第6章磁路與鐵芯線圈電路-陸平

1、南通大學(xué)電氣工程學(xué)院下翻下翻上翻上翻退出退出6.1 磁路及其分析方法磁路及其分析方法6.2 交流鐵心線圈電路交流鐵心線圈電路6.3 變壓器變壓器南通大學(xué)電氣工程學(xué)院下翻下翻上翻上翻退出退出mfNU44. 4 1.了解磁性材料的磁性能以及磁路中幾個基本物理量的了解磁性材料的磁性能以及磁路中幾個基本物理量的意義和單位；意義和單位； 2.了解分析磁路的基本定律；了解分析磁路的基本定律； 3.理解鐵心線路線圈電路中的電磁關(guān)系、電壓電流關(guān)系理解鐵心線路線圈電路中的電磁關(guān)系、電壓電流關(guān)系以及功率與能量問題，特別要掌握以及功率與能量問題，特別要掌握 這一這一關(guān)系式；關(guān)系式； 4.了解變壓器的基本構(gòu)造、工作原

2、理、銘牌數(shù)據(jù)、外特了解變壓器的基本構(gòu)造、工作原理、銘牌數(shù)據(jù)、外特性和繞組的同極性端，掌握其電壓、電流、阻抗的變換性和繞組的同極性端，掌握其電壓、電流、阻抗的變換功能；功能； 南通大學(xué)電氣工程學(xué)院下翻下翻上翻上翻退出退出1. 磁感應(yīng)強度磁感應(yīng)強度 B 矢量矢量2. 磁通磁通 標(biāo)量標(biāo)量 單位：單位：Wb均勻磁場均勻磁場 磁場內(nèi)各點的磁場內(nèi)各點的 B 大小相等，方向相同。大小相等，方向相同。對于均勻磁場對于均勻磁場 = B S單位：單位：T（特斯拉）（特斯拉）6.1磁路及其分析方法磁路及其分析方法6.1.1 磁場的基本物理量磁場的基本物理量定義：單位正電荷在磁場中以單位速度沿與磁場垂直定義：單位正電

3、荷在磁場中以單位速度沿與磁場垂直方向運動時所受的最大磁力。方向運動時所受的最大磁力。B是表示磁場中某一點是表示磁場中某一點磁場強弱和方向的物理量。磁場強弱和方向的物理量。南通大學(xué)電氣工程學(xué)院下翻下翻上翻上翻退出退出相對相對磁導(dǎo)率磁導(dǎo)率 r= / 0 對于鐵對于鐵磁材料磁材料 r = 102 1054. 磁場強度磁場強度 H 矢量矢量 定義：定義：H = B/ 單位：單位：A/m ( (安培安培/米米) )3. 磁導(dǎo)率磁導(dǎo)率 - 用來表示物質(zhì)導(dǎo)磁能力的物理量。用來表示物質(zhì)導(dǎo)磁能力的物理量。真空真空磁導(dǎo)率磁導(dǎo)率 0 0 = 4= 410 10 7 7 H/m (H/m (亨亨/ /米米) )南通大

4、學(xué)電氣工程學(xué)院下翻下翻上翻上翻退出退出1.1.高導(dǎo)磁性高導(dǎo)磁性6.1.2 6.1.2 磁性物質(zhì)的基本性能磁性物質(zhì)的基本性能3. 磁滯性磁滯性2.2.磁飽和性磁飽和性在外磁場的作用下，磁性物質(zhì)被強烈磁化在外磁場的作用下，磁性物質(zhì)被強烈磁化而呈現(xiàn)出很強的磁性。而呈現(xiàn)出很強的磁性。123456南通大學(xué)電氣工程學(xué)院下翻下翻上翻上翻退出退出6.1.3 磁路的分析方法磁路的分析方法I 主磁通主磁通 漏磁通漏磁通鐵心鐵心線圈線圈磁路：磁通相對集中通過的路徑。磁路：磁通相對集中通過的路徑。南通大學(xué)電氣工程學(xué)院下翻下翻上翻上翻退出退出1. 安培環(huán)路定律安培環(huán)路定律磁場強度沿任意閉合路徑的線積分，等于穿過該磁場強

5、度沿任意閉合路徑的線積分，等于穿過該閉合路徑所包圍的電流的代數(shù)和。閉合路徑所包圍的電流的代數(shù)和。I3I1I2 lIlH d321IIIl lH d南通大學(xué)電氣工程學(xué)院下翻下翻上翻上翻退出退出磁壓降：磁壓降：HllNui 2. 磁路的歐姆定律磁路的歐姆定律根據(jù)根據(jù) lIlHd磁通勢：磁通勢：F = NI ( (單位：單位：安安) ) = B S = HS mRFSlNIHlls磁路磁阻：磁路磁阻：RmSlR m磁路歐姆定律：磁路歐姆定律：mRF +返回返回南通大學(xué)電氣工程學(xué)院下翻下翻上翻上翻退出退出 Nui 設(shè)：設(shè)： = msin t1. 感應(yīng)電動勢與磁通的關(guān)系感應(yīng)電動勢與磁通的關(guān)系tNedd

6、ee tNedd e = N mcos t = Emsin( t 90 )mmm2 fNNE mmm44. 4222 fNfNEE 感應(yīng)電動勢感應(yīng)電動勢的有效值：的有效值：+南通大學(xué)電氣工程學(xué)院下翻下翻上翻上翻退出退出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= iR ( (主磁通主磁通) ) ( (漏磁通漏磁通) )由由 KVL： u = iR e e 所以所以 u e因為因為 R 和和 e 很小，很小，U 的有效值的有效值U E = 4.44 f N mU = 4.44 f NBmStNedd tNedd Nui ee +南通大學(xué)電氣工程學(xué)院下翻下翻上翻上翻退出退出

7、 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)磁化時所消耗的功率。磁化時所消耗的功率。( (2) )渦流損耗渦流損耗 在鐵心中在鐵心中產(chǎn)生的感應(yīng)電流而引起的產(chǎn)生的感應(yīng)電流而引起的損耗。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e +u+e+返回返回南通大學(xué)電氣工程學(xué)院下翻下翻上翻上翻退出退出按用途分按用途分: : 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)

8、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。6.3 變變 壓壓 器器6.3.1 變壓器的工作原理變壓器的工作原理1. 變壓器的分類變壓器的分類南通大學(xué)電氣工程學(xué)院下翻下翻上翻上翻退出退出 1N1i1一次繞組一次繞組二次繞組二次繞組2. 變壓器的工作原理變壓器的工作原理tNedd11 tNedd111 tNedd22 AXax變壓器符號變壓器符號Axu1+e1+e 1 +N2e2u20axSZLi2+南通大學(xué)電氣工程學(xué)院下翻下翻上翻上翻退出退出S|ZL | 1N1N2 i1e2u2e1u1e 1 2i2u1 i1( ( i1N1) ) 1 e 1 e1i2 ( (i2N2

9、) ) 2 e 2e2+e 2+南通大學(xué)電氣工程學(xué)院下翻下翻上翻上翻退出退出 1N1N2AXax U1 E1 E2 E1U1 U20 = U1U20 = = KN1N2U20 = E2 I0U1U20E1E2 4.44 f N1 m 4.44 f N2 mN1N2 = = = 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：+南通大學(xué)電氣工程學(xué)院下翻下翻上翻上翻退出退出aSZLN1I1= N2 I2N1N2AXx I1E2 U2 E1 U1 E 1 I2結(jié)論結(jié)論產(chǎn)生主磁通產(chǎn)生主磁通 的的磁動勢磁動勢有效值有

10、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 2211ININ KNNII11221 + E 2 +)(0小I南通大學(xué)電氣工程學(xué)院下翻下翻上翻上翻退出退出ZL= U1I1ZL= U2I2= KU2I2/K= K2 U2I2 = K2 ZLZL= K2 ZL結(jié)論結(jié)論I2KZLU2U1I1Z0ZLE可利用變壓器進行阻抗匹配可利用變壓器進行阻抗匹配( (3) ) 阻抗變換阻抗變換|ZL|= K2 |ZL |+南通大學(xué)電氣工程學(xué)院下翻下翻上翻上翻退出退出 例例 1 有一臺額定容量有一臺額定容量 50 kVA、額定電壓額定

11、電壓 3300/220 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) ) 低壓繞組低壓繞組匝數(shù)；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)保持當(dāng)一次側(cè)保持額定電壓不變，二次側(cè)達到額定電流，輸出功率額定電壓不變，二次側(cè)達到額定電流，輸出功率39 kW，功率因數(shù)為功率因數(shù)為 cos = 0.8 時的副邊端電壓時的副邊端電壓U2。 解解(1) )N2=N1U2NU1N= 4006 000 2203300=( (3) ) P = U2I2Ncos I2N= K I1N=6 00040015.1 = 227 AP

12、I2N cos U2=391032270.8= = 215 VSNU1N( (2) )I1N = 15.1 A=50 1033 30021N2N1NNUU 南通大學(xué)電氣工程學(xué)院下翻下翻上翻上翻退出退出 例例 2 如圖所示，交流信號源如圖所示，交流信號源 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 折算到原邊的等效折算到原邊的等效電阻電阻 R L= R0 時時 ，求變壓器的匝數(shù)比和信號源的輸出，求變壓器的匝數(shù)比和信號源的輸出功率；功率；( (2) ) 當(dāng)將負(fù)載直接與信號源聯(lián)接時，信號源輸當(dāng)將負(fù)載直接與信號源聯(lián)接時，信號源輸出多大功率？出多

13、大功率？ 解解 ( (1) ) RL = K2RL= R0I2KRLU2U1I1R0RLE+LLRRREP 20)( W5 . 4800)800800120(2 ( (2) )W176. 08)8800120(2 P108800L RRKL南通大學(xué)電氣工程學(xué)院下翻下翻上翻上翻退出退出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) )%6.3.3 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)南通大學(xué)電氣工程學(xué)院下翻下翻上翻上翻退出退出U1N1N2ZLU2I = (1 ) I1N1 N2N2 N1= (1 )