铁心线圈及变压器简明学习教案

1、会计学1铁心铁心(ti xn)线圈及变压器简明线圈及变压器简明第一页，共53页。一、磁场(cchng)的基本物理量垂直穿过(chun u)某一面积S 的磁力线的总根数。韦伯wb穿过(chun u)单位面积的磁力线根数。特斯拉T wb/m2磁场中某点的B 与该点的磁导率的比值。BSBS 或HBHB 或1.磁通2.磁感应强度B3.磁场强度H4.导磁系数0r0描述导磁能力大小的物理量。通常使用相对导磁系数r无量纲真空导磁系数第一节 磁路的基本概念和定律安/米，A/m, A/cm#8-1第2页/共53页第二页，共53页。磁动势第一节 磁路(c l)的基本概念和定律二、磁路(c l)的基本定律安培环路(

2、hun l)定律磁路欧姆定律与电路类似，磁路也有各种定律安培环路定律安培环路定律安培环路定律安培环路定律安培环路定律IHdl沿任一闭合路径，H 的线积分等于包围在这闭合路径内各电流的代数和若磁场均匀则有NIHl 磁路欧姆定律磁路欧姆定律磁路欧姆定律磁路欧姆定律磁路欧姆定律磁路欧姆定律磁路欧姆定律磁路欧姆定律磁路欧姆定律磁路欧姆定律磁路欧姆定律磁路欧姆定律磁路欧姆定律无分支磁路平均长 l线圈N 匝IN磁通导磁系 数截面积S根据SBBHNIHl/得SlNI磁路欧姆定律磁阻Rm基尔霍夫定律#8-1第3页/共53页第三页，共53页。二、磁路(c l)的基本定律安培环路(hun l)定律磁路(c l)欧

3、姆定律基尔霍夫定律基尔霍夫定律基尔霍夫定律基尔霍夫定律基尔霍夫定律基尔霍夫定律基尔霍夫定律基尔霍夫定律基尔霍夫定律有分支磁路I1N1I2N21231. 磁路的基尔霍夫磁通定律在节点A 处A 1+2 -3=02. 磁路的基尔霍夫磁压降定律任一闭合回路中均有：NIRm或NIHl磁压降的代数和等于磁动势的代数和#8-1第4页/共53页第四页，共53页。INH（I）B （ ）abcB铁磁材料(cilio) B-H，-H 曲线从曲线上能明显看出(kn ch)，不是常数导磁性(cxng)工程上利用它来使磁通尽量地约束在有限的范围内，提高电磁设备的利用率，一般使用B-H 曲线的ab 段。磁滞B的变化滞后于H

4、 的变化 如曲线的oa 段o磁饱和当H 达到一定程度，B 不再随H 而增加，此为磁饱和。如曲线的cs 段。s若对铁心线圈而言，磁饱和意为当电流I 增加到一定程度，不再随之增加。关于磁滞祥看请点击#三、磁性材料的磁性能8-1第5页/共53页第五页，共53页。几点说明(shumng)：1.磁阻Rm 的大小取决于磁路的尺寸(ch cun)和材料的磁导率。SlRm2. 很大，但不是常数，因此 也不是常数。所以磁 路欧姆定律不能用来进行定量计算，只用做定性分析。 通常磁路计算应用磁路基尔霍夫定律。mR3.磁路(c l)和电路有相似之处，但却有本质的区别。#8-1第6页/共53页第六页，共53页。第二节

5、直流铁心线圈(xinqun)与直流电磁铁一、直流铁心(ti xn)线圈 （磁路计算略）二、直流电磁铁(cti)1. 构成铁心铁心线圈线圈衔铁衔铁2. 工作原理通电的铁心线圈对衔铁会产生吸力请看通电演示3. 吸力NIILIWIN21221221磁动势主要降在空气隙上021002102102000SSBHBB）（dSdWFdB021020NSBSBF50200208101047磁动势#电磁铁应用？8-2第7页/共53页第七页，共53页。直流电磁铁(cti)的特点1.励磁电流(dinli)是由励磁线圈的外加电压U 和线圈电阻R 决定的RUI 2. 无磁滞和涡流损耗，铁心可以(ky)使用整块的铸钢、软

6、铁。电流是恒定的，无感应电动势产生。3. 吸合后电磁力比吸合前大得多，但励磁电流不变。（因磁动势 NI 不变，磁阻Rm B ，所以吸力F）1.电流恒定，无感应电动势产生。2.无磁滞和涡流损耗，可使用整块铁心3. 吸合后，励磁电流不变， F#8-2第8页/共53页第八页，共53页。第三节 交流铁心(ti xn)线圈与交流电磁铁一、交流铁心(ti xn)线圈的损耗P = PCU + Ph + Pe总损耗(snho)铜损涡流损耗铁损磁滞损耗铜损PCU 线圈电阻上的损耗PCU =I 2R磁滞损耗其大小与铁心材料反复磁化后的磁滞回线面积成正比涡流损耗交变磁通穿过铁心时，铁心既导磁又导电 ，因铁心在交变磁

7、通作用下产生感应电动势， 从而在垂直于磁通方向的铁心平面内产生旋涡状的感应电流，叫涡流。涡流在铁心内电阻上产生的损耗称涡流损耗。减小涡流损耗的办法增大涡流通路的电阻即用薄的材料叠成铁心减小磁滞损耗的办法铁心尽量采用软磁材料#8-3第9页/共53页第九页，共53页。二、电压(diny)平衡方程式iNL交流(jioli)铁心线圈大部分经铁心(ti xn)闭合线圈中磁通产生ee主磁通少部分经空气闭合产生eL漏磁通eLu线圈电阻上压降为 iR根据KVL得：iReeuL或RIEEUL电压平衡方程式tmsindtdNemE#)90sin(tNm)90sin(2tNfm8-3第10页/共53页第十页，共53

8、页。iReeuL)90sin(2tfNemmE#二、电压(diny)平衡方程式有效值mmfNfNE44. 42/2忽略了漏磁感应电动势 和线圈内阻压降 后,方程变为：LeiReu或mfNEU44. 4mfNU44. 4重要(zhngyo)结论外加电压不变时，交流铁心线圈的铁心内主磁通最大值几乎是不变的。这是分析变压器和交流电动机时的重要(zhngyo)概念。8-3第11页/共53页第十一页，共53页。三、交流(jioli)电磁铁铁心线圈衔铁 交流电磁铁(cti)也是一种电磁器件，结构形式与直流电磁铁(cti)类似。在工业部门应用极为广泛。如冶金工业中用于提放钢材的电磁吊车；夹持工件的电磁工作台

9、；传递动力的电磁离合器；液压传动中的电磁阀；交流接触器及接触器等。铁心中(xn zhn)的磁通是交变的，空气隙处的磁感应强度为：tBBmsin0吸力502252010sin4104tSBSBfm)2cos1 (21tFm50021102SBfdtFTmT平均值#8-3第12页/共53页第十二页，共53页。三、交流(jioli)电磁铁50021102SBfdtFTmT)2cos1 (21tFfm瞬时值有效值显然(xinrn) f 是交变的，存在过零值。会出现吸合不牢的现象。 通常在尾端留一切口，套上铜环（或称磁环），铜环产生(chnshng)的感应电流阻碍的变化，致使穿过铜环的与其它存在一相位差

10、，结果产生(chnshng)两个相位不同的电磁吸力，平均后，不再有过零点。见教材P156交流电磁 铁特点1. 吸力是交变的，铁心需加分磁环。2. 励磁电流吸合前大，吸合后减小。前后吸力不变3. 铁心和衔铁均由硅钢片叠成，为减小铁损。#8-3第13页/共53页第十三页，共53页。交、直流电磁铁(cti)的特点1.电流(dinli)恒定，无感应电动势产生。2.无磁滞和涡流损耗，可使用整块铁心3.3. 吸合后，励磁电流(dinli)不变， F#交流电磁 铁特点1. 吸力是交变(jio bin)的，铁心需加分磁环。2. 励磁电流吸合前大，吸合后减小。前后吸力不变3. 铁心和衔铁均由硅钢片叠成，为减小铁

11、损。直流电磁 铁特点8-3第14页/共53页第十四页，共53页。一、变压器的用途(yngt)、构造和分类变压器是基于电磁感应原理(yunl)而制成的静止的电器设备用途(yngt)变电压，变电流，变阻抗构造心式和壳式两种心式变压器壳式变压器分类单相，三相，多相；升压，降压；仪用电压、电流互感器；焊接变压器，自藕变压器。#有两个绕组也有两个绕组8-4第15页/共53页第十五页，共53页。二、变压器的工作(gngzu)原理原边绕组(roz)N1名词(mng c)介绍幅边绕组N2一次绕组N1二次绕组N2一次侧二次侧均指电源侧 均指负载侧什么是变压器任载运行？什么是变压器空载运行？uuZ2Z2s 一次侧

12、接电源二次侧负载开路 一次侧接电源 二次侧接负载8-4第16页/共53页第十六页，共53页。二、变压器的工作(gngzu)原理变压器空载(kn zi)运行uZ2sI0空载电流U1U20此时的变压器相当 于交流铁心(ti xn)线圈mLmNfIRIjXNfU101011144. 444. 4mNfU22044. 421201NNUUk变比20U二次侧额定电压空载运行的结论：原幅边电压之比等于原幅边匝数之比，等于常数k这就是变压器的变电压作用8-4第17页/共53页第十七页，共53页。uZ2sI0空载电流U1U20mfNEU11144. 4由 可见(kjin)，当电源电压U1合频率f不变时，E1和

13、m也都近于常数。 也就是说，铁芯中主磁通的最大值在变压器空载或有负载时是差不多恒定的。因此(ync)，有负载时产生主磁通的一次、二次绕组的合成磁通势（N1i1+N2i2）应该和空载时产生主磁通的一次绕组的磁通势N1i0差不多相等。即： 012211iNiNiN第18页/共53页第十八页，共53页。uZ2变压器任载运行(ynxng)U1I1U2I2两边绕组中通过(tnggu)的磁通是相同的只要U1不变，主磁通就不应该(ynggi)变，所以有：012211INININ磁动势平衡方程式有载时原边磁动势 分为两部分1. 产生主磁通 （励磁分量）I02. 用来补偿I2N2（负载分量I2）, 又称去磁一般

14、 I0 很小，小型变压器只有2 3% I1 ，大的不过10%，当略去I0N1 后有：kNNII11221变电流作用任载运行结论：kNNII11221变电流作用任载后，电压比是否还等于变比 k ?mNfUU220244. 4mNfU1144. 4 kNNUU2121kNNUU2121变电压作用还有一个作用是变阻抗幅边 Z2原边Z1111IUZ 222IUZ 221121/IUIUZZ2k变阻抗作用221kZZ或221ZkZ 8-4第19页/共53页第十九页，共53页。二、变压器的工作(gngzu)原理空载运行(ynxng)结论：kNNUU21201任载运行(ynxng)结论：kNNII11221

15、变电流作用kNNUU2121变电压作用变阻抗作用221kZZ或221ZkZ 总结8-4第20页/共53页第二十页，共53页。RRSSİ(a)5：1RSSR(b)İ1Ku2R(c)RSS第21页/共53页第二十一页，共53页。2008)100/500()/(22212/RNNRKRmWRRRERIPSS125)20020010(200)(2/2/21第22页/共53页第二十二页，共53页。mWRIP18)820010(822第23页/共53页第二十三页，共53页。 变压器额定容量(KVA)S:三相D:单相 第24页/共53页第二十四页，共53页。变压器的外特性(txng)和额定值2. 额定值一般

16、(ybn)变压器的额定值在其名牌上给出。额定( dng)电压一次额定电压U1N正常时一次绕组所加电压的有效值。二次额定电压U2N一次电压为U1N时，变压器空载时对应二次侧的空载电压有效值，即U20= U2N8-4第25页/共53页第二十五页，共53页。变压器的外特性(txng)和额定值2. 额定值一般(ybn)变压器的额定值在其名牌上给出。额定电流一次额定电流I1N一次绕组加额定电压，正常工作(gngzu)时一次绕组允许长期通过的最大电流有效值。二次额定电流I2N一次绕组加额定电压，正常工作时二次绕组允许长期通过的最大电流有效值。8-4第26页/共53页第二十六页，共53页。指二次侧的输出(s

17、hch)额定视在功率即：8-4N1N1N2N2NIUIUS N1N1N2N2N33IUIUS N1N1NIUS 容量： 21PP 一次侧输入功率： cos222IUP 输出功率： 额定频率额定频率50HZ第27页/共53页第二十七页，共53页。三、变压器的外特性(txng)和额定值1. 外特性(txng)电压保持不变，变压器任载后，由于一、二次侧均有电流通过，必然在一次侧、二次侧内阻抗上产生电压降，从而使二次电压随负载(fzi)电流增加变小。称)(22IfU 曲线为变压器的外特性。2I2U1cos21cos2变压器外特性电压调整率%100%20220UUUU满载时电压空载电压一般在5%以内8-

18、4第28页/共53页第二十八页，共53页。四、变压器的损耗(snho)和效率变压器损耗(snho) p 分铁损 pFe 和铜损 pCu 1. 铁损是交变的主磁通在铁心中产生磁滞(c zh)损耗ph和涡流损耗pe之和又称为固定损耗2. 铜损又称为可变损耗变压器一次侧、二次侧均有电阻，当有电流通过时，产生损耗3. 效率一次侧输入功率p1 ，二次侧输出功率p2 ，效率为p = pFe +pCu%1002212ppppp小型变压器的效率为7085%，大型变压器效率可达98%8-4第29页/共53页第二十九页，共53页。ABCABCabcxyz第30页/共53页第三十页，共53页。称电压；称电压；n原副

19、边绕组原副边绕组(roz)的输出电压也的输出电压也取决于原副边绕组取决于原副边绕组(roz)n的匝数比。的匝数比。第31页/共53页第三十一页，共53页。至(shnzh)被损坏。第32页/共53页第三十二页，共53页。绕组中产生绕组中产生感生电动势，一个绕组的某一端点的感生电动势，一个绕组的某一端点的电位为正电位为正时，另一绕组的两个端点必然有一个时，另一绕组的两个端点必然有一个端点的电位端点的电位也是正的。这两个相应得同极性电位也是正的。这两个相应得同极性电位端即为同名端即为同名端。端。第33页/共53页第三十三页，共53页。别表示原副绕组的首端，别表示原副绕组的首端，X X、Y Y、Z Z

20、和和x x、y y、z z分别分别表示原副绕组的尾端，即表示原副绕组的尾端，即A A和和a a、B B和和b b、C C和和c c互为互为同名端，同理，同名端，同理，X X和和x x、Y Y和和y y、Z Z和和z z也互为同名端。也互为同名端。第34页/共53页第三十四页，共53页。（a）4+-3u12V第35页/共53页第三十五页，共53页。被连接被连接的两端为同名端。的两端为同名端。第36页/共53页第三十六页，共53页。的连接端为的连接端为同名端。同名端。若指针反偏，则该端的若指针反偏，则该端的(dund)(dund)为异名端。为异名端。4+-3S2OOA（b）1第37页/共53页第三十七页，共53页。星形连接(linji)三角形连接带中线星形连接第38页/共53页第三十八页，共53页。abcABCBCAabc(a)ABCBCAabcabc(b)第39页/共53页第三十九页，共53页。KNNIIKNNUU112212121 ABP1u2u