北京科技大学电工技术课件第6章

1、（6-1）第六章磁路与铁心(ti xn)线圈电路共五十五页（6-2）第六章 磁路(c l)与铁心线圈电路 6.1 磁路及其分析方法 6.2 交流铁心(ti xn)线圈电路 6.3 变压器共五十五页（6-3）磁路：主磁通所经过的闭合(b h)路径。i 线圈通入电流(dinli)后，产生磁通，分主磁通和漏磁通。：主磁通：漏磁通铁心-导磁性能好的磁性材料线圈6.1 磁路及其分析方法磁路的基本概念共五十五页（6-4）一、磁感应强度(qingd)（磁通密度）B 磁感应强度：与磁场方向相垂直(chuzh)的单位面积上通过的磁通（磁力线）。 磁感应强度可表示磁场内某点的磁场强弱和方向，它为矢量。磁感应强度与

2、产生其的电流之间符合右手螺旋法则。单位：韦伯1 Tesla = 104 高斯B 的单位：特斯拉（Tesla）6.1.1 磁场的基本物理量共五十五页（6-5）二、磁场强度(cchng qingd) H 磁场(cchng)强度是计算磁场(cchng)所用的物理量，它为矢量，其大小为磁感应强度和磁导率之比。单位：B ：特斯拉：亨/米：安/米共五十五页（6-6）三、磁导率磁导率是表征各种材料(cilio)导磁能力的物理量。 真空(zhnkng)中的磁导率0为常数。一般材料的磁导率和真空中的磁导率之比，称为这种材料的相对磁导率r 。, 则称为磁性材料。, 则称为非磁性材料。共五十五页（6-7） 磁性材料

3、主要指铁、镍、钴及其合金。它们具有下列(xili)磁性能：磁化(chu)曲线大小BH(I)1、高导磁性： 当有外加磁场时，磁性材料具有被强烈磁化的性能。 磁化曲线非线性，表明磁导率是一变化量。 6.1.2 磁性材料的磁性能共五十五页（6-8） 磁饱和性HB2、磁饱和性：当外加磁场增大到一定(ydng)值时，磁感应强度趋于饱和。3、磁滞性：当外加(wiji)交变磁场时，磁感应强度的变化滞后于磁场强度的变化。BH 磁滞回线Br剩磁Hc矫顽磁力共五十五页（6-9）磁性材料(c xn ci lio)的分类软磁材料：矫顽磁力较小，磁滞(c zh)回线窄长。应用最多的软磁材料是铁硅合金（硅钢片）以及各种软

4、磁铁氧体等。常用做电机、变压器、电磁铁等电器的铁心等。永磁材料：矫顽磁力较大，磁滞回线较宽。常用做永久磁铁。矩磁材料：矫顽磁力较小且剩磁较大，磁滞回线接近矩形。可用做记忆元件。BHBrHc共五十五页（6-10）一、安培环路(hun l)定律（全电流律）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(ljng)内电流的代数和。I1I2I3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。6.1.3 磁路及其基本定律共五十五页（6-11）在无分支的均匀磁路（磁路的材料(cilio)和截面积相同，各处的磁场强度相等）中，安培环路定律可写成：磁路(c l)长度L线圈匝数NIHL：称为

5、磁压降。NI：称为磁通势。一般用 F 表示。F=NI共五十五页（6-12）总磁通势 在非均匀磁路（磁路的材料(cilio)或截面积不同，或磁场强度不等）中，总磁通势等于各段磁压降之和。例：IN共五十五页（6-13）对于均匀(jnyn)磁路：二、磁路(c l)的欧姆定律：则：INSL注：由于磁性材料 是非线性的，磁路欧姆定律多用作定性 分析，不做定量计算。令：Rm 称为磁阻磁路中的欧姆定律共五十五页（6-14）磁路和电路(dinl)的比较磁路电路磁通INR+_EI磁压降磁通势电动势电流(dinli)电压降U共五十五页（6-15）励磁(l c)电流：在磁路中用来产生磁通的电流。励磁电流直流 - 直

6、流磁路 交流 - 交流磁路磁路分析直流磁路交流磁路6.2 交流铁心线圈(xinqun)电路共五十五页（6-16）IU一、直流磁路(c l)的分析直流磁路(c l)的特点: U一定I一定。(线圈中没有感应电动势)磁通势 F=IN 一定磁通和磁阻成反比其中：R 为线圈的电阻共五十五页（6-17）电路方程：一般(ybn)情况下u R很小交流激励 线圈中产生感应电动势二、交流(jioli)磁路的分析：主磁通：漏磁通ui 和 产生的感应电势+ - -+ -+共五十五页（6-18）设则最大值有效值ui-+-+共五十五页（6-19）ui 当外加电压U、频率 f 与线圈匝数N一定时，m便确定下来。根据(gnj

7、)磁路欧姆定律 IN=Rm ，当m一定时，磁通势IN 随磁阻Rm的变化而变化。 交流磁路(c l)的特点-+-+共五十五页（6-20）交流磁路(c l)中磁阻Rm对电流的影响电磁铁吸合过程(guchng)的分析： 在吸合过程中若外加电压不变, 则 基本不变。iu电磁铁吸合前(气隙大） 大 起动电流大 电磁铁吸合后(气隙小） 小 电流小 如果气隙中有异物卡住，电磁铁长时间吸不上，线圈中的电流一直很大，将会导致过热，把线圈烧坏。 注意：共五十五页（6-21）铜损PCu: 由线圈(xinqun)电阻产生。三、交流磁路(c l)的功率损耗1.磁滞损耗：由磁滞现象产生，正比于磁滞回 线所包围面积。可引起

8、铁心发热2.涡流损耗：由涡流产生，可引起铁心发热。铁损PFe: 由铁心产生，大致与铁心内磁感应强度的最大值Bm的平方成正比。 为减少铁损，可选磁滞回线狭小的磁性材料做铁心，并用彼此绝缘的硅钢片顺磁场方向叠成铁心。共五十五页（6-22）变压器功能(gngnng)：变电压(diny)：电力系统 变阻抗：电子电路中的阻抗匹配 （如喇叭的输出变压器） 变电流：电流互感器 6.3 变压器共五十五页（6-23）变压器的分类(fn li)：电压互感器 电流互感器 按用途:电力变压器 (输配电用)仪用变压器 整流变压器 按相数:三相变压器 单相变压器 按制造方式:壳式心式共五十五页（6-24） 发电厂1.05

9、万伏输电线22万伏升压变电站1万伏降压 变压器应用(yngyng)举例降压实验室380 / 220伏降压仪器36伏降压共五十五页（6-25）单相(dn xin)变压器铁心原边绕组副边绕组一、变压器的基本(jbn)结构6.3.1 变压器的工作原理共五十五页（6-26）工作过程：变压器符号：共五十五页（6-27）1. 空载(kn zi)运行： 原边接入电源，副边开路。接上交流电源 原边电流 i1等 于励 磁电流 i10 产生感应电动势二、变压器的工作(gngzu)原理 i10 产生磁通（交变） -+ + -共五十五页（6-28）结论：改变匝数比，就能改变输出(shch)电压。K为变比原、副边电压(

10、diny)关系：变电压 由交流磁路的分析可知： -+ + -共五十五页（6-29）2. 负载(fzi)运行 在副边感应电压的作用下，副边线圈会产生电流 i2 ，而它在磁路(c l)中也会产生磁通，进而影响原边电流 i1。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（U14.44f N1m）。 带负载后磁通势的平衡关系为：Z -+ + -共五十五页（6-30）结论(jiln)：原、副边电流与匝数成反比。 由于变压器铁心材料的导磁率高、空载励磁电流 很小，可忽略 。即：原、副边电流(dinli)关系：变电流共五十五页（6-31）从原边等效(dn xio)：结论：变压器

11、原边的等效负载(fzi)，为副边所带负载(fzi)乘 以变比的平方。 原、副边阻抗关系：变阻抗共五十五页（6-32）阻抗变换(binhun)举例：扬声器如何获得最大输出功率。Rs信号源已知：信号源的 U1= 50V， RS=100，负载(fzi)为 扬声器，其等效电 阻为：RL=8。试求：负载上获得的功率。解: （1）负载直接接至信号源：RL共五十五页（6-33）（2）负载(fzi)通过变压器接至信号源：输出功率为：设：变比 则：结论(jiln)：由此可见加入变压器以后，输出功率提高了 很多。原因是满足了电路中获得最大输出功 率的条件（信号源内、外阻抗差不多相等）。Rs共五十五页（6-34）例

12、:已知：变压器副边有中间抽头，可使8或2的扬声器均能达到阻抗匹配(z kn p pi)。试求：变压器副边两部分的匝数之比N2/N3。解： 阻抗匹配(z kn p pi) Z原8=Z原2，即：共五十五页（6-35） 额定电压 变压器副边开路（空载）时，原、副边绕组允 许的电压值。 额定电流 变压器满载运行时，原、副边绕组允许的电流值。 额定容量 传送功率的最大能力。（理想）变压器的铭牌(mngpi)数据共五十五页（6-36）容量 SN 输出功率 P2 原边输入功率 P1 输出功率 P2注意：变压器几个(j )功率的关系效率功率因数容量：原边输入功率：输出功率： 共五十五页（6-37） 课堂练习

13、已知：单相(dn xin)变压器 3300/220V，SN=10kVA试求： 可接60W，220V的白炽灯多少个？ I1N、I2N为多少？P214：题 6.3.3白炽灯为阻性负载(fzi) n = SN / 60 = 166.6，取166个SN = U1N I1N I1N = 3.03A SN = U2N I2N I2N = 45.5A 解：共五十五页（6-38） 当电源电压(diny)U1和负载功率因数 为常数时，U2和I2的变化关系即为变压器的外特性。U2I2U20U20：原边加额定( dng)电压， 副边开路时的输出 电压。 通常供电系统希望硬特性，即：随I2的变化，U2 变化不多。6.

14、3.2 变压器的外特性共五十五页（6-39）变压器的损耗(snho)包括两部分：6.3.3 变压器的损耗(snho)与效率铜损PCu: 正比于电流平方，与负载大小 有关。铁损PFe: 与铁心内磁感应强度的最大值 Bm有关，与负载大小无关。共五十五页（6-40）变压器的效率(xio l)为： 通常变压器的功率损耗(snho)很小，其效率在95% 以上。 在一般电力变压器中，当负载为额定负载的50%75%时，效率达最大值。共五十五页（6-41）6.3.4 特殊(tsh)变压器一、自耦变压器ABP 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

15、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(zn d)，电流会迅速增加。 N I1 共五十五页（6-42）二、电流(dinli)互感器 用低量程的电流表测大电流（被测电流）N1（匝数少）N2（匝数多）ARi1i2电流表被测电流(dinli)=电流表读数 N2/N1注意：副边不能开路，以防产生高压测流钳共五十五页（6-43）三、电压(diny)互感器 用低量程的电压表测高电压VR N1（匝数多）保险丝 N2（匝数少）u（被测电压）电压表被测电压(diny)=电压表读数 N1/N2注意：副边不能短路,以防产生过流.共五十五页（6-44） 课堂练习 已知：用测流钳测量(cling)三

16、相对称电流(有效值 为5A)，分别钳入一根线、两根线及三根线。试问：电流表的读数分别为多少？P210：题 6.3.8一根(y n)线： 5A两根线： 5A三根线： 0A解：共五十五页（6-45） 当电流流入(出)两个线圈时，若产生的磁通方向(fngxing)相同，则两个流入(出)端称为同极性端。或者说，当铁心中磁通变化（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(tngmng)端）：AXax AXax 6.3.5 变压器绕组的极性共五十五页（6-46）交流(jioli)法AXax同极性端的(dund)测定方法若 UAa =UAX Uax A 、a 或 X

17、 、 x 为同极性端。 把两个线圈的任意两端 （X x）连接，然后在AX 上加一小电压 u ，并测量：UAX、Uax、UAa 。 若 UAa =UAX+ Uax A 、x 或 X 、 a 是同极性端。结论： 共五十五页（6-47）电器使用时两种电压(diny)：220V / 110V 的切换220V：联结(linji) 23。110V： 联结 13，24。线圈的接法1324 已知：变压器有两相同原绕组，额定电压110V，试问：当电源电压为220V和110V时，如何正确连接？共五十五页（6-48）220V：联结(linji) 2 3110V：联结(linji) 1 3，2 4两种接法下线圈工作情

18、况分析说明：两种接法下 不变， 所以铁心磁路的设计相同 13241324 共五十五页（6-49）问题(wnt)1：在110V 情况下，若只用一个绕组，行不行？答：不行(bxng)！ 两绕组必须并绕！变压器原边有两相同绕组(220/110)使用注意事项 13241,32,4N若两种接法铁心中的磁通相等，则：共五十五页（6-50）问题2：如果(rgu)两绕组的极性端接错，结果如何？结论：在极性不明确(mngqu)时，一定要先测定极性再通电。答：有可能烧毁变压器！原因：两个线圈中的磁通抵消可能烧毁变压器感应电势电流 很大 1324共五十五页（6-51）例：电源(dinyun)变压器的副边有两个绕组， 试问可获得多少种输出电压？220V3V9V220V3V9V220V3V9V12V6V输出(shch)电压：3V、9V、12V、6V。共五十五页（6-52）结 束 共五十五页第六章作业(zuy)P215：6.3.9 - 阻抗匹配 6.3.10 - 原边多绕组连接 6.3.11 - 两绕组负载(fzi)求电流 P216：6.3.13 - 副边多绕组连接 共五十五页第六章课堂例题(lt)及练习P210：6.3.8 - 测流钳测电流P214：6.3.3 - 负载(fzi)个数-电灯，额定电流 6.3.4 - 负载个数-电灯、日光灯共五十五页内容摘要（6-0）。磁感应强度可表示磁