第3章磁路和壓器

1、3.1 磁路及其分析方法磁路及其分析方法3.2 交流鐵心線圈電路交流鐵心線圈電路3.3 變壓器變壓器3.4 電磁鐵電磁鐵退出退出1. 磁感應(yīng)強(qiáng)度磁感應(yīng)強(qiáng)度 b 矢量矢量2. 磁通磁通 f f 標(biāo)量標(biāo)量 單位：?jiǎn)挝唬簑b4. 磁場(chǎng)強(qiáng)度磁場(chǎng)強(qiáng)度 h 矢量矢量 定義：定義：h = b/ 3. 磁導(dǎo)率磁導(dǎo)率 真空磁導(dǎo)率真空磁導(dǎo)率 0 = 4 10 7 h/m ( (亨亨/米米) )均勻磁場(chǎng)均勻磁場(chǎng) 磁場(chǎng)內(nèi)各點(diǎn)的磁場(chǎng)內(nèi)各點(diǎn)的 b 大小相等，方向相同。大小相等，方向相同。對(duì)于均勻磁場(chǎng)對(duì)于均勻磁場(chǎng) f f = b s相對(duì)磁導(dǎo)率相對(duì)磁導(dǎo)率 r= / 0 對(duì)于鐵磁材料對(duì)于鐵磁材料 r = 102 105單位：?jiǎn)?/p>

2、位：a/m ( (安培安培/米米) )單位：?jiǎn)挝唬簍，gs，1 t = 104 gs3.1磁路及其分析方法磁路及其分析方法3.1.1 磁場(chǎng)的基本物理量磁場(chǎng)的基本物理量1. 高導(dǎo)磁性高導(dǎo)磁性hmhmbrhcbh3.1.2 磁性物質(zhì)的基本性能磁性物質(zhì)的基本性能2. 磁滯性磁滯性剩磁剩磁矯頑力矯頑力3. 磁飽和性磁飽和性h 增加，增加，b 增加很小的現(xiàn)象。增加很小的現(xiàn)象。hmhmbrhcbhb - h - hbcbh a3.1.2 磁性物質(zhì)的基本性能磁性物質(zhì)的基本性能磁路是研究局限于一定范圍內(nèi)的磁場(chǎng)問(wèn)題。磁路與電磁路是研究局限于一定范圍內(nèi)的磁場(chǎng)問(wèn)題。磁路與電路一樣，也是電工學(xué)課程所研究的基本對(duì)象。路

3、一樣，也是電工學(xué)課程所研究的基本對(duì)象。3.1.3 磁路的分析方法磁路的分析方法if f 主磁通主磁通f f 漏磁通漏磁通鐵心鐵心線圈線圈磁路：磁通相對(duì)集中通過(guò)的路徑。磁路：磁通相對(duì)集中通過(guò)的路徑。1. 磁通連續(xù)性原理磁通連續(xù)性原理通過(guò)任意閉合面的磁通量總為通過(guò)任意閉合面的磁通量總為 0。即穿入閉合面的。即穿入閉合面的磁感線，必同時(shí)穿出該閉合面。磁感線，必同時(shí)穿出該閉合面。2. 安培環(huán)路定律安培環(huán)路定律磁場(chǎng)強(qiáng)度沿任意閉合路徑的線積分，等于穿過(guò)該磁場(chǎng)強(qiáng)度沿任意閉合路徑的線積分，等于穿過(guò)該閉閉合路徑所包圍的電流的代數(shù)和。合路徑所包圍的電流的代數(shù)和。i3i1i23.1.3 磁路的分析方法磁路的分析方法

4、 lilh d a0ab d321iiil lh d磁壓降：磁壓降：hllnui 3. 磁路的歐姆定律磁路的歐姆定律根據(jù)根據(jù) lilhd磁通勢(shì)：磁通勢(shì)：f = ni ( (單位：?jiǎn)挝唬喊舶? )f f = b s = hs mrfslnihlla 磁路磁阻：磁路磁阻：rmslr m磁路歐姆定律：磁路歐姆定律：mrf f f+返回返回f ff f nui 設(shè)設(shè)：f f = f fmsin t1. 感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)與磁通的關(guān)系感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)與磁通的關(guān)系tneddf f ee tneddf f e = nf fmcos t = emsin( t 90 )mmm2f ff f fnne mmm44. 4222f

5、 ff ffnfnee 感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的有效值：感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的有效值：+2. 外加電壓與磁通的關(guān)系外加電壓與磁通的關(guān)系ufm= in ur= irf f ( (主磁通主磁通) ) f f ( (漏磁通漏磁通)由由 kvl： u = ir e e 所以所以 u e因?yàn)橐驗(yàn)?r 和和 e 很小，很小，u 的有效值的有效值u e = 4.44 f nf fmu = 4.44 f nbmstneddf f tneddf f f ff f nui ee +f ff f ni ( (4) )銅損銅損 線圈電阻產(chǎn)生的損耗線圈電阻產(chǎn)生的損耗磁滯損耗磁滯損耗鐵心反復(fù)鐵心反復(fù)磁化時(shí)所消耗的功率。磁化時(shí)所消耗的功率。(

6、(2) )渦流損耗渦流損耗 f f 在鐵心中在鐵心中產(chǎn)生的感應(yīng)電流而引起的損耗。產(chǎn)生的感應(yīng)電流而引起的損耗。 ( (3) )鐵心損耗鐵心損耗 = 磁滯損耗磁滯損耗 + 渦流損耗渦流損耗 pcu = i 2r3. 功率損耗功率損耗3.2 交流鐵心線圈電路交流鐵心線圈電路e +u+e+返回返回按用途分按用途分: : 電力變壓器，特種用途變壓器。電力變壓器，特種用途變壓器。按相數(shù)分按相數(shù)分: : 單相、三相和多相變壓器。單相、三相和多相變壓器。按繞組數(shù)分按繞組數(shù)分: : 雙繞組、多繞組及自耦變壓器。雙繞組、多繞組及自耦變壓器。3.3 變變 壓壓 器器3.3.1 變壓器的工作原理變壓器的工作原理2.

7、變壓器的結(jié)構(gòu)變壓器的結(jié)構(gòu)1. 變壓器的分類(lèi)變壓器的分類(lèi)變壓器鐵心變壓器鐵心: 硅鋼片疊壓而成。硅鋼片疊壓而成。變壓器繞組變壓器繞組: 高強(qiáng)度漆包線繞制而成。高強(qiáng)度漆包線繞制而成。其他部件其他部件: 油箱、冷卻裝置、保護(hù)裝置等。油箱、冷卻裝置、保護(hù)裝置等。變壓器鐵心變壓器鐵心: 硅鋼片疊壓而成。硅鋼片疊壓而成。變壓器繞組變壓器繞組: 高強(qiáng)度漆包線繞制而成。高強(qiáng)度漆包線繞制而成。其他部件其他部件: 油箱、冷卻裝置、保護(hù)裝置等。油箱、冷卻裝置、保護(hù)裝置等。鐵心鐵心線圈線圈殼式變壓器殼式變壓器心式變壓器心式變壓器鐵心鐵心線圈線圈2. 變壓器的結(jié)構(gòu)變壓器的結(jié)構(gòu)f ff f 1n1i1一次繞組一次繞組二次

8、繞組二次繞組3. 變壓器的工作原理變壓器的工作原理tnedd11f f tnedd111 f ftnedd22f f axax變壓器符號(hào)變壓器符號(hào)axu1+e1+e 1 +n2e2u20axszli2+s|zl |f f 1n1n2f fi1e2u2e1u1e 1f f 2i2u1 i1( ( i1n1) )f f 1 e 1f f e1i2 ( (i2n2 ) ) f f 2 e 23. 變壓器的工作原理變壓器的工作原理e2+e 2+f f 1n1n2axaxf fu1 e1 e2 e1u1 u20 = u1u20 = = kn1n2u20 = e2 i0u1u20e1e2 4.44 f n

9、1f fm 4.44 f n2f fmn1n2 = = = e2 u20e1 u1 e 1 結(jié)論結(jié)論 變比變比u1= e1e 1+r1i0 ( (1) ) 電壓變換電壓變換變壓器空載：變壓器空載：+aszln1i1= n2 i2n1n2axxf fi1e2 u2 e1 u1 e 1 i2結(jié)論結(jié)論產(chǎn)生主磁通產(chǎn)生主磁通f f 的磁動(dòng)勢(shì)的磁動(dòng)勢(shì)有效值有效值i0 = i1n ( (2. 5) )( (2) ) 電流變換電流變換變壓器接負(fù)載：變壓器接負(fù)載：012211ininin 02211 inin2211inin knnii11221 + e 2 +)(0小小izl= u1i1zl= u2i2= n

10、u2i2/k= k2 u2i2 = k2 zlzl= k2 zl結(jié)論結(jié)論i2kzlu2u1i1z0zle可利用變壓器進(jìn)行阻抗匹配可利用變壓器進(jìn)行阻抗匹配( (3) ) 阻抗變換阻抗變換|zl|= k2 |zl |+( (1) ) 額定容量額定容量 snsn = u1ni1n= u2ni2n三相變壓器三相變壓器單相變壓器單相變壓器sn = u1ni1n = u2ni2n ( (2) ) 額定電壓額定電壓 u1n 和和 u2n( (3) ) 額定電流額定電流 i1n 和和 i2n ( (4) ) 額定頻率額定頻率 fnu2n 一次側(cè)加一次側(cè)加 u1n 時(shí)，二次側(cè)繞組的開(kāi)路電壓。時(shí)，二次側(cè)繞組的開(kāi)路

11、電壓。u2n 應(yīng)比滿(mǎn)載運(yùn)行時(shí)的輸出電壓應(yīng)比滿(mǎn)載運(yùn)行時(shí)的輸出電壓 u2 高出高出 5% 10%。4. 變壓器的銘牌數(shù)據(jù)變壓器的銘牌數(shù)據(jù)允許通過(guò)的最大電流。允許通過(guò)的最大電流。 例例 1 有一臺(tái)額定容量有一臺(tái)額定容量 50 kva、額定電壓、額定電壓 3 300/220 v 的變壓器，高壓繞組為的變壓器，高壓繞組為 6 000 匝，試求：匝，試求：( (1) ) 低壓繞組匝數(shù)；低壓繞組匝數(shù)；( (2) ) 高壓邊低壓邊額定電流；高壓邊低壓邊額定電流；( (3) ) 當(dāng)一次側(cè)保持額定電壓不變，當(dāng)一次側(cè)保持額定電壓不變，二次側(cè)達(dá)到額定電流，輸出功率二次側(cè)達(dá)到額定電流，輸出功率 9 kw，功率因數(shù)為，功

12、率因數(shù)為 cos = 0.8 時(shí)的副邊端電壓時(shí)的副邊端電壓 u2。 解解(1) )n2=n1u2nu1n= 4006 000 2203 300=( (3) ) p = u2i2ncos i2n= k i1n=6 00040015.1 = 227 api2n cos u2=391032270.8= = 215 vsnu1n( (2) )i1n = 15.1 a=50 1033 30021n2n1nnuu 例例 2 如圖所示，交流信號(hào)源如圖所示，交流信號(hào)源 e = 220 v，內(nèi)阻，內(nèi)阻 r0 = 800 ，負(fù)載，負(fù)載 rl= 8 ，( (1) ) 當(dāng)當(dāng) rl 折算到原邊的等效電阻折算到原邊的等效

13、電阻 r l= r0 時(shí)時(shí) ，求變壓器的匝數(shù)和信號(hào)源的輸出功率；，求變壓器的匝數(shù)和信號(hào)源的輸出功率；( (2) ) 當(dāng)將負(fù)載直接與信號(hào)源聯(lián)接時(shí)，信號(hào)源輸出多大功率？當(dāng)將負(fù)載直接與信號(hào)源聯(lián)接時(shí)，信號(hào)源輸出多大功率？ 解解 ( (1) ) rl = k2rl= r0i2krlu2u1i1r0rle+llrrrep 20)( w5 . 4800)800800120(2 ( (2) )w176. 08)8800120(2 p108800l rrklcos = 0.8cos = 1ou2i2 外特性外特性 u2= f (i2)電壓變化率電壓變化率u20u2u20 u=100%3.3.2 變壓器的外特性變

14、壓器的外特性u(píng)20i2ni2krlu2u1i1rius+1. .損耗損耗 p = pcu+ pfe銅損銅損2. .效率效率p2 p1 = 100%p2 + pcu+pfep2 = 100% = ( (90 99) )%3.3.3 變壓器的損耗與效率變壓器的損耗與效率222211cuirirp 鐵損鐵損 pfe與與 bm有關(guān)有關(guān)u1n1n2zlu2i = (1 ) i1n1 n2n2 n1= (1 ) i21. 自耦變壓器自耦變壓器3.3.4 特殊特殊變壓器變壓器knnuu 2121knnii11221 u1 n1n2 u2zli1 i2 i21iii 2. 電流互感器電流互感器3.3.4 特殊

15、特殊變壓器變壓器knnii11221 n1n2負(fù)載負(fù)載ai1i22121inni 用來(lái)擴(kuò)大測(cè)量交流電流的用來(lái)擴(kuò)大測(cè)量交流電流的量程量程注意：測(cè)量時(shí)二次繞組電路不允許開(kāi)路！注意：測(cè)量時(shí)二次繞組電路不允許開(kāi)路！axaxiif f1f f2同名端同名端1. 同名端同名端感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的同極性端感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的同極性端3.3.5 變壓器繞組的極性變壓器繞組的極性axax+e1e2x 與與 a 相連，兩個(gè)相連，兩個(gè)f f1的方向相同的方向相同u = e1 e1+ r1i + r1i = 2e1+ 2r1ix 與與 x 相連，相連， 兩個(gè)兩個(gè)f f1的方向相反的方向相反u = e1+ e1 + r1i + r1i

16、 = 2r1i正確聯(lián)接方法正確聯(lián)接方法，u 加在加在 ax 端，端，錯(cuò)誤聯(lián)接方法錯(cuò)誤聯(lián)接方法，u 加在加在a a 端，端，產(chǎn)生很大電流，不允許！產(chǎn)生很大電流，不允許！2. 繞組的連接繞組的連接axaxiif f1f f1e1e1+axaxiif f1f f1e1e1+返回返回3.4電磁鐵電磁鐵銜鐵銜鐵鐵心鐵心鐵心鐵心線圈線圈線圈線圈銜鐵銜鐵結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu) ：線圈、鐵心、銜鐵：線圈、鐵心、銜鐵利用電磁力實(shí)現(xiàn)某一機(jī)械發(fā)生動(dòng)作的電磁元件。利用電磁力實(shí)現(xiàn)某一機(jī)械發(fā)生動(dòng)作的電磁元件。1. 直流電磁鐵直流電磁鐵( (1) ) 電磁吸力電磁吸力通入直流，無(wú)鐵損，鐵心用整塊的鑄鋼、軟鋼。通入直流，無(wú)鐵損，鐵心用整塊

17、的鑄鋼、軟鋼。 f對(duì)直流對(duì)直流 u = ir u 不變時(shí)，不變時(shí)，i 不變不變磁動(dòng)勢(shì)磁動(dòng)勢(shì) fm= in =um= f frm 也不變也不變r(jià)m= rm0+rm1rm= rm1吸合吸合后后前前f f所以在吸合后所以在吸合后b0 結(jié)論：吸力變大！結(jié)論：吸力變大！( (2) ) 吸合前后的電磁吸力吸合前后的電磁吸力 變化情況變化情況02002 bsf ( (1) ) 平均電磁吸力平均電磁吸力鐵心由硅鋼片疊成；鐵心由硅鋼片疊成；有分磁環(huán)。有分磁環(huán)。2. 交流電磁鐵交流電磁鐵02m71610sbf ( (2) ) 吸合前后的電磁吸力吸合前后的電磁吸力 不不變變根據(jù)根據(jù) u = 4.44 f n f f

18、m當(dāng)當(dāng) u, f , n不變不變, f fm不變不變 bm不變不變吸力吸力 f 不變。不變。磁動(dòng)勢(shì)磁動(dòng)勢(shì) fm= i n =um= f frmrm= rm0+ rm1rm= rm1吸合吸合后后前前所以在吸合過(guò)程中，所以在吸合過(guò)程中， 吸力不變，勵(lì)磁電流由大吸力不變，勵(lì)磁電流由大變變小。小。大大i n 有效值有效值 i 大大 小小i n 有效值有效值 i 小小 tf f、fff ff f1鐵心鐵心電磁吸力電磁吸力 由于由于 f f1 1 與與 f f2 2 之間出現(xiàn)了相位差，之間出現(xiàn)了相位差，合成磁通所產(chǎn)生的電磁吸力就不會(huì)為零。合成磁通所產(chǎn)生的電磁吸力就不會(huì)為零。磁通為零，磁通為零，吸力也為零吸力也為零f f2短路銅環(huán)短路銅環(huán)( (3) ) 分磁環(huán)結(jié)構(gòu)分磁環(huán)結(jié)構(gòu) 例例 1 把一臺(tái)把一臺(tái) 50 hz、380 v 的交流電磁鐵接在的交流電磁鐵接在50 hz、 220 v 的交流電源上，會(huì)出現(xiàn)什么問(wèn)題？怎的交流電源上，會(huì)出現(xiàn)什么問(wèn)題？怎樣解決？樣解決？ 解解 根據(jù)根據(jù) u 4.44f nf fmu f fm f 吸力不足吸力不足減少減少 n 例