磁路交流铁心和线圈电路ppt课件

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1、磁路、交流铁心和线圈电路 教学目的：让学生熟习磁场的根本物理量的含义及磁性资料的性能；了解磁路的概念；学会分析铁心线圈电路的电磁关系。教学安排：(1)旧课复习5分钟(2)新课讲解80分钟(3)新课小结5分钟 作业：课本习题第七章第七章 磁路与变压器磁路与变压器7.1 7.1 磁路磁路7.2 7.2 变压器的任务原理变压器的任务原理7.3 7.3 变压器的运用变压器的运用7.4 7.4 特殊变压器简介特殊变压器简介磁路：主磁通所经过的闭合途径。磁路：主磁通所经过的闭合途径。1u2uis7.1 7.1 磁路磁路7.1.1.7.1.1.磁路的根本概念磁路的根本概念 线圈通入电流后，产线圈通入电流后，

2、产生磁通，分主磁通和漏生磁通，分主磁通和漏磁通。磁通。s：主磁通：主磁通：漏磁通：漏磁通铁心铁心导磁性能好导磁性能好 的磁性资的磁性资料料线圈线圈7.1.2 磁路计算中的根本物理量磁路计算中的根本物理量一、磁感应强度一、磁感应强度 磁通密度磁通密度与磁场方向相垂直的单位面积上经过的磁通磁与磁场方向相垂直的单位面积上经过的磁通磁力线力线SB单位：韦伯单位：韦伯1 Tesla=104 高斯高斯B 的单位：特斯拉的单位：特斯拉Tesla二、磁导率二、磁导率：表征各种资料导磁才干的物理量：表征各种资料导磁才干的物理量亨亨/米米70104 真空中的磁导率真空中的磁导率()为常数为常数0普通资料的磁导率普

3、通资料的磁导率 和真空中的磁导率之比，和真空中的磁导率之比，称为这种资料的相对磁导率称为这种资料的相对磁导率r0r1r，那么称为磁性资料，那么称为磁性资料1r，那么称为非磁性资料，那么称为非磁性资料 磁性资料的磁性能：磁性资料的磁性能：1.非线性非线性大大小小BH)(I)2.磁饱和性磁饱和性HBBH 3.磁滞性磁滞性 根据磁性能，磁性资料又可分为三种：软磁资料根据磁性能，磁性资料又可分为三种：软磁资料磁滞回线窄长。常用做磁头、磁心等、永磁资料磁滞回线窄长。常用做磁头、磁心等、永磁资料磁滞回线宽。常用做永久磁铁、矩磁资料滞回磁滞回线宽。常用做永久磁铁、矩磁资料滞回 线接近矩形。可用做记忆元件。线

4、接近矩形。可用做记忆元件。三、磁场强度三、磁场强度 H 磁场强度是计算磁场所用的物理量，其大小为磁磁场强度是计算磁场所用的物理量，其大小为磁感应强度和导磁率之比。感应强度和导磁率之比。BH 单位：单位：B：特斯拉：特斯拉：亨：亨/米米H：安：安/米米一一.安培环路定律全电流律：安培环路定律全电流律：7.1.3 7.1.3 磁路的根本定律磁路的根本定律 磁场中任何闭合回路磁场强度的线积分磁场中任何闭合回路磁场强度的线积分,等于等于经过这个闭合途径内电流的代数和经过这个闭合途径内电流的代数和.HI1I2I3IldH电流方向和磁场强度的方向电流方向和磁场强度的方向符合右手定那么，电流取正；符合右手定

5、那么，电流取正；否那么取负。否那么取负。HLNI 在无分支的均匀磁路磁路的资料和截面积一样，在无分支的均匀磁路磁路的资料和截面积一样，各处的磁场强度相等中，安培环路定律可写成：各处的磁场强度相等中，安培环路定律可写成：磁路磁路长度长度L线圈线圈匝数匝数NIHL：称为磁压降。：称为磁压降。NI：称为磁动势。普通：称为磁动势。普通 用用 F 表示。表示。F=NIHLNI总磁动势总磁动势 在非均匀磁路磁路的资料或截面积不同，或磁场在非均匀磁路磁路的资料或截面积不同，或磁场强度不等中，总磁动势等于各段磁压降之和。强度不等中，总磁动势等于各段磁压降之和。00lHIHNI例：例：INl0l对于均匀磁路对于

6、均匀磁路 LSLBHLNI磁路中的磁路中的欧姆定律欧姆定律二二.磁路的欧姆定律：磁路的欧姆定律：那么：那么：mRLSNIFINSL注：由于磁性资料注：由于磁性资料 是非线性的，磁路欧姆定律多用作定性是非线性的，磁路欧姆定律多用作定性 分析，不做定量计算。分析，不做定量计算。slRm令：令：Rm 称为磁阻称为磁阻磁路和电路的比较一磁路和电路的比较一磁磁路路电电路路磁通磁通INR+_EI磁压降磁压降HL磁动势磁动势INF 电动势电动势电流电流电压降电压降UEIU根本定律根本定律mRF 磁阻磁阻SlRm磁感应磁感应强度强度SB 安培环路安培环路定律定律HLNI0磁磁 路路IN欧姆定律欧姆定律电阻电阻

7、电流电流强度强度克氏克氏电压定律电压定律克氏克氏电流定律电流定律0IUEREI SlRSIJ磁路与电路的比较磁路与电路的比较 (二二)电电 路路R+_EI励磁电流：在磁路中用来产生磁通的电流励磁电流：在磁路中用来产生磁通的电流励磁电流励磁电流直流直流 -直流磁路直流磁路 交流交流 -交流磁路交流磁路磁路分析磁路分析直流磁路直流磁路交流磁路交流磁路7.1.4 磁路的分析磁路的分析RUI IU一一.直流磁路的分析直流磁路的分析直流磁路的特点直流磁路的特点:直流磁路和电路中的恒压源类似直流磁路和电路中的恒压源类似直流电路中直流电路中REI E 固定固定I 随随 R 变化变化mR随随 变化变化 直流磁

8、路中直流磁路中mRF F 固定固定 U一定一定I一定一定磁动势磁动势 F=IN 一定一定)(mRF 磁通和磁通成反比磁通和磁通成反比线圈中没有反电动势线圈中没有反电动势R 为线圈的电阻为线圈的电阻电路方程：电路方程：dtdNRieeuulR)()(普通情况下普通情况下 很小很小RudtdNu 交流鼓励交流鼓励 线圈中产生感应电势线圈中产生感应电势二二.交流磁路的分析交流磁路的分析：主磁通：主磁通：漏磁通：漏磁通uLeei的感应电势的感应电势 和和 产生产生假设假设tmsin那么那么tfNtNummcos2cos最大值最大值mmfNU2有效值有效值mmfNUU44.42dtdNu uLeeimN

9、fU44.4uLeeimRIN m一定时磁动势一定时磁动势IN随磁阻随磁阻 的变化而变化。的变化而变化。mR当外加电压当外加电压U、频率、频率 f 与与线圈匝数线圈匝数N一定时，一定时，便便确定下来。根据磁路欧姆确定下来。根据磁路欧姆定律定律 ，当，当 m 交流磁路的特点交流磁路的特点:交流磁路和电路中的恒流源类似交流磁路和电路中的恒流源类似直流磁路中：直流磁路中：mRF 固定固定mRF随随 变化变化直流电路中：直流电路中：RIUS IS固定固定U 随随 R 变化变化交流磁路中磁阻交流磁路中磁阻 对电流的影响对电流的影响mR电磁铁吸合过程的分析：电磁铁吸合过程的分析：在吸合过程中假设外加电在吸

10、合过程中假设外加电压不变压不变,那么那么 根本不变。根本不变。iumRmRIN 电磁铁吸合前电磁铁吸合前(气隙大气隙大 大大 起动电流大起动电流大 电磁铁吸合后电磁铁吸合后(气隙小气隙小 小小 电流小电流小mR 假设气隙中有异物卡住，电磁铁长时间吸不上，线假设气隙中有异物卡住，电磁铁长时间吸不上，线圈中的电流不断很大，将会导致过热，把线圈烧坏。圈中的电流不断很大，将会导致过热，把线圈烧坏。留意：留意：RUI(U不变，不变，I不变不变mRIN mRIN(I 随随 Rm 变化变化fNUm44.4m U不变时，不变时，根本不变根本不变直流磁路直流磁路交流磁路交流磁路磁路小结磁路小结随随Rm变化变化变

11、压器的原理和运用 教学目的：让学生掌握变压器的变压、变流、变阻抗的原理和运用；了解自耦变压器的作用和本卷须知。教学安排：(1)旧课复习5分钟(2)新课讲解80分钟(3)新课小结5分钟 作业：课本习题变压器功能：变压器功能：变电压：电力系统变电压：电力系统 变阻抗：电子电路中的阻抗匹配变阻抗：电子电路中的阻抗匹配 如喇叭的输出变压器如喇叭的输出变压器 变电流：电流互感器变电流：电流互感器 7.2 7.2 变压器的任务原理变压器的任务原理 发电厂发电厂1.05万伏万伏输电线输电线22万伏万伏升压升压变电站变电站1万伏万伏降压降压 变压器运用举例降压降压实验室实验室380/220伏伏降压降压仪器仪器

12、36伏伏降压降压单相变压器单相变压器1u2uLR1i2i7.2.1 变压器的根本构造和任务原理变压器的根本构造和任务原理铁芯铁芯原边原边绕组绕组副边副边绕组绕组一一.构造：构造：1u2uLR1i2i1u1i2u2iLR变压器符号：变压器符号：2211iuiu任务过程：任务过程：空载运转空载运转：原边接入电源，副边开路。：原边接入电源，副边开路。接上交流电源接上交流电源1u 原边电流原边电流 i1等等 于励于励 磁电流磁电流 i10 dtdNedtdNe2211 产生感应电动势产生感应电动势二二.任务原理任务原理1u2e1i1e1N2N i10 产生磁通产生磁通交变交变 方向符合右手定那么方向符

13、合右手定那么、e结论：改动匝数比，就能改动输出电压。结论：改动匝数比，就能改动输出电压。KNNEEUU212121K为变比为变比10i1u20u2i1e2e原、副边电压关系原、副边电压关系mmNfENfE221144.444.4根据交流磁路的分析根据交流磁路的分析可得：可得：202uu 02i时时 变电压变电压负载运转负载运转1u2e1i1e1N2NZ2i 副边带负载后对磁路的副边带负载后对磁路的影响：在副边感应电压的影响：在副边感应电压的作用下，副边线圈中有了作用下，副边线圈中有了电流电流 i2。此电流在磁路中。此电流在磁路中也会产生磁通，从而影响原边电流也会产生磁通，从而影响原边电流 i1

14、。但当外加电压、。但当外加电压、频率不变时，铁芯中主磁通的最大值在变压器空载或频率不变时，铁芯中主磁通的最大值在变压器空载或有负载时根本不变有负载时根本不变 。带负载后磁动。带负载后磁动势的平衡关系为：势的平衡关系为：)44.4(11mNfU NiNiNi102211KNNII11221结论：原、副边电流与匝数成反比结论：原、副边电流与匝数成反比1102211NiNiNi 由于变压器铁芯资料的导磁率高、空载励磁电流由于变压器铁芯资料的导磁率高、空载励磁电流 很小，可忽略很小，可忽略。即：。即：02211NINI)(10i原、副边电流关系原、副边电流关系 变电流变电流2211NINI 变阻抗变阻

15、抗1i1u2u2iLR1N2N原、副边阻抗关系原、副边阻抗关系LLRKR222IURL从原边等效：从原边等效：22222211KRKIUKIKUIURLL结论：变压器原边的等效负载，为副边所带负载乘以结论：变压器原边的等效负载，为副边所带负载乘以 变比的平方。变比的平方。阻抗变换举例：扬声器上如何得到最大输出功率阻抗变换举例：扬声器上如何得到最大输出功率i1uRsRL信号源信号源设：设：信号电压的有效值信号电压的有效值:U1=50V;信号内阻：信号内阻：Rs=100;负载为扬声器，其等负载为扬声器，其等 效电阻：效电阻：RL=8。求：负载上得到的功率求：负载上得到的功率解：解：1将负载直接接到

16、信号源上，得到的输出功将负载直接接到信号源上，得到的输出功 率为：率为：W)(7.181085022LLSRRRUpL1i1u2u2iLR1N2NRs2将负载经过变压器接到信号源上。将负载经过变压器接到信号源上。输出功率为：输出功率为：W25.698981005022LLSLRRRUp设变比设变比 1:5.321NNK9885.32LR那么：那么：结论：由此例可见参与变压器以后，输出功率提高了结论：由此例可见参与变压器以后，输出功率提高了 很多。缘由是满足了电路中获得最大输出的条很多。缘由是满足了电路中获得最大输出的条 件信号源内、外阻抗差不多相等。件信号源内、外阻抗差不多相等。额定电压额定电

17、压 变压器副边开路空载时，原、副边绕组允变压器副边开路空载时，原、副边绕组允 许的电压值。许的电压值。NNUU21 、额定电流额定电流 变压器满载运转时，原、副边绕组允许的电流值。变压器满载运转时，原、副边绕组允许的电流值。NNII21 额定容量额定容量 传送功率的最大才干。传送功率的最大才干。NSNNNNNIUIUS2211理想理想7.3.1 7.3.1 变压器的铭牌数据以单相变压器为例变压器的铭牌数据以单相变压器为例 7.3 7.3 变压器的运用变压器的运用容量容量 SN 输出功率输出功率 P2 原边输入功率原边输入功率 P1 输出功率输出功率 P2留意：变压器几个功率的关系留意：变压器几

18、个功率的关系效率效率变压器功变压器功率因数率因数NNNIUS11容量：容量：21PP 原边输入功率：原边输入功率：cos222IUP 输出功率：输出功率：7.3.2 7.3.2 变压器的效率变压器的效率()为防止涡流损失，铁芯为防止涡流损失，铁芯普通由一片片导磁资料普通由一片片导磁资料叠合而成。叠合而成。变压器的损耗包括两部分：变压器的损耗包括两部分：铜损铜损(PCU)：绕组导线电阻所致。：绕组导线电阻所致。磁滞损失：磁滞景象引起铁芯发热，磁滞损失：磁滞景象引起铁芯发热，呵斥的损失。呵斥的损失。涡流损失：交变磁通在铁芯中产生涡流损失：交变磁通在铁芯中产生 的感应电流涡流，的感应电流涡流，呵斥的

19、损失。呵斥的损失。铁损铁损()：PFE1112PPPPPPFECU7.3.3 7.3.3 变压器的外特性变压器的外特性副边输出电压和输出电流的关系。即：副边输出电压和输出电流的关系。即：)(22IfU U2I2U20U20：原边加额定电压、：原边加额定电压、副边开路时，副边的输副边开路时，副边的输出电压。出电压。普通供电系统希望要硬特性随普通供电系统希望要硬特性随I2的变化，的变化，U2 变化不多变化不多 当电流流入两个线圈当电流流入两个线圈(或流出时，假设产生的磁通或流出时，假设产生的磁通方向一样，那么两个流入端称为同极性端同名端。方向一样，那么两个流入端称为同极性端同名端。或者说，当铁芯中

20、磁通变化增大或减小时，在两线或者说，当铁芯中磁通变化增大或减小时，在两线圈中产生的感应电动势极性一样的两端为同极性端。圈中产生的感应电动势极性一样的两端为同极性端。同极性端同极性端(同名端同名端)AXax*7.3.4 7.3.4 变压器绕组极性及衔接方法变压器绕组极性及衔接方法AXax*电器运用时两种电压电器运用时两种电压220V/110V的切换：的切换：220V：结合结合 2 3110V：结合结合 1 3，2 4线圈的接法线圈的接法1324*220V：结合：结合 2 3mNfU)2(44.4220励磁励磁mNi210NfUm244.4220两种接法下线圈任务情况的分析两种接法下线圈任务情况的

21、分析*1324NN10i220U110V：结合：结合 1 3，2 4NfUm244.4220mNfU)(44.4110NfUm44.41101,32,4220V：结合：结合 2 31324*110U10i阐明：两种接法下阐明：两种接法下 不变，不变，所以铁芯磁路的设计一样所以铁芯磁路的设计一样m励磁励磁mNi10问题问题1：在：在110V 情况下，假设只用一个绕组情况下，假设只用一个绕组N，行不行？，行不行？答：不行两绕组必需并绕答：不行两绕组必需并绕 原边有两个一样绕组的电源变压器原边有两个一样绕组的电源变压器220/110220/110，运用中应留意的问题：运用中应留意的问题：*1324N

22、N220i220U1,32,4110iN假设两种接法铁芯中的磁通相等，那么：假设两种接法铁芯中的磁通相等，那么：Ni2220Ni11021110220ii问题问题2：假设两绕组的极性端接错，结果如何？：假设两绕组的极性端接错，结果如何？结论：在极性不明确时，一定要先测定极性再通电。结论：在极性不明确时，一定要先测定极性再通电。答：有能够烧毁变压器答：有能够烧毁变压器两个线圈中的磁通抵消两个线圈中的磁通抵消烧毁烧毁感应电势感应电势0e电流电流 很大很大11Rui 1111eRiu缘由：缘由：*1324NN10i220U 方法一：交流法方法一：交流法AXaxu同极性端的测定方法同极性端的测定方法假

23、设假设 阐明阐明 A 与与 a 或或 X 与与 x 为同为同 极性端。极性端。axAXAaUUU把两个线圈的恣意两端把两个线圈的恣意两端(X-x)连连接接,然后在然后在 AX 上加一小电压上加一小电压 u。AaaxAXUUU、丈量：丈量：axAXAaUUU 假设假设 阐明阐明 A 与与 x 或或 X 与与 a 是是同同 极性端；极性端；结论：结论：方法二：直流法方法二：直流法mA表表+_AXaxK+-*AXax+_K2e设设K闭合时闭合时 添加。添加。感应电动势的方向，感应电动势的方向，阻止阻止 的添加。的添加。假设当假设当 K 闭合时，闭合时，mA 表正表正偏，那么偏，那么 Aa 为同极性端

24、为同极性端;假设当假设当 K 闭合时，闭合时，mA 表反表反偏，那么偏，那么 Ax 为同极性端为同极性端结论：结论：变压器设计中的一些概念变压器设计中的一些概念(1)(1)11IUSN1U一定一定额定容量额定容量定铁芯窗口定铁芯窗口定导线直径定导线直径1I定定定定mN1UIS mfNU1144.4那么那么 铜多、铁少铜多、铁少mN那么那么 铜少、铁多铜少、铁多mN(,一定时一定时,)SBBS 在同样变比情况下，匝数多好，还是少好？在同样变比情况下，匝数多好，还是少好？mfNU1144.4m省铜省铜N费铁费铁截面积截面积 A AB 变压器设计中的一些概念变压器设计中的一些概念(2)(2)7.4.

25、1 7.4.1 自耦变压器自耦变压器KNNIIKNNUU112212121ABP1u2u1i2iLR1N2N7.4 7.4 特殊变压器简介特殊变压器简介 运用时，改动滑动端的位置，便可得到不同的运用时，改动滑动端的位置，便可得到不同的输出电压。实验室中用的调压器就是根据此原理输出电压。实验室中用的调压器就是根据此原理制造的。留意：原、副边千万不能对调运用，以制造的。留意：原、副边千万不能对调运用，以防变压器损坏。由于防变压器损坏。由于N变小时，磁通增大，电流变小时，磁通增大，电流会迅速添加。会迅速添加。7.4.2 7.4.2 电压互感器：用低量程的电压表测高电压电压互感器：用低量程的电压表测高

26、电压1.副边不能短路，以副边不能短路，以 防产生过流；防产生过流；2.铁心、低压绕组的铁心、低压绕组的 一端接地，以防在一端接地，以防在 绝缘损时，在副边绝缘损时，在副边 出现高压。出现高压。运用留意：运用留意：VR N1匝数多匝数多保险丝保险丝 N2匝数少匝数少u被测电压被测电压电压表电压表被测电压被测电压=电压表读数电压表读数 N1/N27.4.3 7.4.3 电流互感器：用低量程的电流表测大电流电流互感器：用低量程的电流表测大电流被测电流被测电流N1匝数少匝数少N2匝数多匝数多ARi1i2电流表电流表被测电流被测电流=电流表读数电流表读数 N2/N11.副边不能开路，以副边不能开路，以 防产生高电压；防产生高电压；2.铁心、低压绕组的铁心、低压绕组的 一端一端 接地，以防在接地，以防在 绝缘损坏时，在副绝缘损坏时，在副 边出现过压。边出现过压。运用本卷须知：运用本卷须知：