磁路与铁心线圈电路

第3章磁路与变压器 3 1磁路及其分析方法 3 2交流铁心线圈电路 3 3变压器 一 磁路 3 1磁路及其分析方法 磁路 主磁通所经过的闭合路径 线圈通入电流后 产生磁通 分主磁通和漏磁通 磁场的特性可用磁感应强度 磁通 磁场强度 磁导率等几个物理量表示 1 磁感应强度 与磁场方向相垂直的单位面积上通过的磁通 磁力线 可表示磁场内某点的磁场强弱和方向 B的单位 特 斯拉 T 1T 104Gs 的单位 韦伯 矢量 二 磁场的基本物理量 2 磁通磁感应强度B与垂直于磁场方向的面积S的乘积 称为通过该面积的磁通 如磁场内各点的磁感应强度的大小相等 方向相同 这样的磁场则称为均匀磁场 BS 的单位 伏 秒 通称为韦 伯 Wb或麦克斯韦Mx1Wb 108Mx 3 磁场强度 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 H的单位 安 米 的单位 亨 米 矢量 4 磁导率磁导率 是一个用来表示磁场媒质磁性和衡量物质导磁能力的物理量 真空中的磁导率为常数 一般材料的磁导率 和真空磁导率 0的比值 称为该物质的相对磁导率 r 或 磁性材料的磁性能 一 高导磁性指磁性材料的磁导率很高 r 1 使其具有被强烈磁化的特性 三 磁性材料的磁性能 高导磁性 磁饱和性 磁滞性 非线性 磁性物质的磁化 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 磁化曲线 B和 与H的关系 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 磁滞回线 剩磁 当线圈中电流减到零 H 0 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 铁磁材料分类 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 电流方向和磁场强度的方向符合右手定则 电流取正 否则取负 1 安培环路定律 全电流定律 磁场中任何闭合回路磁场强度的线积分 等于通过这个闭合路径内电流的代数和 即 四 磁路的分析方法 其中 lx 2 x是半径为x的圆周长Hx是半径x处的磁场强度F NI即线圈匝数与电流的乘积 称磁通势单位为安 培 A 在无分支的均匀磁路 磁路的材料和截面积相同 各处的磁场强度相等 中 如环形线圈 安培环路定律可写成 讨论 磁场内某一点的磁场强度H与 有关吗 由上式可知 磁场内某一点的H只与电流大小 线圈匝数及该点的几何位置有关 而与 无关 H与B不成比例 2 磁路的欧姆定律 对于环形线圈 磁路的欧姆定律 说明 F NI为磁通势Rm为磁阻l为磁路的平均长度S为磁路的截面积 磁路和电路的比较 一 磁路 电路 磁通 I N R E I 磁压降 磁通势 U 基本定律 磁阻 磁感应强度 安培环路定律 磁路 I N 欧姆定律 电阻 电流强度 基氏电压定律 基氏电流定律 磁路与电路的比较 二 电路 R E I 3 磁路的计算 在计算电机 电器等的磁路时 要预先给定铁心中的磁通 或磁感应强度 而后按照所给的磁通及磁路各段的尺寸和材料去求产生预定磁通所需的磁通势F NI 计算均匀磁路要用磁场强度H 即NI Hl 如磁路由不同的材料 长度和截面积的几段组成 则磁路由磁阻不同的几段串联而成 NI H1l1 H2l2 Hl 如 由三段串联而成的继电器磁路 NI H1l1 H2l2 H0 Hl 励磁电流 在磁路中用来产生磁通的电流 3 2交流铁心线圈电路 铁心线圈分为 直流铁心线圈和交流铁心线圈 I U 直流磁路的特点 R为线圈的电阻 一 直流磁路的分析 二 交流磁路的分析 交流铁心线圈电路 1 电磁关系 电路方程 一般情况下 主磁通 漏磁通 2 电压电流关系 假设 则 最大值 有效值 交流磁路的特点 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 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 铁损 PFe 磁滞损耗 Ph 磁滞现象引起铁芯发热造成的损失 涡流损耗 Pe 交变磁通在铁芯中产生的感应电流 涡流 造成的损失 克服方法 1 磁滞损耗 选用软磁材料 2 涡流损耗 采用硅钢片 叠加而成 3 功率损耗 铜损 Pcu 线圈电阻R上的损耗 铁心线圈交流电路的有功功率为 变压器是变换各种交流电压的电器 它是利用电磁感应定律并通过磁路的耦合作用 把某一个数量级的交流电压 变换成同频率的另一个数量级的交流电压的能量变换装置 3 3变压器 变压器应用举例 变压器铁心 硅钢片叠压而成 变压器绕组 高强度漆包线绕制而成 其它部件 油箱 冷却装置 保护装置等 铁心 线圈 2 构造 壳式变压器 心式变压器 铁心 线圈 按用途分 电力变压器 特种用途变压器 按相数分 单相 三相和多相变压器 按绕组数分 双绕组 多绕组及自耦变压器 1 分类 概述 各式各样的变压器 单相变压器 结构 3 3 1变压器的工作原理 电磁关系 N1 N2 空载运行 一次绕组接入电源 二次绕组开路 接上交流电源 1 电压变换 结论 改变匝数比 就能改变输出电压 K为变比 根据交流磁路的分析可得 时 负载运行 二次绕组带负载后对磁路的影响 在二次绕组感应电压的作用下 二次绕组线圈中有了电流i2 此电流在磁路中也会产生磁通 从而影响一次绕组电流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 所以 带负载后磁动势的平衡式为 2 电流变换 结论 一次 二次绕组电流与匝数成反比 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 从一次绕组等效 结论 变压器一次绕组侧的等效负载 为二次绕组所带负载乘以变比的平方 3 阻抗变换 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 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 二次输出电压和输出电流的关系 即 U20 一次边加额定电压 二次边开路时 二次边的输出电压 一般供电系统希望要硬特性 随I2的变化 U2变化不多 3 3 2变压器的外特性 为防止涡流损失 铁芯一般由一片片导磁材料叠成 如硅钢片 3 3 3变压器的损耗与效率 一 自耦变压器 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 电流会迅速增加 3 3 4特殊变压器简介 调压器 二 电流互感器 用低量程的电流表测大电流 被测电流 电流表读数 N2 N1 1 二次不能开路 以防产生高电压 2 铁心 低压绕组的一端接地 以防在绝缘损坏时 在二次出现过压 使用注意事项 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 3