《磁路和變壓器》課件

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1、跳轉到第一頁跳轉到第一頁+(a)電磁鐵的磁路 (b)變壓器的磁路 (c)直流電機的磁路實際電路中有大量電感元件的線圈中有鐵心。實際電路中有大量電感元件的線圈中有鐵心。線圈通電后鐵心就構成磁路，磁路又影響電線圈通電后鐵心就構成磁路，磁路又影響電路。因此電工技術不僅有電路問題，同時也路。因此電工技術不僅有電路問題，同時也有磁路問題。有磁路問題。跳轉到第一頁 磁感應強度磁感應強度B是表示磁場內某點磁場強弱及是表示磁場內某點磁場強弱及方向的物理量。方向的物理量。B的大小等于通過垂直于磁場方的大小等于通過垂直于磁場方向單位面積的磁力線數目，向單位面積的磁力線數目，B的方向用右手螺旋的方向用右手螺旋定則確

2、定。單位是特斯拉定則確定。單位是特斯拉(T)。均勻磁場中磁通均勻磁場中磁通等于磁感應強度等于磁感應強度B與垂直與垂直于磁場方向的面積于磁場方向的面積S的乘積，單位是韋伯的乘積，單位是韋伯(Wb)。BS跳轉到第一頁 磁導率磁導率表示物質的導磁性能，單位是表示物質的導磁性能，單位是亨亨/米米(H/m)。真空的磁導率真空的磁導率H/m10470 非鐵磁物質的磁導率與真空極為接近，非鐵磁物質的磁導率與真空極為接近，鐵磁物質的磁導率遠大于真空的磁導率。鐵磁物質的磁導率遠大于真空的磁導率。：物質磁導率與真空磁物質磁導率與真空磁導率的比值。非鐵磁物質導率的比值。非鐵磁物質r近似為近似為1，鐵磁，鐵磁物質的物

3、質的r遠大于遠大于1。跳轉到第一頁 磁場強度只與產生磁場的電流以及磁場強度只與產生磁場的電流以及這些電流分布有關，而與磁介質的磁導這些電流分布有關，而與磁介質的磁導率無關，單位是安米（率無關，單位是安米（Am）。）。是是為了簡化計算而引入的輔助物理量。為了簡化計算而引入的輔助物理量。BH 或 HB跳轉到第一頁 lIl dH 計算電流代數和時，與繞行方向符合右計算電流代數和時，與繞行方向符合右手螺旋定則的電流取正號，反之取負號。手螺旋定則的電流取正號，反之取負號。若閉合回路上各點的磁場強度相等且其若閉合回路上各點的磁場強度相等且其方向與閉合回路的切線方向一致，則：方向與閉合回路的切線方向一致，則

4、：FNIIHlF=NI 稱為磁動勢，單位是安（A）。跳轉到第一頁 mRFSlNISlNIHSBSSlRm稱為磁阻，表示磁路對磁稱為磁阻，表示磁路對磁通的阻礙作用。通的阻礙作用。因鐵磁物質的磁阻因鐵磁物質的磁阻Rm不是常數，它不是常數，它會隨勵磁電流會隨勵磁電流I的改變而改變，因而通常的改變而改變，因而通常不能用磁路的歐姆定律直接計算，但可不能用磁路的歐姆定律直接計算，但可以用于定性分析很多磁路問題。以用于定性分析很多磁路問題。跳轉到第一頁 dtdNe式中 N 為線圈匝數。感應電動勢的方向由dtd的符號與感應電動勢的參考方向比較而定出。當0dtd，即穿過線圈的磁通增加時，0e，這時感應電動勢的方

5、向與參考方向相反，表明感應電流產生的磁場要阻止原磁場的增加；當0dtd，即穿過線圈的磁通減少時，0e，這時感應電動勢的方向與參考方向相同，表明感應電流產生的磁場要阻止原磁場的減少。跳轉到第一頁：磁導率可達磁導率可達102104，由鐵磁材，由鐵磁材料組成的磁路磁阻很小，在線圈中通入較料組成的磁路磁阻很小，在線圈中通入較小的電流即可獲得較大的磁通小的電流即可獲得較大的磁通。：B不會隨不會隨H的增強而無限增強，的增強而無限增強，H增大到一定值時，增大到一定值時，B不能繼續增強。不能繼續增強。：鐵心線圈中通過交變電流時，：鐵心線圈中通過交變電流時，H的的大小和方向都會改變，鐵心在交變磁場中大小和方向都

6、會改變，鐵心在交變磁場中反復磁化，在反復磁化的過程中，反復磁化，在反復磁化的過程中，B的變化的變化總是滯后于總是滯后于H的變化。的變化。跳轉到第一頁HcOabHBHBOBrHc鐵磁材料的類型：鐵磁材料的類型：磁導率高，磁滯特性不明顯，矯頑：磁導率高，磁滯特性不明顯，矯頑力和剩磁都小，磁滯回線較窄，磁滯損耗小。力和剩磁都小，磁滯回線較窄，磁滯損耗小。：剩磁和矯頑力均較大，磁滯性明顯，：剩磁和矯頑力均較大，磁滯性明顯，磁滯回線較寬。磁滯回線較寬。：只要受較小的外磁場作用就能磁化：只要受較小的外磁場作用就能磁化到飽和，當外磁場去掉，磁性仍保持，磁滯回到飽和，當外磁場去掉，磁性仍保持，磁滯回線幾乎成矩

7、形。線幾乎成矩形。磁化曲線磁化曲線磁滯回線磁滯回線跳轉到第一頁 設線圈的電阻為設線圈的電阻為R，主主磁電動勢為磁電動勢為e和漏感電動勢和漏感電動勢為為e，由由KVL，有：有：+u i eeiReeu設主磁通按正弦規律變化：tmsin，則：)90sin(costEtNdtdNemmmmmfNNEE44.422e 的有效值為：的有效值為：跳轉到第一頁uuudtdNdtdiLiReeiRuR)()(UUUUIjXIRUR寫成相量形式寫成相量形式：式中LX為漏磁 感抗，簡稱漏 抗。由于線圈 的電阻 R 和漏 磁通都很 小，R 上的 電壓和 漏感 電動 勢e也很小，與主磁電動勢比較可以忽略不計。于是：d

8、tdNueu表明在忽略線圈電阻 R 及漏磁通的條件下，當線圈匝數 N 及電源頻率 f 為一定時，主磁通的幅值m由勵磁線圈外的電壓有效值 U 確定，與鐵心的材料及尺寸無關。dtdiLe設漏磁電感為設漏磁電感為L，則：則：跳轉到第一頁o22FeCucosRIRIPPUIP銅損RIP2Cu由線圈導線發熱引起。鐵損FeP=I2R0主要是由磁滯和渦流產生的。式中 I 是線圈電流，R 是線圈電阻，Ro是和鐵損相應的等效電阻。+UIRRo jXo jX+U 圖中圖中X0是反是反映線圈能量儲放映線圈能量儲放的等效感抗。的等效感抗。跳轉到第一頁例：例：有一鐵心線圈，接到V 220U、Hz 50f的交流電源上，測

9、得電流A 2I，功率 W50P。（1）不計線圈電阻及漏磁通，試求鐵心線圈等效電路的 Ro及 Xo；（2）若線圈電阻1R，試計算該線圈的銅損及鐵損。解：解：（1）由cosUIP，得：5.83222050arccosarccosUIP阻抗：3.1095.125.831105.832220oojIUjXRZ5.12oR，3.109oX（2）銅損：W41222CuRIP鐵損：W46450CuFePPP或：W46)15.12(22o2FeRIP跳轉到第一頁+u2i1e1(a)變壓器結構示意圖 (b)變壓器的符號+u1i2e2Z+u1+u21e2e12 原繞組匝數為原繞組匝數為N1，電壓電壓u1，電流電流

10、i1，主主磁電動勢磁電動勢e1，漏磁電動勢漏磁電動勢e1；副繞組匝數副繞組匝數為為N2，電壓電壓u2，電流電流i2，主磁電動勢主磁電動勢e2，漏漏磁電動勢磁電動勢e2。跳轉到第一頁mfNEU11144.0mfNEU222044.0kNNEEUU2121201111111EIjXIRU原繞組的電壓方程：原繞組的電壓方程：222222IjXIREU副繞組的電壓方程：副繞組的電壓方程：忽略電阻忽略電阻R1和漏抗和漏抗X1的電壓，則：的電壓，則：11EU空載時副繞組電流02I，電壓220EUk稱為變壓器的變比。稱為變壓器的變比。跳轉到第一頁在負載狀態下，由于副繞組的電阻 R2和漏抗1X很小，其上的電壓

11、遠小于 E2，仍有：22EUmfNEU22244.0kNNEEUU212121跳轉到第一頁b (a)Y/Yo連接U131UkU31kUU12ABCabc (b)Y/連接U131UkUU312ABCac三相變壓器的兩種接法及電壓的變換關系三相變壓器的兩種接法及電壓的變換關系跳轉到第一頁102211NiNiNi 由由U1E1N1fm可知，可知，U1和和f不變時，不變時，E1和和m也都基本不變。因此，有負載時產生也都基本不變。因此，有負載時產生主 磁 通 的 原、副 繞 組 的 合 成 磁 動 勢（主 磁 通 的 原、副 繞 組 的 合 成 磁 動 勢（i1N1+i2N2）和空載時產生主磁通的原繞組

12、的和空載時產生主磁通的原繞組的磁動勢磁動勢i0N1基本相等，即：基本相等，即：102211NININI空載電流空載電流i0很小，可忽略不計。很小，可忽略不計。2211NINIkNNII11221跳轉到第一頁 設接在變壓器副繞組的負載阻抗設接在變壓器副繞組的負載阻抗Z的模為的模為|Z|，則：則：22|IUZ Z反映到原繞組的阻抗模反映到原繞組的阻抗模|Z|為：為：|22222211ZkIUkkIkUIUZ跳轉到第一頁例例：設交流信號源電壓V 100U，內阻800oR，負載8LR。（1）將負載直接接至信號源，負載獲得多大功率？（2）經變壓器進行阻抗匹配，求負載獲得的最大功率是多少？變壓器變比是多少

13、？解解：（1）負載直接接信號源時，負載獲得功率為：W123.08880010022o2LLLRRRURIP（2）最大輸出功率時，LR折算到原繞組應等于800oR。負載獲得的最大功率為：W125.380080080010022o2maxLLLRRRURIP變壓器變比為：108800RLo21RNNk跳轉到第一頁U2U20I2I2N0202%10020220UUUU 電壓變化率反映電壓電壓變化率反映電壓U2的變化程度。的變化程度。通常希望通常希望U2的變動愈小愈好，一般變壓器的變動愈小愈好，一般變壓器的電壓變化率約在的電壓變化率約在5%左右。左右。鐵損鐵損PFe包括磁滯損耗和渦流損耗。包括磁滯損耗

14、和渦流損耗。FeCuPPP損耗：損耗：222121CuRIRIP銅損：銅損：跳轉到第一頁PPPPP2212效率：效率：(1)額定電壓額定電壓UN：指變壓器副繞組空載時各指變壓器副繞組空載時各繞組的電壓。三相變壓器是指線電壓。繞組的電壓。三相變壓器是指線電壓。(2)額定電流額定電流IN：指允許繞組長時間連續工指允許繞組長時間連續工作的線電流。作的線電流。(3)額定容量額定容量SN：在額定工作條件下變壓器在額定工作條件下變壓器的視在功率的視在功率。1N1N2N2NN33IUIUS三相變壓器：三相變壓器：1N1N2N2NNIUIUS單相變壓器：單相變壓器：跳轉到第一頁12341234(a)正接 (b

15、)反接(1)同極性端的標記同極性端的標記(2)同極性端的測定同極性端的測定 1 3 2 4mA(a)直流法毫安表的指針正偏毫安表的指針正偏1和和3是同極性端；反是同極性端；反偏偏1和和4是同極性端。是同極性端。U13=U12U34時時1和和3是同是同極性端；極性端；U13=U12U34時時1和和4是同極性端。是同極性端。(b)交流法 1 3 2 4V跳轉到第一頁Z+u1+u2N1N2特點：副繞組是原繞組的一部分，原、副特點：副繞組是原繞組的一部分，原、副壓繞組不但有磁的聯系，也有電的聯系。壓繞組不但有磁的聯系，也有電的聯系。kNNUU2121kNNII11221跳轉到第一頁 (1)電流互感器：

16、原繞組線徑較粗，匝數很電流互感器：原繞組線徑較粗，匝數很少，與被測電路負載串聯；副繞組線徑較細，少，與被測電路負載串聯；副繞組線徑較細，匝數很多，與電流表及功率表、電度表、繼電匝數很多，與電流表及功率表、電度表、繼電器的電流線圈串聯。用于將大電流變換為小電器的電流線圈串聯。用于將大電流變換為小電流。使用時副繞組電路不允許開路。流。使用時副繞組電路不允許開路。kNNII11221u+A跳轉到第一頁 (2)電壓互感器：電壓互感器的原繞組電壓互感器：電壓互感器的原繞組匝數很多，并聯于待測電路兩端；副繞組匝數很多，并聯于待測電路兩端；副繞組匝數較少，與電壓表及電度表、功率表、匝數較少，與電壓表及電度表、功率表、繼電器的電壓線圈并聯。用于將高電壓變繼電器的電壓線圈并聯。用于將高電壓變換成低電壓。使用時副繞組不允許短路。換成低電壓。使用時副繞組不允許短路。kNNUU2121Vu+