磁路与铁心线圈电路.ppt

第6章磁路与铁心线圈电路 在很多电工设备中 不仅有电路的问题 同时还有 磁路的问题 只有同时掌握了电路和磁路的基本理论 才能对各种电工设备作出作全面的分析 磁路问题与磁场和磁介质有关 而磁场往往与电流相关联 所以本章将研究磁路和电路的关系及磁和电的关系 本章讨论对象将以变压器为主 重点研究其电磁特性 为以后研究电动机的基本特性打基础 6 2交流铁心线圈电路 铁心线圈 直流铁心线圈 交流铁心线圈 直流励磁 产生恒定磁通 没有感应电动势 没有铁心功率损耗 铁损 只有线圈电阻功率损耗i2r 铜损 交流励磁 产生交变磁通 产生感应电动势 功率损耗 铁损 铜损 6 2交流铁心线圈电路 6 2 1电磁关系 n 磁通势 主磁通 通过铁心闭合的磁通 漏磁通 经过空气或其它非导磁媒质闭合的磁通 线圈 铁心 i 铁心线圈的漏磁电感 与i不是线性关系 主磁电动势 漏磁电动势 6 2 2电压电流关系 根据kvl 式中 r是线圈导线的电阻 l 是漏磁电感 当u是正弦电压时 其它各电压 电流 电动势可视作正弦量 则电压 电流关系的相量式为 设主磁通则 有效值 由于线圈电阻r和感抗x 或漏磁通 较小 其电压降也较小 与主磁电动势e相比可忽略 故有 式中 bm是铁心中磁感应强度的最大值 单位 t s是铁心截面积 单位 m2 6 2交流铁心线圈电路 6 2 3功率损耗 1 铜损 2 铁损 磁滞损耗 在交变磁场中 铁磁材料要反复磁化 就产生了类似摩擦发热的能量损耗 我们称之为磁滞损耗 选用磁滞回线狭小的磁性材料制造铁心 如硅钢 可以证明 交变磁化一周在铁心的单位体积内所产生的磁滞损耗能量与磁滞回线所包围的面积成正比 6 2交流铁心线圈电路 6 2 3功率损耗 1 铜损 2 铁损 涡流损耗 由涡流所产生的铁损 涡流 涡流损耗也要引起铁心发热 在顺磁场方向 由彼此绝缘的硅钢片叠成铁心 利用涡流的热效应来冶炼金属 制造感应式仪器 滑差电机及涡流测距器等 6 2交流铁心线圈电路 bm不能取太大 一般为0 8 1 2t 电力工业中常采用高压输电低压配电 实现节能并保证用电安全 具体如下 6 3变压器 6 3变压器 升压 降压 耦合 匹配 各种专用变压器 6 3变压器 分类 按铁心的位置分 心式 壳式 图形符号 1 闭合铁心 2 绕组 与电源相联 原绕组 初级绕组 一次绕组 与负载相联 副绕组 次级绕组 二次绕组 一次 二次绕组互不相连 能量的传递靠磁耦合 1 空载运行情况 1 电磁关系 一次侧接交流电源 二次侧开路 空载时 铁心中主磁通 是由一次绕组磁通势产生的 2 带负载运行情况 1 电磁关系 一次侧接交流电源 二次侧接负载 有载时 铁心中主磁通 是由一次 二次绕组磁通势共同产生的合成磁通 6 3 1变压器的工作原理 1 电压变换 r1 r2 r1 x1较小 u1 e1 4 44 f n1 m r1为一次侧绕组的电阻 x1 l 1为一次侧绕组的感抗 漏磁感抗 由漏磁产生 r2为一次侧绕组的电阻 x2 l 2为二次侧绕组的感抗 漏磁感抗 由漏磁产生 6 3 1变压器的工作原理 1 电压变换 原副绕组的电压比 空载时 e2 u20 4 44 f n2 m u20为变压器空载电压 结论 改变匝数比 就能改变输出电压 变比在变压器的名牌上注明 它表示原 副绕组的额定电压之比 例如 6000 400伏 k 15 额定电压u1n u2n变压器二次侧开路 空载 时 一次 二次侧绕组允许的电压值 额定电流i1n i2n变压器满载运行时 一次 二次侧绕组允许的电流值 6 3 1变压器的工作原理 2 电流变换 u1 e1 4 44fn1 m 当u1和f不变时 m基本不变 近于常数 有载时 n1i1 n2i2 合成磁通势 空载时 原绕组的磁通势 n1i0 n1i1 n2i2 n1i0 i0很小 n1i1 n2i2 可见 铁心中主磁通的最大值 m在变压器空载和有载时近似保持不变 即有 6 3 1变压器的工作原理 2 电流变换 虽然变压器中的电流是由负载的大小确定的 但是原 副绕组中电流的比值是差不多不变的 当负载增加时 i2和n2i2随着增大 i1和n1i1也必须相 应增大 以抵偿副绕组的电流和磁通势对主磁通的影响 从而维持主磁通的最大值 m近于不变 变压器额定容量 6 3 1变压器的工作原理 3 阻抗变换 实现阻抗匹配 把副边阻抗模折算到原边 结论 变压器一次侧的等效阻抗模 为二次侧所带负载的阻抗模的k2倍 解 例1 如图 交流信号源的电动势e 120v 内阻r0 800 负载为扬声器 其等效电阻为rl 8 要求 1 当将负载直接与信号源联接时 信号源输出多大功率 2 当rl折算到原边的等效电阻时 求变压器的匝数比和信号源输出的功率 1 将负载直接接到信号源上时 输出功率为 信号源的输出功率 电子线路中 常利用阻抗匹配实现最大输出功率 结论 接入变压器以后 输出功率大大提高 原因 满足了最大功率输出的条件 2 变压器的匝数比应为 解 6 3 2变压器的外特性 1 变压器的外特性 当一次侧电压u1和负载功率因数cos 2保持不变时 二次侧输出电压u2和输出电流i2的关系 u2 f i2 一般供电系统希望要硬特性 随i2的变化 u2变化不大 电压变化率约在5 左右 电压变化率 u20 一次侧加额定电压 二次侧开路时 二次侧的输出电压 6 3 3变压器的损耗与效率 1 铜损 2 铁损 变压器的输入功率 电源发出的功率 p1 变压器的输出功率 负载获得的功率 p2 变压器的效率 与负载大小有关 与负载大小无关 与bm有关 例题 三相变压器带电阻负载 sn 100kva u1n 6000v u2n u20 400v f 50hz 绕组接成y y0 由试验测得 pfe 600w 满载时 pcu 2400w 试求 1 变压器的额定电流 2 满载和半载时的效率 解 1 2 6 3 4特殊变压器 1 自耦变压器 副绕组是原绕组的一部分 6 3 4特殊变压器 2 电流互感器 测流钳 被测电流 电流表读数 n2 n1 实现用低量程的电流表测量大电流 二次侧不能开路 以防铁心发热 副边感应电动势升高 2 铁心及副绕组的一端接地 6 3 5变压器绕组的极性 同极性端 同名端 的判定 1 3 同极性端 2 4 同极性端 当电流流入 或流出 两个线圈时 若产生的磁通方向相同 则两个流入 或流出 端称为同极性端 当磁通变化 增大或减小 时 在同极性端感应电动势的极性也相同 6 4电磁铁 1 概述 电磁铁是利用通电的铁心线圈