磁滞损耗涡流损耗.ppt

1、电工基础,1,项目6 磁路与变压器,2,任务一 磁路与铁磁材料的认识,3,任务一 磁路与铁磁材料的认识,1.磁感应强度,一、磁路的基本物理量,磁感应强度是用来描述磁场内某点磁场强弱和方向的物理量。,磁感应强度方向与产生磁场的电流方向之间满足右手螺旋定则。,4,可用垂直于磁场的通电导体所受的力的大小来衡量,特斯拉（简称特T） B在电磁单位制中用高斯（Gs），1T=104Gs。,磁感应强度B大小,单位：,5,磁场中通电导体的长度，单位米（m）,导体中流过的电流，单位安（A）,导体所受的磁场力的大小，单位牛（N）,在均匀磁场中，磁感应强度B与垂直于B的某一截面积S的乘积，称为通过该截面的磁通（也称为

2、磁通量），即,韦伯(Wb) 在电磁单位制中用麦克斯韦(Mx)，1Wb=108Mx。,2.磁通,磁感应强度B在数值上可以看成为与磁场方向相垂直的单位面积所通过的磁通，故又称磁通密度，简称磁密。,单位：,6,表征磁场的另一个矢量物理量，它表示励磁电流 I 在空间产生的磁化力。,3.磁场强度,安培/米（A/m),单位：,7,磁导率是表示介质导磁能力的物理量。,真空的磁导率为0=410-7H/m，是个常数。空气的磁导率与之接近。,对非磁性材料，如铜、铝、纸张、空气等，其r1。,4.磁导率,单位：,磁介质中磁感应强度与磁场强度之比称磁导率或绝对磁导率。,相对磁导率,任意一种物质的磁导率和真空的磁导率0的

3、比值，称为该物质的相对磁导率r，即,亨/米(H/m),8,常用磁性材料的磁导率,9,磁性材料主要是指钢、铁、镍、钴及其合金等材料，是制造电机、变压器和各种电器元件铁心的主要材料。从工程应用观点，磁性材料的磁性能可用磁化曲线及其磁饱和性、高导磁性、磁滞回线及其磁滞性来表征。,任务一 磁路与铁磁材料的认识,1.高导磁性,二、铁磁材料性能,磁性材料的磁导率很高，具有被强烈磁化（呈现磁性）的特性。,10,磁化曲线,2.磁饱和性,当铁心线圈的励磁电流I从零增大时，磁性材料被磁化力磁化产生磁感应强度B，B值随磁场强度H (由电流I引起)值变化曲线称为磁性材料的BH磁化曲线。,磁性物质磁场不随外磁场的增强而

4、增强，称磁感应强度B达饱和值。,11,磁滞回线,3.磁滞性,当铁心线圈中通有交变电流时，铁心就受到交变磁化，磁感应强度B随磁场强度H的变化。当H回到零值时，B还未回到零值。这种磁感应强度H滞后于磁场强度B变化的性质，称为磁性材料的磁滞性！ 表示B和H变化关系的闭合曲线称为磁滞回线！,12,磁滞回线,3.磁滞性,在铁心反复交变磁化的情况下，当H=0（即励磁电流i=0）时，铁心中保留的磁感应强度，称为剩磁感应强度Br。欲使剩磁消失，必须改变励磁电流方向，以得到反向的磁场强度。使B=0的H值，称为矫顽磁力Hc。,13,根据磁性材料的磁滞回线，可将磁性材料分为三种类型：,磁滞回线较窄，矫顽磁力较小，磁

5、滞损耗较小。,任务一 磁路与铁磁材料的认识,1.软磁材料,三、磁性物质的分类,常用的材料有铸铁、硅钢、坡莫合金和软磁铁氧体等。,一般用来制造电机、变压器及电器等的铁心等。,14,磁滞回线较宽，矫顽磁力较大，磁滞损耗较大。,任务一 磁路与铁磁材料的认识,2.硬磁材料,三、磁性物质的分类,常用的有碳钢及铁镍铝钴合金等。,一般用来制造永久磁铁。,15,磁滞回线接近矩形，剩磁大，矫顽磁力小，稳定性良好。矩磁材料去掉外磁场后，与饱和磁化时方向相同的剩磁能稳定地保持下去，所以具有记忆性。,3.矩磁材料,任务一 磁路与铁磁材料的认识,三、磁性物质的分类,在数字信息存储系统中，用作记忆元件和逻辑元件。,常用的

6、有：镁锰铁氧体及1J51型铁镍合金等。,16,任务一 磁路与铁磁材料的认识,1.磁滞损耗,四、磁滞损耗和涡流损耗,铁磁材料在交变磁场的作用下而反复磁化过程中，磁畴之间不停地互相摩擦，消耗能量，因此引起损耗。这种损耗称为磁滞损耗。,无外磁场情况,有外磁场情况,磁畴,17,涡流损耗转化为热能，引起铁心发热。,2.涡流损耗,由涡流所产生的功率损耗。,交变磁通在铁心内产生感应电动势和电流，称为涡流。涡流在垂直于磁通的平面内环流。,涡流,18,任务一 磁路与铁磁材料的认识,1.安培环路定律（全电流定律）,五、磁路定律,在磁路中，磁场强度沿任一闭合路径 的线积分等于此闭合路径所包围的电流的代数和。,若闭合

7、回路上各点的磁场强度相等且其方向与闭合回路的切线方向一致。则,FNI称为磁动势 单位：安培（A）,N为线圈的匝数， l为磁路的平均长度。,19,磁路欧姆定律,2.磁路欧姆定律,设一段磁路长为l，磁路面积为S的环形线圈，磁力线均匀分布于横截面上，这时B、H与 之间的关系为,根据安培环路定律得磁路的欧姆定律得：,式中：Rm称为磁阻，是反映磁路对磁通阻碍作用的物理量； F 称为磁动势，单位是安匝，磁通就是由F 产生的。,20,2.磁路欧姆定律,空气隙的磁导率 很小，而且是常数，所以空气隙中的磁阻很大，且磁阻是线性的。 铁磁材料的磁导率不是常数，它随励磁电流而变，所以铁磁材料的磁阻是非线性的，但磁阻很

8、小（很多情况可以忽略）。,21,任务一 磁路与铁磁材料的认识,六、交流铁心线圈,线圈又叫绕组，是由导线缠绕而成，缠绕一圈称为一匝。 线圈的匝与匝之间彼此绝缘。,线圈,变压器、交流电动机及各种交流电器的铁芯线圈都通入交流电来励磁。,由硅钢片叠压制成的铁心磁路。,22,六、交流铁心线圈,在交流系统中，电压和磁通的波形非常接近于时间的正弦函数。,式中： m为铁心磁通的幅值； Bm为磁密的幅值； =2f为角频率 ，f 为电源频率。,假设线圈的横截面积为S ，铁心磁通 正弦变化。,23,六、交流铁心线圈,在 匝绕组中感应的电势为,大多数情况下，线圈的电阻很小，漏磁通 较小，可以忽略不计，则：,电压的有效

9、值：,24,六、交流铁心线圈,即当铁芯线圈上加以正弦交流电压时，铁芯线圈中的磁通也是按正弦规律变化。在相位上，电压超前于磁通90，在数值上，端电压有效值为,25,任务二 变压器,26,27,主要功能,电压变换,电流变换,阻抗变换,隔离,稳压（磁饱和变压器）,分类,按用途分,电力变压器 (输配电用),仪用变压器,整流变压器,开关变压器,电炉变压器,任务二 变压器,28,电源变压器,环形变压器,控制变压器,整流变压器,任务二 变压器,29,三相干式变压器,接触式调压器,30,连接发电机与电网的升压变压器,任务二 变压器,一、变压器的基本结构,尽管变压器的种类很多，而且用途、电压等级和容量又各不相同

10、，但其基本结构是相同的。,变压器主要是由两个或两个以上绕组（线圈）绕在一个公共铁心柱上，铁心和绕组组合成变压器的主体。,31,一、变压器的基本结构,铁心构成变压器的磁路。铁芯一般是由导磁性能较好的硅钢片叠制而成，硅钢片的表面涂有绝缘漆，为了减少涡流损耗，一般由0.350.55mm的表面绝缘的硅钢片交错叠压而成。,任务二 变压器,一次绕组(原边线圈),接电源,闭合铁心,二次绕组(副边线圈),接负载,1.铁心,32,2. 绕组,即变压器线圈，是变压器的电路，用绝缘导线绕制而成。,一、变压器的基本结构,任务二 变压器,一次绕组(原边线圈),接电源,闭合铁心,二次绕组(副边线圈),接负载,33,3.

11、其它,外壳、油箱、储油柜、防爆管、瓦斯报警器、高压绝缘管套以及继电保护装置,34,（a）心式 （b）壳式,基本结构形式,35,符号,36,二、变压器的工作原理,交流电源,负载,i1,1. 电压变换作用,37,k为变比(匝数比),改变匝数比，就能改变输出电压。,结论,若k 1，降压变压器；而k1，升压变压器。,二、变压器的工作原理,1. 电压变换作用,38,有一台电压为220/36V的降压变压器，若变压器的一次侧绕组，N1=1100匝，试确定二次侧绕组匝数应是多少？,由公式,得,例1:,解,39,二、变压器的工作原理,2. 电流变换作用,对于理想变压器，忽略内部损耗，一次侧的容量与二次侧的相等,

12、一次、二次侧电流与匝数成反比。,结论,40,有一台电压为220/12V的降压变压器，当二次侧接12V、24W 的纯电阻负载时，求变压器一次侧、二次侧的电流各为多少？,二次侧电流,变比,一次侧电流,例2:,解,41,二、变压器的工作原理,3. 阻抗变换作用,变压器一次侧输入阻抗为实际二次侧负载阻抗的k2倍,结论,ZL,负载侧阻抗：,从电源端把整个变压器看成负载，则负载阻抗：,42,有一电压比为220/36 V的降压变压器，如果次级接上10 的电阻，求变压器初级的输入阻抗。,变比,输入阻抗,例3:,解,43,任务二 变压器,三、实际变压器的外特性与效率,当一次侧电压 U1和负载功率因数 cos保持

13、不变时，二次侧输出电压 U2和输出电流 I2的关系U2 = f (I2)，称为变压器的外特性。,外特性,调整率,表示副绕组输出电压U2随着输出电流I2的增加而下降的程度,44,任务二 变压器,三、实际变压器的外特性与效率,在额定功率时，变压器的输出功率P2和输入功率 P1的比值，叫做变压器的效率。,效率,效率,一般 95% ,负载为额定负载的(5075)%时,最大。,45,变压器的损耗：,铜损 (PCu) ：绕组导线电阻的损耗。与负载大小（正比于电流平方）有关。,铁损(PFe )：,46,四、变压器同名端判断,任务二 变压器,当电流从两个线圈的某一对端子流入时，若两线圈中产生的磁通是相互增强的

14、，则这对端子就称为同名端。,同名端,用“”、 “*”、 “”表示。,增加,同极性端和绕组的绕向有关。,47,同名端也可定义为，当一个变大的电流从第一个线圈的一端子流入时，在另一个线圈中的会感应电动势，则感应电势高的一端为第一个线圈电流流入端的同名端。,+,同名端判断,48,实验方法测同名端,49,测试注意点：,（1）若变压器的高压绕组（即匝数较多的绕组）接电池，电表应选用最小量程，使指针摆动幅度较大，以利于观察；若变压器的低压绕组（即匝数较少的绕组）接电池，电压表应选用较大量程，以免损坏电表。,（2）接通电源瞬间，指针会向某一个方向偏转，但断开电源时，由于自感作用，指针将向相反方向倒转。如果接

15、通和断开电源的间隔时间太短，很可能只看到断开时指针的偏转方向，而把测量结果搞错。所以接通电源后要等几秒钟后再断开电源，也可以多测几次，以保证测量的准确。,50,任务一 磁路与铁磁材料的认识,1.自耦变压器,五、特殊变压器,原、副绕组共用同一个绕组的变压器称为自耦变压器。,51,1.自耦变压器,五、特殊变压器,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。,52,2.仪用互感器,互感器是电力系统中提供测量和保护用的重要设备，互感器可以把高电压改变成低电压，把大电流改变成小电流。,五、特殊变压器,53,使测量仪表和继电器与高压装置在电气方面很好地隔离，保证工作人员的安全。,使测量仪表标准化小型化，采用小截面的电缆进行远距离测量。,当电路发生短路时，互感器使仪表和电流线圈不受冲击电流的影响。,2.仪用互感器,作用：将大电流变换为小电流。,电流互感器,特点：电流互感器原绕组线径较粗，匝数很少，与被测电路负载串联；副绕组线径较细，匝数很多，与电流表及功率表、电度表、继电器的电流线圈串联。,注意：,五、特殊变压器,副绕组电路不允许开路,54,2.仪用互感器,作用：将高电压变换成低电压。,电压互感器,特点：电压互感器的原绕组匝数很多，并联于待测电路两端；副绕组匝数较少，与电压