磁路及变压器PPT课件

1、第1页/共77页 在很多电工设备（像变压器、电机、电磁铁电工测量仪器等）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，才能对以上电工设备进行全面分析。 本章结合磁路和铁心线圈电路的分析，讨论变压器和电磁铁的工作原理，作为应用实例。 磁路和电路往往是相关的，因此在这里要研究磁路和电路的关系以及磁和电的关系。第2页/共77页 + (a) 电磁铁的磁路电磁铁的磁路 (b) 变压器的磁路变压器的磁路 (c) 直流电机的磁路直流电机的磁路 第3页/共77页第4页/共77页IlFB 第5页/共77页第6页/共77页lH d IlH dlINH 或或第7页/共77页H/m10

2、470 HBmHmsmAsVmAmWb /2位的单第8页/共77页0r 0BB HH0 第9页/共77页第10页/共77页6.1.2 磁性材料的磁性能 磁性材料主要是指由过度元素铁、钴、镍极其合金等材料。它们主要的磁性能如下。1.高导磁性高导磁性磁性材料的磁导率很大，磁性材料的磁导率很大，r1，可达，可达102105量级。量级。分子电流和磁畴理论：分子电流和磁畴理论：分子中电子的绕核运动和自转将形成分子电流，分分子中电子的绕核运动和自转将形成分子电流，分子电流将产生磁场，每个分子都相当于一个小磁铁。子电流将产生磁场，每个分子都相当于一个小磁铁。由于磁性物质分子的相互作用，使分子电流在局部形由于

3、磁性物质分子的相互作用，使分子电流在局部形成有序排列而显示出磁性，这些小区域称为磁畴。成有序排列而显示出磁性，这些小区域称为磁畴。第11页/共77页高磁导率的成因 磁性物质没有外场时，各磁畴是混乱排列的，磁场互相抵消；当在外磁场作用下，磁畴就逐渐转到与外场一致的方向上，即产生了一个与外场方向一致的磁化磁场，从而磁性物质内的磁感应强度大大增加物质被强烈的磁化了。磁性物质被广泛地应用于电工设备中，电动机、电磁磁性物质被广泛地应用于电工设备中，电动机、电磁铁、变压器等设备中线圈中都含有的铁心。就是利用铁、变压器等设备中线圈中都含有的铁心。就是利用其磁导率大的特性，使得在较小的电流情况下得到尽其磁导率

4、大的特性，使得在较小的电流情况下得到尽可能大的磁感应强度和磁通。可能大的磁感应强度和磁通。非磁性材料没有磁畴的结构，所以不具有磁化特性。非磁性材料没有磁畴的结构，所以不具有磁化特性。第12页/共77页磁 性 物 质 的 磁 化 示 意 图(a)无外场，磁畴排列杂乱无章。无外场，磁畴排列杂乱无章。(b)在外场作用下，磁畴在外场作用下，磁畴排列逐渐进入有序化。排列逐渐进入有序化。第13页/共77页第14页/共77页第15页/共77页第16页/共77页第17页/共77页第18页/共77页第19页/共77页4. 磁性物质的分类 根据滞回曲线和磁化曲线的不同，大致分成三类：(1)软磁材料软磁材料其矫顽磁

5、力较小，其矫顽磁力较小，磁滞回线较窄。磁滞回线较窄。(铁心铁心)(2)永磁材料永磁材料其矫顽磁力较其矫顽磁力较大，磁滞回线大，磁滞回线较宽。较宽。(磁铁磁铁)(3)矩磁材料矩磁材料其剩磁大而矫其剩磁大而矫顽磁力小，磁顽磁力小，磁滞回线为矩形。滞回线为矩形。(记忆元件记忆元件)HBHBHB第20页/共77页lSlHlNI B IlH d第21页/共77页mRF SlNI mRF 第22页/共77页SlR mSl NIRFm SlR Sl EREI 第23页/共77页第24页/共77页nn2211lHlHlHNI niiilHNI1 ,lH,lH2211第25页/共77页nnSBBSB , . ,

6、 S , 2211 niiilHNI1第26页/共77页u(Ni)i ddtNe tNedd （磁通势）tiLdd 常数常数 iNL第27页/共77页eeRi u )(ddetiLRi )()(EEIRU )(jEIXIR 第28页/共77页t, sinm )sin(ddddmttNtNe tN cosm )90t(sin2m fN)90(sinm tE mmm444222 fN.fNEE EU (V) 444444mmSfNB.fN.EU )(jEIXIRU 第29页/共77页第30页/共77页第31页/共77页Fe2cosPRIUIP 第32页/共77页 变压器是一种常见的电气设备，在电力

7、系统和电子线路中应用广泛。变电压：电力系统 变阻抗：电子线路中的阻抗匹配变电流：电流互感器 ：第33页/共77页第34页/共77页第35页/共77页第36页/共77页(1) 空载运行情况一次侧接交流电源，二次侧开路。0i02i1u+20u+2e+1e+1e+ 11N2N 1u dd11tNe i0 ( i0N1) 1 dd011tiLe tNedd 22 空载时，铁心中主磁通 是由一次绕组磁通势产生的。第37页/共77页(2) 带负载运行情况一次侧接交流电源，二次侧。1u+1e+1e+ 11N2N 1u dd11tNe 1 dd111tiLe tNedd 22i1 ( i1N1) i1i2 (

8、 i2N2) 2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。 2i2+e2+e 2+u2 dd2tiLe22 第38页/共77页t)sin(tNtNm111 dddde tN cosm1 )90t(sinm1 E1m144.4NfE 222111mmfNEE )90t(sinm22 Ee2m244. 4NfE t, sinm 第39页/共77页根据KVL：1111111111jEIXIREEIRU 变压器一次侧等效电路如图1m1111444Nf.EUEU 由于电阻 R1 和感抗 (或漏磁通)较小,其两端的电压也较小,与主磁电动势 E 比较可忽略不计，则1E1R1I1U1E

9、+一次侧一次侧第40页/共77页KNNEEUU 2121201根据KVL：2m220224440Nf.EUU,I 结论：改变匝数比，就能改变输出电压。222222222jUIXIRUEIRE 22U+1u+1e+1e+1N2N+第41页/共77页2222ZUIZ 1m11 44 4 Nf.EU m10 Nim2211 NiNi+|Z|2i1u2e1i1e1N2N+2u第42页/共77页一般情况下：I0 (23)%I1N 很小可忽略。2211 NiNi 所所以以或2211NINI 2211NINI 所所以以KNNII11221 结论：一次、二次侧电流与匝数成反比。或：221011NiNiNi 2

10、2Ni102211NiNiNi 空载磁势有载磁势第43页/共77页22IUZ 11IUZ ZKIUKKIKUIUZ22222211 ZKZ2 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K 2 倍。 1U2U1I2IZ+1U1IZ +第44页/共77页：108800L21 LRRNNK如图，交流信号源的电动势 E= 120V，内阻 R 0=800 ，负载为扬声器，其等效电阻为RL=8 。要求: (1)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；（2）当将负载直接与信号源联接时,信号源输出多大功率？0RR LI1N2U2IR0+2NRLE信号源+R0ERL

11、I第45页/共77页 W548008008001202L2L0.RRREP 0LRR W1760888001202L2L0.RRREP （2，为：第46页/共77页 变压器额定容量(KVA)S:三相D:单相 第47页/共77页第48页/共77页N1N1N2N2NIUIUS N1N1N2N2N33IUIUS N1N1NIUS 容量： 21PP 一次侧输入功率： cos222IUP 输出功率： 变压器运行时的功率取决于负载的性质第49页/共77页122222)。%100%20220 UUUU)(22IfU 2 U2I2U20I2N2 O第50页/共77页FeCu2212PPPPPP 第51页/共7

12、7页A 14440031010033N2NN2 USIA 629600031010033N1NN1.USI 第52页/共77页0033CuFe22119724006001010010100.PPPP 00332169724002160010100211010021. 2 第53页/共77页KNNIIKNNUU112212121 ABP1u2u1i2iLR1N2N+第54页/共77页电压表被测电压=电压表读数 N1/N2VR N1（匝数多）保险丝 N2（匝数少）u（被测电压）第55页/共77页电流表被测电流=电流表读数 N2/N1（被测电流）ARi1i2第56页/共77页 AXax Aax 同极

13、性端用“”表示。增加+ 第57页/共77页联接 23 Nf.Um2444220 联接 13， 2 4ii Nf.U444110m 当电源电压为220V时：220u+110u+电源电压为110V时：NN1324NN1324 第58页/共77页不行（两绕组必须并接）iuNN1324 Ni22Ni 12220110 ii+第59页/共77页两个线圈中的磁通抵消原因：电流 很大11Rui 1111eRiu 感应电势0e1324NNi +u第60页/共77页axAaAXUUU、测量： 若 说明 A 与 x 或 X 与 a 是同极性端.axAXAaUUU axAXAaUUU VaAXxVAXu+第61页/

14、共77页Xx电流表+_A a+SAXax+_S2e+第62页/共77页课后作业：6-4，6-56-8P135第63页/共77页第64页/共77页FF铁芯线圈衔铁FF(a)(b)(c)电磁铁的几种结构形式(a) 马蹄式； (b) 拍合式； (c) 螺管式 第65页/共77页第66页/共77页 N8100207SBF 第67页/共77页tsinm0 BB tFFtFtSBSBf cos22121sinsin 810810mm2m202m70207 81002m7mSBF N 161021d102m7m0SBFtfTFT O第68页/共77页第69页/共77页第70页/共77页M3 第71页/共77页02m71610SBF 70m1016 SFB第72页/共77页T 61101011610167470m.SFB 50620010161504442204444m .SfB.UN 0mm2BHNI A5110462002101612720m.NBI 第73页/共77页学学习习动动