁心中所保留的磁感应强 度称为剩磁感应强度br,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（磁滞回线接近矩形。可用做记忆元件）。,返回,9,二、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,#,6-1,10,磁动势,第一节 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,#,6-1,11,6-1,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。 祥见教材p190,#,12,励磁电流：在磁路中用来产生磁通的电流,6.1.4 磁路的分析,13,i,u,一. 直流磁路的分析,直流磁路的特点:,直流磁路和电路中的恒压源类似,（r 为线圈的电阻）,14,电路方程：,一般情况下 很小,二. 交流磁路的分析,15,假设,则,最大值,有效值,16,u,i,交流磁路的特点:,17,交流磁路中磁阻 对电流的影响,电磁铁吸合过程的分析：,在吸合过程中若外加电压不变, 则 基本不变。,i,u,18,(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）,19,变压器功能：,6.2 变压器的工作原理,20,变压器应用举例,21,单相变压器,一、变压器的基本结构,22,工作过程：,23,1. 空载运行 原边接入电源，副边开路。,接上交流电源,二、变压器的工作原理,（ 方向符合右手定则）,24,结论：改变匝数比，就能改变输出电压。,k为变比,原、副边电压关系,根据交流磁路的分析 可得：,时,（变电压）,25,2. 负载运行,z,副边带负载后对磁路的 影响：在副边感应电压的 作用下，副边线圈中有了 电流 i2 。此电流在磁路中 也会产生磁通，从而影响原边电流 i1。但当外加电压、频率不变时，铁芯中主磁通的最大值在变压器空载或有负载时基本不变 。带负载后磁动势的平衡关系为：,26,结论：原、副边电流与匝数成反比,由于变压器铁芯材料的导磁率高、空载励磁电流 很小，可忽略 。即：,原、副边电流关系,（变电流）,27,（变阻抗）,原、副边阻抗关系,从原边等效：,结论：变压器原边的等效负载，为副边所带负载乘以 变比的平方。,28,阻抗变换举例：扬声器上如何得到最大输出功率。,求：负载上得到的功率,解：（1）将负载直接接到信号源上，得到的输出功 率为：,29,（2）将负载通过变压器接到信号源上。,输出功率为：,结论：由此例可见加入变压器以后，输出功率提高了 很多。原因是满足了电路中获得最大输出的条 件（信号源内、外阻抗差不多相等）。,30, 额定电压 变压器副边开路（空载）时，原、副边绕组允 许的电压值。, 额定电流 变压器满载运行时，原、副边绕组允许的电流值。,6.3.1 变压器的铭牌数据（以单相变压器为例）,6.3 变压器的使用,31,注意：变压器几个功率的关系,32,6.3.2 变压器的效率(),为防止涡流损失，铁芯一般由一片片导磁材料叠合而成。,33,6.3.3 变压器的外特性,副边输出电压和输出电流的关系。即：,u20：原边加额定电压、 副边开路时，副边的输 出电压。,34,当电流流入两个线圈(或流出）时，若产生的磁通方向相同，则两个流入端称为同极性端（同名端）。或者说，当铁芯中磁通变化（增大或减小）时，在两线圈中产生的感应电动势极性相同的两端为同极性端。,同极性端(同名端),6.3.4 变压器绕组极性及连接方法,35,电器使用时两种电压（220v/110v）的切换：,220v： 联结 2 3,110v： 联结 1 3，2 4,线圈的接法,36,220v：联结 2 3,励磁,两种接法下线圈工作情况的分析,37,110v：联结 1 3，2 4,220v：联结 2 3,38,问题1：在110v 情况下，如果只用一个绕组（n），行不行？,答：不行（两绕组必须并绕）,原边有两个相同绕组的电源变压器（220 / 110），使用中应注意的问题：,39,问题2：如果两绕组的极性端接错，结果如何？,结论：在极性不明确时，一定要先测定极性再通电。,答：有可能烧毁变压器,40,方法一：交流法,同极性端的测定方法,若 说明 a 与 a 或 x 与 x 为同 极性端。,测量：,41,方法二：直流法,42,变压器设计中的一些概念(1),定铁芯窗口,定导线直径,( , 一定时, ),43,在同样变比情况下，匝数多好，还是少好？,变压器设计中的一些概念(2),44,6.4.1 自耦变压器,6.4 特殊变压器简介,使用时，改变滑动端的位置，便可得到不同的输出电压。实验室中用的调压器就是根据此原理制作的。注意：原、副边千万不能对调使用，以防变压器损坏。因为n变小时，磁通增大，