第6章磁路与铁心线圈电路.ppt

第6章磁路与铁心线圈电路,6.1磁路及其分析方法,6.2交流铁心线圈电路,6.3变压器,6.4电磁铁,第6章目录,磁感应强度B矢量磁通密度B=F/l*I,2.磁通F标量单位：Wb,4.磁场强度H矢量H=B/,3.磁导率真空磁导率0=4107H/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=BS,相对磁导率r=/0对于铁磁材料r=102105,单位：A/m(安培/米),单位：T，Gs，1T=104Gs,6.1磁路及其分析方法,第6章6.1,6.1.1磁场的基本物理量,第6章6.1,第6章6.1,5.磁通势Fm定义：F=Ni或F=NI单位:安培A,1.高导磁性,2.磁饱和性,3.磁滞性,6.磁压降Um定义：Um=Hl,单位：A(安培),6.1.2磁性材料的磁性能,第6章6.1,4.按磁性物质的磁性能，磁性材料可以分成三种类型:(1)软磁材料Hc较小(2)永磁材料Hc较大3)矩磁材料Hc较小且Br较大,第6章6.1,在没有外磁场的作用时，各个磁畴排列混乱，磁场互相抵消，对外既显示不出磁性来(a)。在外磁场作用下，其中的磁畴就顾外磁场方向转向，显示出磁性来。随着外磁场的增强(或励磁电流的增大)，磁畴就逐渐转与外磁场相同的方向上(b)。这样，便产生了一个很强的与外磁场同方向的磁化磁场，而使磁性物质内的磁感应强度大大增加。这就是说磁性物质被强烈地磁化了。在这种具有铁心的线圈中通入不大的励磁电流,便可产生足够大的磁通和磁感应强度。这就解决了既要磁通大，又要励磁电流小的矛盾。利用优质的磁性材料可使同一容量的电机的重量和体积大大减轻和减小。,1.高导磁性,第6章6.1,oa段B与H差不多成正比地增加;ab段B的增加缓慢下来;bc以后一段B增加得很少，达到了磁饱和。,当有磁性物质存在时B与H不成正比，所以磁性物质的磁导率不是常数，随H而变.虽然磁通与B成正比，产生磁通的励磁电流I与H成正比，但在存在磁性物质的情况下，与I也不成正比。,2.磁饱和性,第6章6.1,Hm,Hm,Br,HC,B,H,当铁心线圈中通有交变电流时，铁心就受到交变磁化。磁感应强度B随磁场强度H而变化的关系如图所示。当H已减到零值时，但B并未回到零值。这种磁感应强度滞后于磁场强度变化的性质称为磁性物质的进滞性。剩磁感应强度Br,使B0的H值，称为矫顽磁力Hc。,3.磁滞性,1.磁通连续性原理：,BdS=0,2.安培环路定律：,Hdl=I,铁心,线圈,磁路的概念,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，也是电工技术课程所研究的基本对象。,6.1.3磁路的分析方法,第6章6.1,F=0,1=2+3,3.磁路的克希荷夫第一定律,可与电路中的KCL类比,第6章6.1,I1,I2,1,2,3,4.磁路的克希荷夫第二定律,l3,l2,l1,N1,N2,Hl=NI,l0,H1l1+H2(l2+l3)+H0l0=N1I1N2I2,可与电路中的KVL类比,第6章6.1,5.磁路的欧姆定律,可与电路类比,I1,I2,1,2,3,l3,l2,l1,N1,N2,l0,=BS=HS,S,定义：Rm=为磁阻,l,（Fm）Um=Rm,或=Um/Rm,U=RI,S,单位：1/H(1/亨),第6章6.1,第6章6.1,磁路与电路对照1.相似之处,第6章6.1,磁路与电路对照2.不同之处,(1)在处理电路时一般不涉及电场问题，但在处理磁路时离不开磁场的概念。(2)在处理电路时一般可以不考虑漏电流(因为导体的电导率比周围介质的电导率大得多)，但在处理磁路时一般都要考虑漏磁通(因为磁路材料的磁导串比周围介质的磁导率大得不太多)。(3)磁路的欧姆定律与电路的欧姆定律只是在形式上相似。由于的变化，不能直接应用磁路的欧姆定律来计算，它只能用于定性分析。(4)在电路中，当E0时，I0；但在磁路中，由于有剩磁，当F0时，0。,(1)已知磁通求磁通势F,条件:已知,S,l,求:F,I,N,方法:对线性磁路,0S,R0=,l0,，代入Um=R,Um=Fm,，代入Um=R,6.直流磁路的计算,第6章6.1,N,I,0,l0,l1,1,S,例1已知:l1=0.2m,S=10-4m2,N=103,=0.410-4Wb,l0=0.2mm,解,铁心：,气隙：,Um=Um0+Um1=(Rm0+Rm1),Fm=IN=Um=400A,I=Fm/N=0.4A,Um0=200A,结论:气隙的长度很小,但磁阻很大,故磁压降很大。,N,r=103,求：F和I,第6章6.1,N,I,0,l0,l1,1,A,例2已知:l1=0.2m,S=10-4m2,N=103,=0.410-4Wb,l0=0.2mm,解,铁心：,Fm=IN=Um0+Um1=484A,I=Fm/N=0.484A,N,已知材料为铸钢,r未知。,=0.4=1.25T,1420A/m,Um1=H1l1=284A,求:Fm和I,第6章6.1,1.对均匀磁路(单个磁阻),(2)已知磁通势F求磁通,2.对非均匀磁路(多个磁阻),直至满足误差的要求。,第6章6.1,6.2.1电磁关系,6.2交流铁心线圈电路,第6章6.2,因为漏磁通经过空气隙，所以励磁电流I与成线性关系，铁心线圈的漏磁电感(L=N/i)为常数。但主磁通通过铁心，铁心线圈的主磁电感L不是一个常数，因此，铁心线圈是一个非线性电感元件。,设=msint,e=Nmcost=Emsin(t-90),6.2.1电磁关系,=4.44fNm,6.2交流铁心线圈电路,第6章6.2,6.2.2电压电流关系,u,Fm=iN,uR=iR,(主磁通),(漏磁通),由KVL：u=iRee,ue,R和e很小,U的有效值,UE=4.44fNm,U=4.44fNSKBm,其中K叠片系数(K空载电流i0),2.电流变换,第6章6.3,a,S,RL,1,N1,N2,A,X,x,I1,2,I2,t,t,t,i1,i2,2,e1e2,设=msint,e=Nmcost=Emsin(t-90),cos,2,当ZL=RL(即cos)时,i2与e2同相位,2=2msin(t-90),第6章6.3,2.电流变换,a,S,ZL,N1I1=N2I2,1,N1,N2,A,X,x,I1,2,I2,结论,产生主磁通的磁动势,有效值,I0=I1N(2.5),第6章6.3,2.电流变换,I2,n,Z,U2,U1,I1,Z0,=k2ZL,结论,可利用变压器进行阻抗匹配,3.阻抗变换,第6章6.3,6.3.2变压器的外特性,1.变压器的等值电路,（1）空载运行等值电路,（2）负载运行等值电路,X1漏磁感抗,X0励磁感抗,第6章6.3,相量图,感性负载,第6章6.3,I2,k,ZL,U2,U1,I1,Z0,cos=0.8,cos=1,1,0,U2/U2N,I2/I2N,1,1.损耗P=PCu+PFe,PCu=I1R1+I2R2,2,2,2.效率,外特性U2=f(I2),=(9099)%,2.变压器的外特性,6.3.3变压器的损耗与效率,第6章6.3,3.额定容量(V.A),三相变压器,单相变压器,SN=U1NI1N=U2NI2N,4.额定电压U1N和U2N,5.额定电流I1N和I2N变压器的额定电流I1N和I2N是指按规定工作方式(长时连续工作或短时工作或间歇工作)运行时原、副绕组允许通过的最大电流，它们是根据绝缘材料允许的温度确定的。,U2N原方绕组加U1N时，副方绕组的开路电压,U2N应比满载运行时的输出电压U2高出510%,6.3.3变压器的损耗与效率,第6章6.3,U1,N1,N2,ZL,U2,k=1时,I=0；,k1时,I0,工作原理,可用作调压器,6.3.4特殊变压器,第6章6.3,1.自耦变压器,第6章6.3,2.交流互感器,(1).工作原理,(2)作用电流互感器可使测量仪表与高压电路隔开，以保证人身与设备的安全。电流互感器可将大电流变换为小电流进行测量。,第6章6.3,(3).示例,测流钳,在使用电流互感器时，副绕组电路是不允许所开的。这点和普通变压器不一样。为了使用安全起见，电流互感器的铁心及副绕组的一端应该接地。,A,X,a,x,i,i,1,2,6.3.5变压器绕组的极性,第6章6.3,6.4电磁铁,1.直流电磁铁,衔铁,铁心,铁心,线圈,线圈,衔铁,(1)结构特征,(2)吸力,第6章6.4,F,对直流U=IRU不变时，I不变,磁动势Fm=IN=Um=Rm也不变,Rm=Rm0+Rm1,Rm=Rm1,吸合,后,前,在吸合后,B0,S不变,结论：吸力变大！,(3)吸合前后的吸力变化,第6章6.4,（2）吸力,（1）结构特征,平均吸力：,设B0=Bmsint,瞬时吸力：,铁心由硅钢片叠成；,有分磁环,2.交流电磁铁,第6章6.4,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,第6章6.4,（4）吸合前后的吸力不变,磁动势Fm=iN=Um=Rm,Rm=Rm0+Rm1,Rm=Rm1,吸合,后,前,在吸合过程中,吸力不变,励磁电流由大小,结论：,根据