电工技术基础课程课件

第6章磁路和磁芯线圈电路、6.2 AC磁芯线圈电路、6.3变压器、6.4电磁铁、6.1磁路及其分析方法，实际电路在有很多电感零件的线圈中有磁芯。线圈通电后，核心组成磁路，磁路影响电路。因此，电气技术不仅有电路问题，还有磁路问题。6.1磁路及其分析方法，磁感应强度b，磁感应强度b是指示磁场内特定点的磁场强度和方向的物理量。b的大小等于垂直于磁场方向单位面积的磁力线的数量，b的方向使用右手螺旋法则确定。单位为特斯拉(t)。磁感应强度或磁通量密度，定义，T(Wb/m2)，安培，1T=104(GS)，根据安培力定义B，6.1.1磁场的基本物理量，根据洛伦兹力定义B，电流以特定速度移动电荷、洛仑兹力、定义、s面为闭合曲面时的磁通连续性原理，主磁通量为标量。磁通连续性原理表明磁力线是没有头和尾的闭合曲线，这一特性建立在自然不存在磁力线的基础上。磁性材料主要是指过量的元素铁、钴、镍极合金等材料。他们的主要磁力如下。1，高渗透率，磁性材料的高渗透率，r1，102105的两级。分子电流和磁畴理论：分子内电子的核迁移和自转形成分子电流，分子电流产生磁场，每个分子对应一个小磁铁。由于磁性物质分子的相互作用，分子电流局部形成有序排列，显示磁性，这种小区域称为磁畴。6.1.2磁性材料的磁性特性，磁化引起的磁性磁场不受限制地增加，当外部磁场(或刺激磁场的电流)增加到一定水平时，整个磁畴反转方向以匹配护套的方向。此时，磁感应强度达到饱和值。B0是真空中的磁感应强度。BJ是磁化产生的磁感应强度。b是介质的总磁感应强度。磁性材料不是常数，和h也没有比例关系。2 .磁饱和，OA段：b几乎与h成正比增加；Ab段：b的增长缓慢。点b后：b几乎没有增加，达到饱和。如果磁性物质存在，则b与h不成比例，磁性物质的电导率不是常数，随h变化。如果磁性物质存在，则与I不成比例。磁性材料的磁化曲线在磁路计算中非常重要，是非线性曲线，实际上是通过实验得到的。磁化曲线，B与H的关系，B-H磁化曲线的特征：a铸铁B铸钢c硅钢片，o，0 . 10 . 20 . 30 . 40 . 50 . 60 . 70 . 80 . 91 . 0103，h/(a/m)，H但是，当h减少到0时，b没有返回到0，剩馀的磁Br出现。1，2，3，4，5，磁感应强度落后于磁场强度变化的特性称为歇斯底里。图是磁性材料的磁滞曲线。要使残余磁场消失，通常需要反向磁化。B=0的h值称为矫顽力Hc(参见图3和图6的对应点)，6，图2表示剩余磁感应强度Br(残余磁)，3 .歇斯底里，歇斯底里循环，br，HC，但是残留磁性有有害的一面。例如，在平面磨床上加工的工件具有残留，因此会吸入工件。为此，必须通过反向脱磁电流去除剩余的磁力，才能去除工件。矫顽力创建Hc: B=0所需的h值。如果磁性物质不同，磁滞回线和磁化曲线也不同。根据磁性材料的磁性特性，磁性材料分为3种类型：(1)软磁材料，其矫顽力小，磁滞回线窄。(芯)，(2)矫顽力大，磁滞回线宽的永磁材料。(磁铁)，(3)残余磁性和矫顽力小，磁滞回线为矩形的力矩磁性材料。(记忆因素)，为了产生尽可能多的励磁电流的磁通量，必须在电磁设备或电磁元件上放置一定形式的磁芯。大多数磁通量通过磁芯形成闭合路径磁路。此图是通过核心和空气间隙闭合的交流接触器的磁路。，或6.1.3磁路分析方法，表达式：F=IN称为磁通生成激发的磁电势；Rm是磁电阻、磁通干扰的磁路量；l是磁路的平均长度。s是磁路的截面。也就是说，磁路的欧姆定律和常识与电路的欧姆定律的形式相似，与磁路形成对照。磁路、电路、磁电位f、磁通、磁感应强度b、磁阻r=l/s、电动势e、电流I、电流密度j、电阻r=l/、(1)处理电路时没有电场问题，处理磁路例如，在讨论电动机时，经常分析电动机磁路气隙中磁感应强度的分布。(2)一般在电路处理中不考虑泄漏电流，通常考虑漏磁通。(3)磁路欧姆定律和电路欧姆定律在形式上只是相似。因为不是常数，所以这里随电流变化的磁路欧姆定律不能用于直接计算，只能用于定性分析。(4)电路中E=0时I=0；但是，在磁路中，由于残余磁性，F=0时不等于0。磁路分析的特性，在计算磁路问题时，可以应用上述磁路欧姆定律，但磁路的磁导率(随励磁电流变化)不恒定，因此经常被磁场强度h的物理量使用。或者，如果磁路不均匀，由不同材料组成，则磁路的磁阻必须用不同的段连接。也就是说，右侧图中显示的继电器的磁路为3段，如果确定铸钢的磁化曲线，则B=0.9T，磁场强度H1=500A/m，示例13360具有内径10厘米，外径5厘米，芯材料为铸钢圆芯线圈。磁路包含0.2厘米长的气隙。要使线圈通过1A的电流获得0.9T的磁感应强度，请使用线圈灯。解决方案：气隙的磁场强度，铸钢核心的磁场强度，磁芯的平均长度，磁路的平均总长度，每个段的磁通量电位总计，线圈灯数，磁路包含气隙时的磁电阻很大，因此磁通量电位几乎下降到气隙上方。结论：磁路包含气隙时，电阻很大，因此要获得相同的磁感应强度，必须增加励磁电流(设定线圈灯数)。2 .交流芯线圈电路，芯线圈分为两种：1。直流核心线圈电路，直流核心线圈通过直流励磁(例如直流电动机的励磁线圈、电磁吸盘和各种直流电气线圈)。如果这里有直流，产生磁通量是固定的，所以在线圈和铁芯上没有检测电动势，在固定电压u下线圈电流I只与线圈的r相关，p也只与I2R相关，所以对直流铁芯线圈的分析更简单。本课程中不进行说明。交流芯线圈通过交流励磁，例如交流电动机、变压器和各种交流电气线圈。电压、电流和其他关系不同于直流。下面说明。6.2 AC核心线圈电路，磁势F=iN产生的磁通量大部分通过磁芯闭合，这部分磁通量称为工作磁通量。如磁芯图所示，也通过空气等非磁性物质部分封闭，这部分磁通漏磁通，；这两个磁通量在线圈中产生感应电动势e和ERC；e基磁电动势，e漏磁电动势。6.2.1电磁关系，这种电磁关系可以表示为：风格N=lrI到lr常数，称为泄漏感应，I和之间没有线性关系。换句话说，l不是常数。因此，核心线圈是非线性电感元件。 I和l的关系如图所示。，l，2。铁损失，1。铜损失，磁滞损失，磁滞引起的铁损失称为磁滞损失。在核心的单位体积内，一周内，交流磁化引起的磁滞损耗能量与磁滞环包围的面积成正比。滞后损失必须引起核心热。要减少磁滞损耗，磁滞回路必须用较小的磁性材料做磁芯。硅钢是变压器和马达常用的磁芯材料，磁滞损耗小。滞后损耗，涡流损耗，6.2.3功率损耗，涡流损耗，涡流损耗铁，称为涡流损耗Pe0，线圈有交流电源时发生的磁通量也称为交变。因此，不仅要在线圈中产生感应电动势，还要在芯内产生感应电动势和感应电流。这种感应电流称为涡流，在垂直于磁通方向的平面内环中流动。在交流磁通作用下，芯内的这两种损失与结铁损失PFe0铁损失几乎与芯内磁感应强度的最大Bm的平方成正比，因此Bm不应选择太多。如上所述，核心线圈交流电路的有效功率也可以分析为p=ui cos=i2r pf E0、6.2.4等效电路、核心线圈交流电路等价值电路。所谓等效电路是指没有铁的交流电路。在相同电压下，功率、电流和两者的相位关系相同注意：铁心线圈的非正弦周期电流已被等效正弦电流替换。这将磁路计算问题简化为电路计算问题。首先画出核心线圈的电阻器r和感应x sigma，剩下的就成为理想的核心线圈电路，没有电阻和漏磁。但是铁的心仍然有能量损失和能量储存。因此，理想的核心线圈交流回路可以替换为具有电阻R0和感应X0的回路。电路如图所示。I，X，其中电阻R0是相当于铁心能量损失(铁损失)的等效电阻，其值为。感应X0对应于铁心能量存储装置(电源和能量交换)的等效电感，其值是等效电路的阻抗模式，表达式：PFe是铁损耗，QFe是核心存储能量的无功功率。例如，理想的核心线圈具有能量损失和存储设备，相当于电阻R0和感应X0系列电路。其中电阻R0是对应于核心能量损失(铁损失)的等效电阻，感应电阻X0是对应于核心能量存储设备的等效热阻。参数包括：等效电路、理想核心线圈的等效电路、变压器是电力系统和电子线路中广泛使用的典型电气设备。变压器的主要功能包括：在能量传输过程中，电力p=ui cos和负载功率因数cos被传递：电力损失小，金属材料(经济)，6.3.1概述，ui，p=IRL，is，6.3变压器，变压器，尤其是，变压器的磁路、变压器的电路、变压器的结构、变压器的分类、主、次绕组没有相互连接，能量的传递是通过磁耦合实现的。6.3.2变压器工作原理，(1)空载工作，单边交流电源，二次侧开放。空载时，铁心主磁通由绕组磁通电位产生。1 .电磁关系，(2)负载运行，1 .电磁关系，单边交流电源，次要横向负载。有负荷时铁心主磁通是由主、次绕组磁通电位产生的合成磁通。有效值：类似于：1) 1，二次主磁通感应电动势，2。电压转换(设置正弦交流电压)，根据KVL:变压器主等效电路图，电阻R1和感应X1(或漏磁)较小，两端电压小，因此主和次侧速电压是主侧绕组的电阻。x1=L 1是主侧绕组的减压(漏磁电感的情况下漏磁)。对于二次侧，KVL:结论：改变灯的比率可以改变输出电压。R2是二次绕组的电阻。x2=L 2是二次绕组的灵敏度。二次绕组的末端电压。变压器空载：类型U20为变压器空载电压。，因此，(1)三相变压器结构，高压绕组：U2，V2，w23360末端，u1，v1，w 13360第一端，低压绕组：U1，V1，w 13360 2)三相变压器y0/连接，线路电压比：(主、次侧电流关系)，负荷运行，即铁芯主磁通量的最大m基本上是空载和负载时恒定的。可以忽略主绕组的阻抗压降，而不管变压器的空载或空载，因此，如果U1，f没有更改，m在默认情况下将接近常量，并且不会更改。空载：负荷：3。电流转换或，结论：一，二侧电流与灯数成反比。或：1。提供产生m的磁势，磁势平衡：空载磁势，具有负载磁势，从图中可以看出：结论：变压器一侧的等效阻抗模式，第二侧负载的阻抗模块的K2倍。4。阻抗转换，1)变压器的型号，5。变压器的铭牌和技术数据，2)额定值，额定电压U1N，U2N变压器二次开路(空载)时的主电压值，二次侧绕组允许的电压值，额定电流I1N，I2N变压器满载运行时的主侧绕组允许的电流值。额定容量SN传输功率的最大容量。容量sn输出P2，主输入功率P1输出功率P2，注意：变压器若干功率的关系(单相)，效率，变压器运行功率取决于负荷的特性。2)额定值，1。变压器的外部特性，第一侧电压U1和负载功率因数cos 2不变时，第二侧输出电压U2和输出电流I2的关系，U2=f(I2)。U20:一侧的额定电压和第二侧打开时第二侧的输出电压。典型的电源系统需要硬特性(取决于I2，U2几乎不变)，电压变化率约为5%。电压变化率：6.3.3变压器外部特性和效率，变压器损耗为铜损耗(PCu):绕组线电阻损耗。与负荷大小(与电流平方成比例)相关。铁损(PFe):变压器的效率为正常95%，负载为额定负载的(50-75)%时的最大值。输出与核心内磁感应强度的最大Bm的平方成正比，输入功率。与负载大小无关。例如，具有具有SN=100kVA、U1N=6000V和f=50Hz等额定值数据的三相变压器。U2N=U20=400V，绕组连接/0。测试结果为： (1)找到变压器的额定电流。(2)满载和半载时的效率。解决方案：(1)固定电流，(2)满载和半载时的效率在电流流入两个线圈(或流出时)产生的磁通量方向相同时，两个流入(或流出)端称为同极端。1。同极端(同名端)或铁芯磁通变化时两个线圈发生的感应电动势极性的同一端是同极性端。东极端点显示为“”。增量、与极性结束和绕组的迂回有关。6.3.4变压器绕组的极性，