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第八章 铁心线圈与变压器

第八章 铁心线圈与变压器. 作者：. 龚淑秋. 第八章 铁心线圈与变压器. 第一节 磁路的基本概念和定律. 第二节 直流铁心线圈与直流电磁铁. 第三节 交流铁心线圈与交流电磁铁. 第四节 单相变压器. #. 第八章 铁心线圈与变压器. 8-1. 本章介绍的基本物理量、基本定律以及磁性材料的磁性能。在此基础上重点讨论铁心线圈电路和变压器。. 第一节 磁路的基本概念和定律. 电动机、继电器、电磁铁及变压器等电器都是基于电磁耦合的原理工作的，我们已经学过了电路，现在再来研究磁路。. 一、磁场的基本物理量. 1. 磁通 φ. 2. 磁感应强度 B.

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Presentation Transcript

  1. 第八章 铁心线圈与变压器 作者： 龚淑秋

  2. 第八章 铁心线圈与变压器 第一节 磁路的基本概念和定律 第二节 直流铁心线圈与直流电磁铁 第三节 交流铁心线圈与交流电磁铁 第四节 单相变压器 #

  3. 第八章 铁心线圈与变压器 8-1 本章介绍的基本物理量、基本定律以及磁性材料的磁性能。在此基础上重点讨论铁心线圈电路和变压器。 第一节 磁路的基本概念和定律 电动机、继电器、电磁铁及变压器等电器都是基于电磁耦合的原理工作的，我们已经学过了电路，现在再来研究磁路。 一、磁场的基本物理量 1.磁通φ 2.磁感应强度B 3.磁场强度H 4.导磁系数μ #

  4. 描述导磁能力大小的物理量。通常使用相对导磁系数描述导磁能力大小的物理量。通常使用相对导磁系数 8-1 第一节 磁路的基本概念和定律 一、磁场的基本物理量 1.磁通φ 垂直穿过某一面积S 的磁力线的总根数。韦伯wb 穿过单位面积的磁力线根数。特斯拉T wb/m2 2.磁感应强度B 磁场中某点的B 与该点的磁导率μ的比值。 3.磁场强度H 安/米，A/m, A/cm 4.导磁系数μ 无量纲 真空导磁系数 #

  5. 得 8-1 第一节 磁路的基本概念和定律 磁路欧姆定律 二、磁路的基本定律 安培环路定律 基尔霍夫定律 磁路欧姆定律 安培环路定律 磁路欧姆定律 磁路欧姆定律 与电路类似，磁路也有各种定律 安培环路定律 磁路欧姆定律 安培环路定律 磁路欧姆定律 安培环路定律 安培环路定律 磁路欧姆定律 沿任一闭合路径，H 的线积分等于包围在这闭合路径内各电流的代数和 磁路欧姆定律 磁路欧姆定律 磁路欧姆定律 磁路欧姆定律 若磁场均匀则有 磁路欧姆定律 磁路欧姆定律 平均长 l 磁路欧姆定律 线圈N 匝 磁动势 I 磁通Φ 根据 N 导磁系 数μ 截面积S 无分支磁路 磁路欧姆定律 磁阻Rm #

  6. φ3 φ2 φ1 8-1 安培环路定律 磁路欧姆定律 二、磁路的基本定律 基尔霍夫定律 基尔霍夫定律 基尔霍夫定律 基尔霍夫定律 基尔霍夫定律 基尔霍夫定律 基尔霍夫定律 基尔霍夫定律 基尔霍夫定律 A 1. 磁路的基尔霍夫磁通定律 I1 I2 在节点A 处 N1 N2 φ 1+φ2 -φ3=0 2. 磁路的基尔霍夫磁压降定律 有分支磁路 任一闭合回路中均有： 或 磁压降的代数和等于磁动势的代数和 #

  7. （ φ ） B I N 8-1 三、磁性材料的磁性能 从曲线上能明显看出，μ不是常数 μ 导磁性 工程上利用它来使 B s 磁通尽量地约束在有限的范围 内，提高电磁设备的利用率， 一般使用B-H曲线的ab段。 c b μ a 磁滞 B的变化滞后于H的变化 如曲线的oa段 H（I） o 铁磁材料 B-H，μ-H 曲线 磁饱和 当H达到一定程度，B 不再随H而增加，此为磁饱和。 如曲线的cs段。 若对铁心线圈而言，磁饱和意为 当电流I增加到一定程度，φ不再随之增加。 # 关于磁滞 祥看请点击

  8. 很大，但不是常数，因此 也不是常数。所以磁 • 路欧姆定律不能用来进行定量计算，只用做定性分析。 • 通常磁路计算应用磁路基尔霍夫定律。 8-1 几点说明： • 磁阻Rm 的大小取决于磁路的尺寸和材料的磁导率。 • 磁路和电路有相似之处，但却有本质的区别。 • 祥见教材P149 #

  9. 磁动势 磁动势主要降在空气隙上 第二节 直流铁心线圈与直流电磁铁 8-2 第二节 铁心 一、直流铁心线圈 （磁路计算略） 二、直流电磁铁 线圈 1. 构成 铁心 线圈 衔铁 请看通电演示 2. 工作原理 衔铁 通电的铁心线圈对衔铁会产生吸力 3. 吸力 电磁铁应用？ #

  10. 8-2 直流电磁铁的特点 • 励磁电流是由励磁线圈的外加电压U和线圈电阻R决定的 电流是恒定的，无感应电动势产生。 2. 无磁滞和涡流损耗，铁心可以使用整块的铸钢、软铁。 3. 吸合后电磁力比吸合前大得多，但励磁电流不变。 （因磁动势 NI不变，磁阻Rm ↓→B ↑ ，所以吸力F↑） • 电流恒定，无感应电动势产生。 • 无磁滞和涡流损耗，可使用整块铁心 • 3. 吸合后，励磁电流不变， F↑↑ #

  11. i 线圈中 N 磁通 φL φ 8.3 交流铁心线圈与交流电磁铁 一、电压平衡方程式 主磁通 大部分经铁心闭合 产生e e 漏磁通 u eL 少部分经空气闭合 产生eL 线圈电阻上压降为 iR 根据KVL得： 交流铁心线圈 电压平衡方程式 或 #

  12. 忽略了漏磁感应电动势 和线圈内阻压降 后，方程变为： 8-3 一、电压平衡方程式 有效值 或 重要结论 外加电压不变时，交流铁心线圈的铁心内主磁通最大值几 乎是不变的。这是分析变压器和交流电动机时的重要概念。 注意 #

  13. 8.3 交流铁心线圈与交流电磁铁 8-3 磁滞损耗 二、交流铁心线圈的损耗 铜损 涡流损耗 总损耗 P = △PCU + △Ph + △Pe 铁损 铜损△PCU 线圈电阻上的损耗 △PCU =I 2R 磁滞损耗 其大小与铁心材料反复磁化后的磁滞回线面积成正比 交变磁通穿过铁心时，铁心既导磁又导电 ，因铁心在交变磁通作用下产生感应电动势， 从而在垂直于磁通方向的铁心平面内产生旋涡状的感应电流，叫涡流。涡流在铁心内电阻上产生的损耗称涡流损耗。 涡流损耗 减小涡流损耗的办法 增大涡流通路的电阻即用薄的材料叠成铁心 减小磁滞损耗的办法 铁心尽量采用软磁材料 #

  14. 铁心 线圈 衔铁 平均值 8-3 三、交流电磁铁 交流电磁铁也是一种电磁器件，结构形式与直流电磁铁类似。在工业部门应用极为广泛。如冶金工业中用于提放钢材的电磁吊车；夹持工件的电磁工作台；传递动力的电磁离合器；液压传动中的电磁阀；交流接触器及接触器等。 铁心中的磁通是交变的，空气隙处的磁感应强度为： 吸力 #

  15. 交流电磁 铁特点 有效值 瞬时值 8-3 三、交流电磁铁 显然 f是交变的，存在过零值。会出现吸合不牢的现象。 通常在尾端留一切口，套上铜环（或称磁环），铜环产生的感应电流阻碍φ的变化，致使穿过铜环的φ与其它φ存在一相位差，结果产生两个相位不同的电磁吸力，平均后，不再有过零点。 见教材P156 1. 吸力是交变的，铁心需加分磁环。 2. 励磁电流吸合前大，吸合后减小。前后吸力不变 3. 铁心和衔铁均由硅钢片叠成，为减小铁损。 #

  16. 交流电磁 铁特点 直流电磁 铁特点 8-3 交、直流电磁铁的特点 • 电流恒定，无感应电动势产生。 • 无磁滞和涡流损耗，可使用整块铁心 • 3. 吸合后，励磁电流不变， F↑↑ 1. 吸力是交变的，铁心需加分磁环。 2. 励磁电流吸合前大，吸合后减小。前后吸力不变 3. 铁心和衔铁均由硅钢片叠成，为减小铁损。 #

  17. 8-4 第四节 单相变压器 一、变压器的用途、构造和分类 变压器是基于电磁感应原理而制成的静止的电器设备 变电压，变电流，变阻抗 用途 构造 心式和壳式两种 心式变压器 壳式变压器 有两个绕组 也有两个绕组 分类 单相，三相，多相； 升压，降压； 仪用电压、电流互感器； 焊接变压器，自藕变压器。 #

  18. s Z2 ~ ~ u u Z2 8-4 二、变压器的工作原理 名词介绍 幅边绕组N2 原边绕组N1 均指 负载侧 二次绕组N2 均指电源侧 一次绕组N1 二次侧 一次侧 什么是变压器空载运行？ 一次侧接电源 二次侧负载开路 什么是变压器任载运行？ 一次侧接电源 二次侧接负载

  19. 空载电流 s Z2 ~ u 二次侧额定电压 8-4 二、变压器的工作原理 I0 变压器空载运行 U1 U20 此时的变压器相当 于交流铁心线圈 空载运行的结论： 变比 原幅边之比等于原幅边匝数之比，等于常数 k 这就是变压器的变电压作用

  20. 1. 产生主磁通 （励磁分量）I0 ~ u Z2 8-4 变压器任载运行 I2 I1 U1 U2 幅边 Z2 任载运行结论： 只要U1不变，主磁通就不应该变，所以有： 两边绕组中通过的磁通是相同的 原边Z1 变电流作用 磁动势平衡方程式 有载时原边磁动势 分为两部分 任载后，电压比是否还等于变比 k ? 变电压作用 2. 用来补偿I2N2（负载分量I2）, 又称去磁 一般 I0 很小，小型变压器只有2 ~ 3%，大的不过10%， 变阻抗作用 或 还有一个作用是变阻抗 当略去I0N1 后有： 变电流作用

  21. 总结 8-4 二、变压器的工作原理 空载运行结论： 任载运行结论： 变电流作用 变电压作用 变阻抗作用 或

  22. 变压器的外特性和额定值 8-4 一般变压器的额定值在其名牌上给出。 2. 额定值 一次额定电压U1N 正常时一次绕组所加电压的有效值。 额定 电压 一次电压为U1N时，变压器空载时对应二次侧的空载电压有效值，即U20= U2N 二次额定电压U2N 一次绕组加额定电压，正常工作时一次绕组允许长期通过的最大电流有效值。 一次额定电流I1N 额定电流 一次绕组加额定电压，正常工作时二次绕组允许长期通过的最大电流有效值。 二次额定电流I2N 额定容量 指二次侧的输出额定视在功率 即： 额定频率 额定频率50HZ

  23. 8-4 三、变压器的外特性和额定值 1. 外特性 电压保持不变，变压器任载后，由于一、二次侧均有电流通过，必然在一次侧、二次侧内阻抗上产生电压降，从而使二次电压随负载电流增加变小。称 曲线 变压器外特性 为变压器的外特性。 空载电压 满载时电压 电压调整率 一般在5%以内

  24. 8-4 四、变压器的损耗和效率 变压器损耗 △p 分铁损 △pFe 和铜损 △pCu △p = △pFe +△pCu 1. 铁损 又称为固定损耗 是交变的主磁通在铁心中产生磁滞损耗△ph和涡流损耗△pe之和 2. 铜损 又称为可变损耗 变压器一次侧、二次侧均有电阻，当有电流通过时，产生损耗 3. 效率 一次侧输入功率p1，二次侧输出功率p2 ，效率为η 小型变压器的效率为70~85%，大型变压器效率可达98%

  25. 第八章结束 课后练习

  26. 第八章习题解答

  27. I i U R L u R 8-1 在电压相等的情况下，交流铁心线圈误接到直流电源上会 怎样？直流铁心线圈误接到交流电源上又会怎样？ 解： 交流铁心线圈的等效电路为 误接直流电源后，电路为 电流为 电流为 结论：线圈电流增加，烧坏线圈。 直流铁心线圈误接到交流电源上 会怎样？ 铁心发热！ #

  28. i N φ 8-3 交流铁心线圈在下面情况下，其磁 感应强度和线圈中电流 怎样变化？ u 解： 电压平衡方程式 1）电源电压大小和频率不变，线圈匝数增加 交流铁心线圈 2）电源电压大小不变，频率减小。 3）电源电压不变，铁心截面减小。 4）电源电压不变，铁心气隙增加。 5）电源电压增大，其它不变。 #

  29. 8-18一台容量 的照明变压器，它的电压为 6600V/220V，问它能正常供应220V、40W的白炽灯多少盏？ 能供应 ，电压220V，功率40W的日光灯多少盏？ 解： 或 变压器可供出总电流： 每只灯的电流： #

  30. 通电演示 直流电磁铁通电演示 铁心 线圈 衔铁 铁心 线圈 衔铁 衔铁的吸合应是瞬间完成 返回 #

  31. B B H H 关于磁滞 当外电场H值作正负变化使铁磁材料反复磁化过程中，B 的变化总是落后于H的变化。铁磁材料反复磁化后，得到近 似对称原点的闭合曲线，叫磁滞回线。 返回 不同的磁性材料，其磁滞回线形状不同 B H 软磁材料 硬磁材料 #

  32. 返回

  33. 返回

  34. 返回

  35. 箱式变压器-------简称：箱变

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