[工学]天津大学电工课件.ppt

本章主要讨论的问题 1 磁路问题 第15章电磁与电动器件 局限于一定路径内的磁场问题 2 磁场的各个基本物理量也适合磁路 B H Rm 3 磁路与电路往往是相关联的 因此我们也要研究磁路和电路的关系及磁和电的关系 5 作为应用实例讨论变压器和电磁铁 4 分析与计算磁路的基本方法 磁化过程相当复杂 并具有明显的非线性 6 讨论三相异步电动机的结构与特性 7 低压控制电器和基本继电控制电路 15 1磁路 一 概念 磁路 磁通集中的局部空间 主磁通经过铁芯 空气气隙而形成的闭合通路为磁路 漏磁通 散布在外的磁通 主磁通 集中的磁通 i 二 安培环路定律 对于一般环路 对于线圈 录 i 磁化磁带 放 e i 三 磁路的欧姆定律 材料一样 面积一样 磁路是由若干段均匀磁场组合而成 磁阻 第k段磁路 磁动势 磁路欧姆定律 F 磁路KVL 磁路KCL 四 磁阻概念的应用 1 电感线圈 所以 有铁芯的线圈 无铁芯的线圈 2 空气气隙的影响 铁芯 空气隙 则 15 2铁芯线圈 线圈 电路问题铁芯 磁路问题 一 直流励磁 I 1 电路问题 2 磁路问题 I不变 对电路无影响 U一定 I一定 由于线圈做好后 R一定 N一定 Fm IN 恒定 特性 3 例直流电磁铁 通电瞬间 通电后 吸合后 所以吸合后 所以直流电磁铁动作平稳 适合动作频繁的机构 省电 I 牛顿 二 交流励磁 1 恒磁通特性 达到电平衡 i 忽略R 则有 N一定 f一定 当U一定时 m一定 电流I为非正弦 2 例交流电磁铁 通电瞬间 通电后 吸合后 所以吸合后 所以交流不适合动作频繁的机构 衔铁长时间受阻线圈就会烧毁 牛顿 3 交流励磁功率P 1 磁滞损耗Ph 2 涡流损耗Pe Pe Kef2Bm2 Ph KhfBmn 硅钢 硅钢片 感应式仪表 4 铁芯线圈交流电路的有用功率P P IUcos Pcu PFe I2R PFe 3 铁芯损耗 铁损PFe PFe Ph Pe 直流电磁铁 和交流电磁铁 15 3变压器 一 结构原理 1 工作原理 理想变压器 忽略损耗 磁饱和 漏磁通 P1 P2 i2N2 i2 u1 i1 i1N1 同名端 同极端 1与3 2与4 为合成磁通 S N1 N2 i1 原边 副边 i2 2 变压比 电压变换 3 变流比 磁势平衡方程式 其相量形式 变压器中电流的大小由负载确定 4 阻抗比 通过变压器的变换阻抗的作用 可实现 阻抗匹配 一正弦信号源的电动势US 5V RS 1000 负载电阻RL 40 举例 1 负载若直接与信号源连接 RL 4 RS U1 4 US 0 19V P 0 001W 2 通过变压器将信号源与负载连在一起 i 若Ku 10 则RL 100RL 4RS U1 4V P1 0 04W ii 若Ku 100 则RL 1002RL U1 5V 但P1 0 0625mW 考虑P 则RL RS 阻抗匹配 Ku 若Pmax 二 变压器的额定值 1 额定电流I1N I2N 长期通过的最大电流 2 额定电压U1N 在额定运行条件下 原边正常工作电压 3 额定容量SN SN INUN SN表征变压器的传输能力 变压器没有额定功率 额定电压U2N 在U1N条件下 副边的空载电压 受铁心饱和度的限制 配置变压器 S 三 变压器的运行特性 1 U2随负载I2的增大而降低 2 功率与效率 P1 P2 PFe PCu 副边开路 1 功率 U1 U1N时 测得原边侧功率为铁损 副边短路 I2 I2N 原边侧功率为满载下的铜损 铁损可看为常数 2 效率 PCu PFe时 max 3 举例 一个40KVA的单相变压器 副边开路 原边侧的输入功率为2KW 当副边短路 满载下的功率为4KW 计算下列条件下变压器的效率 1 满载2 50 负载 功率因数为0 8 滞后 解 PFe 2KW PCu 4KW 满负荷 1 cos 2 1 P2 40 1 40KW 2 cos 2 0 8 P2 40 0 5 0 8 16KW PCu 0 52 4 1KW X2 4 2 X 0 707 当负载为满载的70 7 时 变压器的 max 设 max时的负载为满载的X 此时PCu Pfe 2KW 负载为多大时 变压器的效率最高 四 三相变压器 某三相变压器 SN 50KVA U1N 10000V U2N 400V 绕组接法Y 求 1 I1N I2N 2 I1P I2P U1P U2P 3 原 副边线电压之比 1 理想变压器 解 2 原边Y 副边 S1N S2N SN 3 原副边线电压之比 Y Y Yo 1 三相电力变压器 2 自耦变压器 3 仪用交流互感器 电流互感器 电压互感器 图15 1 14电流互感器原理图图15 1 15电压互感器原理图 4 整流变压器 D k a 电容滤波电路 b 输入 输出波形 磁路节点 思考题 1 有a b c三个几何尺寸相同的环形磁路 均绕有N匝线圈 线圈通入相同电流 磁路a由铸铁材料构成 磁路b由铸钢材料构成 磁路c由铸铁材料构成但留有一小段气隙 试问 磁感应强度Ba Bb 磁感应强度B相等 磁场强度H不相等 1 磁路a与磁路b中的磁感应强度是否相等 磁场强度是否相等 3 相等 都是NI Rmb ma mc Bb Ba Bc 2 2 磁路c铁心中的磁场强度与气隙中的磁场强度是否相等 磁感应强度相等 3 沿三个磁路的中心线闭合环路对磁场强度的积分值各为何值 它们相等 解 磁场强度Ha Hb 见P248 2 如图所示磁路 保持励磁电流的频率和电压不变试问 1 励磁匝数不变 磁路的截面增大一倍 励磁电流有何变化 所以 励磁电流减为原来的一半 Fm NI HKlK RmK 当f一定 U一定 N一定时 m不变 S增大一倍 Rm减少一倍 1 2 BS 当f一定 U一定时 N增加一倍 则 m减为原来一半 3 当f一定 U一定 N不变时 则 m不变 拉开气隙时 Rm增大 磁动势Fm亦增大 励磁电流i亦增大 2 励磁线圈匝数增加一倍 铁心中的磁通有何变化 3 匝数不变 衔铁拉开一个空气隙 励磁电流如何变化 3 上述磁路如用直流电励磁 保持励磁电压和线圈匝数不变 当磁路的截面增大一倍 试问 1 铁心的磁通有何变化 Fm NI HKlK RmK 当U一定 N一定时 则励磁电流I 和磁动势Fm不变 S增大一倍 Rm减少一倍 1 2 BS 有气隙时 S增大 导致Rm增加很小 所以磁通 m微量增加 几乎不变 磁通 m增大一倍 励磁电流I 和磁动势Fm不变 2 若磁路的铁心与衔铁之间原有较大的空气隙 磁通的变化与问 1 有何异同 4 交流电磁铁线圈匝数 电流电压及铁心尺寸不变时 若气隙加大 则磁通量和电流如何变化 注 电磁铁系指由铁心 气隙 衔铁组成的磁路 5 在电源电压一定时 交流电磁铁的吸力和行程有关吗 当f一定 U一定 N一定时 m不变 气隙加大时 Rm增大 磁动势Fm亦增大 励磁电流i亦增大 Fm NI HKlK RmK 吸力和行程无关 吸力与Bm m S有关 励磁电流i与行程相关 6 在电源电压一定时 气隙变化时 直流电磁铁的励磁电流和磁通如何变化 Fm NI HKlK RmK 当U一定 N一定时 则励磁电流I 和磁动势Fm不变 BS 若 增大 Rm亦增大 m亦减小 则I不变 7 直流电磁铁的吸力与行程有关吗