第三章 磁路與鐵心線圈電路

1、 在很多電工設(shè)備（像變壓器、電機、電磁鐵電在很多電工設(shè)備（像變壓器、電機、電磁鐵電 工測量儀器等）中，不僅有電路的問題，同時還有工測量儀器等）中，不僅有電路的問題，同時還有 磁路的問題。只有同時掌握了電路和磁路的基本理磁路的問題。只有同時掌握了電路和磁路的基本理 論，才能對以上電工設(shè)備進行全面分析。論，才能對以上電工設(shè)備進行全面分析。 本章結(jié)合磁路和鐵心線圈電路的分析，討論變本章結(jié)合磁路和鐵心線圈電路的分析，討論變 壓器和電磁鐵的工作原理，作為應(yīng)用實例。壓器和電磁鐵的工作原理，作為應(yīng)用實例。 磁路和電路往往是相關(guān)的，因此在這里要研究磁路和電路往往是相關(guān)的，因此在這里要研究 磁路和電路的關(guān)系以及

2、磁和電的關(guān)系。磁路和電路的關(guān)系以及磁和電的關(guān)系。 F B lH d IlH d l IN H 或或 H/m104 7 0 HB m H m s mA sV mA mWb / / 2 位的單 0 r 0 B B H H 0 l S lHlNI B IlH d mR F S l NI mR F S l R m S l NI R F m S l R S l E R E I nn2211lHlHlHNI n i iil HNI 1 ,lH,lH2211 n n S BB S B , . , S , 2 2 1 1 n i iil HNI 1 A 513 300 4509000 . . N Hl I A

3、 390 300 450260 . . N Hl I A/m102 . 7 104 9 . 0 5 7 0 0 0 B H cm 390.2- 2391 .ll cm 239 2 1510 .l A 16351951440110 lHHNI A 144010201027 25 0 .H A 1951039500 2 11 lH 1635 1 1635 I NI N u (Ni)i d d t Ne t Ne d d （磁通勢）（磁通勢） t i L d d 常常數(shù)數(shù) i N L eeRi u )( d d e t i LRi )()( EEIRU )(j EIXIR t, sin m )sin

4、( d d d d m t t N t Ne tN cos m )90t(sin2 m fN)90(sin m tE m mm 444 2 2 2 fN. fNE E EU (V) 444444 mm SfNB.fN.EU )(j EIXIRU Fe 2 cosPRIUIP 2 cm 527910230.S 300 105272150444 220 444 4 m .SfB. U N A1 3002 1060700 2 2 N lH I m 變壓器是一種常見的電氣設(shè)備，在電力系統(tǒng)和電變壓器是一種常見的電氣設(shè)備，在電力系統(tǒng)和電 子線路中應(yīng)用廣泛。子線路中應(yīng)用廣泛。 變電壓：變電壓：電力系統(tǒng)電力系

5、統(tǒng) 變阻抗：變阻抗：電子線路中的阻抗匹配電子線路中的阻抗匹配 變電流：變電流：電流互感器電流互感器 ： 在能量傳輸過程中，當(dāng)輸送功率在能量傳輸過程中，當(dāng)輸送功率P =UI cos 及及 負(fù)載功率因數(shù)負(fù)載功率因數(shù)cos 一定時：一定時： 電能損耗小電能損耗小 節(jié)省金屬材料（經(jīng)濟）節(jié)省金屬材料（經(jīng)濟） U I P = I Rl I S 發(fā)電廠發(fā)電廠 10.5kV 輸電線輸電線 220kV 升壓升壓 儀器儀器 36V 降壓降壓 實驗室實驗室 380 / 220V 降壓降壓 變電站變電站 10kV 降壓降壓降壓降壓 單相變壓器單相變壓器 1 u 2 u 1 i 2 i + + 變壓器的磁路變壓器的磁路

6、 由高導(dǎo)磁硅鋼片疊成由高導(dǎo)磁硅鋼片疊成 厚厚0.35mm 或或 0.5mm鐵心鐵心 一次一次 繞組繞組 N1 二次二次 繞組繞組 N2 鐵心鐵心 變壓器的結(jié)構(gòu)變壓器的結(jié)構(gòu) 單相變壓器單相變壓器 1 u 2 u 1 i 2 i + + 一次一次 繞組繞組 N1 二次二次 繞組繞組 N2 鐵心鐵心 (1) 空載運行情況空載運行情況 一次側(cè)接交流電源，一次側(cè)接交流電源， 二次側(cè)開路。二次側(cè)開路。 0 i 0 2 i 1 u + 20 u + 2 e + 1 e + 1 e+ 1 1 N 2 N 1 u d d 11 t Ne i0 ( i0N1) 1 d d 0 11 t i Le t Ne d d

7、 22 空載時，空載時， 鐵心中主鐵心中主 磁通磁通 是是 由一次繞由一次繞 組磁通勢組磁通勢 產(chǎn)生的。產(chǎn)生的。 (2) 帶負(fù)載運行情況帶負(fù)載運行情況 一次側(cè)接交流電源，一次側(cè)接交流電源， 二次側(cè)二次側(cè)。 1 u + 1 e + 1 e+ 1 1 N 2 N 1 u d d 11 t Ne 1 d d 1 11 t i Le t Ne d d 22 i1 ( i1N1) i1 i2 ( i2N2) 2 有載時，鐵心有載時，鐵心 中主磁通中主磁通 是是 由一次、二次由一次、二次 繞組磁通勢共繞組磁通勢共 同產(chǎn)生的合成同產(chǎn)生的合成 磁通。磁通。 2 i2 + e2+ e 2 + u2 d d 2

8、t i Le 22 t)sin( t N t N m111 d d d d e tN cos m1 )90t(sin m1 E 1m1 44.4NfE 2 2 2 11 1 mm fNE E )90t(sin m22 Ee 2m2 44. 4NfE t, sin m 根據(jù)根據(jù)KVL： 11111 11111 jEIXIR EEIRU 變壓器一次側(cè)等效電路如圖變壓器一次側(cè)等效電路如圖 1m1111 444Nf.EUEU 由于電阻由于電阻 R1 和感抗和感抗 (或漏磁通或漏磁通)較小較小,其兩端其兩端 的電壓也較小的電壓也較小,與主磁電動勢與主磁電動勢 E 比較可忽略不計，比較可忽略不計， 則則

9、1 E 1 R1 I 1 U 1 E + + + 一次側(cè)一次側(cè) 一次側(cè)一次側(cè) K N N E E U U 2 1 2 1 20 1 根據(jù)根據(jù)KVL： 2m22022 4440Nf.EUU,I 結(jié)論：改變匝數(shù)比，就能改變輸出電壓。結(jié)論：改變匝數(shù)比，就能改變輸出電壓。 22222 2222 jUIXIR UEIRE 2 2 U + 1 u + 1 e + 1 e + 1 N 2 N + + 高壓繞組：高壓繞組： U2、 V2 、W2 : 尾端尾端 U1、 V1 、W1 : 首端首端 低壓繞組：低壓繞組： u1、v1 、w1: 首端首端 u2、v2 、w2: 尾端尾端 / 000 YYYYYYYY、

10、： 高壓繞組接法高壓繞組接法 低壓繞組接法低壓繞組接法 :YY 0 /三相配電變壓器三相配電變壓器 : Y/ 動力供電系統(tǒng)（井下照明）動力供電系統(tǒng)（井下照明） : Y 0 / U1 U2 u1 u2 V1 V2 v1 v2 W1 W2 w1 w2 K U U U U U U 2P 1P 2P 1P 2 1 3 3 U1 3 1 U 1 U + + V2 W3 K3 1 U K U U 1 2 w1 + + v1 u1 K U U U U U U 33 3 2P 1P 2P 1P 2 1 U1 3 1 1P U U 1 U K U UU 3 1 2P2 + + + V1 W1 u1 v1 w1

11、2 2 22 Z U IZ 1m11 44 4 Nf.EU m10 Ni m2211 NiNi + |Z| 2 i 1 u 2 e 1 i 1 e 1 N 2 N + + + 2 u 一般情況下：一般情況下：I0 (23)%I1N 很小可忽略。很小可忽略。 2211 NiNi 所所以以或或 2211 NINI 2211 NINI 所所以以 KN N I I1 1 2 2 1 結(jié)論：一次、二次側(cè)電流與匝數(shù)成反比。結(jié)論：一次、二次側(cè)電流與匝數(shù)成反比。 或：或： 221011 NiNiNi 22N i 102211 NiNiNi 空載磁勢空載磁勢有載磁勢有載磁勢 2 2 I U Z 1 1 I U

12、Z ZK I U K K I KU I U Z 2 2 22 2 2 1 1 ZKZ 2 結(jié)論：結(jié)論： 變壓器一次側(cè)的等效阻抗模，為二次變壓器一次側(cè)的等效阻抗模，為二次 側(cè)所帶負(fù)載的阻抗模的側(cè)所帶負(fù)載的阻抗模的K 2 倍。倍。 1 U 2 U 1 I 2 I Z + + 1 U 1 I Z + ： 10 8 800 L 2 1 L R R N N K 如圖，交流信號源的電動如圖，交流信號源的電動 勢勢 E= 120V，內(nèi)阻，內(nèi)阻 R 0=800 ， 負(fù)載為揚聲器，其等效電阻為負(fù)載為揚聲器，其等效電阻為 RL=8 。要求。要求: (1)當(dāng)當(dāng)RL折算到折算到 原邊的等效電阻原邊的等效電阻 時，時，

13、 求變壓器的匝數(shù)比和信號源輸求變壓器的匝數(shù)比和信號源輸 出的功率；（出的功率；（2）當(dāng)將負(fù)載直）當(dāng)將負(fù)載直 接與信號源聯(lián)接時接與信號源聯(lián)接時,信號源輸信號源輸 出多大功率？出多大功率？ 0L RR I 1 N 2 U 2 I R0 + + 2 N RL E 信號源信號源 + R0 E RL I W54800 800800 120 2 L 2 L0 .R RR E P 0L RR W17608 8800 120 2 L 2 L0 .R RR E P （2，為：為： 2 cm 18901422.S 1920 10181150444 380 444 4 m 1 1 .SfB. U N 190 380

14、 36051 1920 051 1 2 1 1 20 12 . U U. N U U NN A 391 36 50 2 N 2 . U S I A 130 380 50 1 N 1 . U S I J I d d JI 4 , 4 2 mm250mm 2560 52143 0.1344 1 1 . .J I d取取 mm90mm 840 52143 39144 2 2 . . . J I d取取 變壓器額定容量變壓器額定容量(KVA) S:三相三相 D:單相單相 N1N1N2N2N IUIUS N1N1N2N2N 33IUIUS N1N1N IUS 容量：容量： 2 1 P P 一次側(cè)輸入功率

15、：一次側(cè)輸入功率： cos 222 IUP 輸出功率：輸出功率： 變壓器運行變壓器運行 時的功率取時的功率取 決于負(fù)載的決于負(fù)載的 性質(zhì)性質(zhì) 12 2222)。 。 %100% 20 220 U UU U )( 22 IfU 2 U2 I2 U20 I2N 2 O FeCu2 2 1 2 PPP P P P A 144 4003 10100 3 3 N2 N N2 U S I A 629 60003 10100 3 3 N1 N N1 . U S I 0 0 3 3 CuFe2 2 1 197 240060010100 10100 . PPP P 0 0 3 3 2 1 697 2400 2

16、1 60010100 2 1 10100 2 1 . 2 A X a x A a x 同極性端用同極性端用“” 表示表示。 增加增加 + + + + 聯(lián)接聯(lián)接 23 Nf. U m 2444 220 聯(lián)接聯(lián)接 13， 2 4 i i Nf. U 444 110 m 當(dāng)電源電壓為當(dāng)電源電壓為220V時：時： 220 u + 110 u + 電源電壓為電源電壓為110V時：時： N N 1 3 2 4 N N 1 3 2 4 不行（兩繞組必須并接）不行（兩繞組必須并接） i u N N 1 3 2 4 Ni2 220 Ni 110 2 220 110 i i + 兩個線圈中的磁通抵消兩個線圈中的磁通抵消 原因：原因： 電流電流 很大很大 1 1 R u i 1111 eRiu 感應(yīng)電勢感應(yīng)電勢 0e 1 3 2 4 N N i + u axAaAX UUU、 測量：測量： 若若 說明說明 A 與與 x 或或 X 與與 a 是是同極性端同極性端. axAXAa UUU axAXAa UUU V a A X x V AX u