电工技术基础-磁路和变压器
电工与电子技术 第6章 磁路和变压器
B
Bm H 减小
Br
H 增加
- Hm
- Hc
磁饱和
加,称为磁饱和。
图中的 Bo-H 为真空状态下 B-H 曲线,以示比较。μ-H 曲线为磁导率随磁场强
度 H 变化的情况,如图6-2所示。
O
B0 - H 曲线
H
图6-2 B-H、μ-H 曲线
第 6 章 | 磁路和变压器
6.1 磁路的概念和基本定律
3.磁滞特性 当铁心线圈通过交流电时,铁心受到交变磁化,将一块尚未磁化的铁磁材料,放在选
l 直流磁路
磁通恒定
图6-5 直流磁路
第 6 章 | 磁路和变压器
6.2 直流和交流磁路
6.2.2 交流磁路
交流电流励磁的磁路称为交流磁路,交流状态下励磁铁心线圈又称为交流铁心线
圈。交变电流变化在线圈中产生主磁通 Φ 和漏磁通 Φσ,分别产生主感应电动势 e 和
漏感应电动势 eσ,如图6-6所示。主、漏感应电动势的表达式分别为:
第6章
磁路和变压器
6.1 磁路的概念和基本定律 6.2 直流和交流磁路 6.3 变压器
磁路和变压器
本章学习磁路和变压器,磁路是基础,变压器是其应用。包括磁性 材料、主要物理量、磁路的概念和基本定律。交流磁路的分析,包括电磁 关系、电压和电流、功率。变压器的结构、工作原理、特性、效率和功能。
N1
N2
6.2.1 直流磁路
励磁:为利用电磁感应原理工作的电气设备(如发动机等)提供工作磁场称为励磁,
电工技术(6)磁路与变压器
H
dl I
IN Hl
均匀磁路
如果磁路是由几段不同材料组成,即磁路是由几段磁阻不同 的材料串联而成,那么
IN H1l1 H2l2
式中:
H1l1、H 2l2、
(Hl ) 计算磁路的基本公式
称为各段磁路的磁压降。 济南铁道职业技术学院
电工技术 电工技术 如:继电器的磁路,由三段串联而成 如果已知磁通Φ 和各段的材料及尺寸,求磁通势如下 (1)首先求出各段磁路的磁感应强度B: s s μ 0 1 0 δ B1=Φ /s1 B2=Φ /s2 B0=Φ /s1 (2)根据各段材料的磁化曲线B=f(H)2 找出相应的H1、H2,对于空气隙, l
在外磁场作用下,磁畴方向发生变化,使之与外磁场方向 趋于一致,物质整体显示出磁性来,称为磁化。即铁磁材料 能被磁化。 济南铁道职业技术学院
电工技术 电工技术
铁磁材料的磁导率通常都很高,即 r 1 (如 坡莫合金,其 r 可达 2105 ) 。 铁磁材料能被强烈的磁化,具有很高的导磁 性能。 铁磁材料的高导磁性被广泛地应用于电工设备 中,如电机、变压器及各种铁磁元件的线圈中都放 有铁心。在这种具有铁心的线圈中通入不太大的励 磁电流,便可以产生较大的磁通和磁感应强度。
dt uR u u
当u是正弦电压时,式中各量可视作正弦量,有
U IR ( E ) ( E ) IR jIX ( E ) U R U U
漏磁感应电动势 漏磁感抗
E jIX
X L
式中:R是线圈导 线的电阻 济南铁道职业技术学院
电工技术 电工技术
B dS
S
磁感应强度B在数值上可以看成为与磁场方向垂直 的单位面积所通过的磁通,故又称磁通密度。 磁通 的单位:韦[伯](Wb) 1Wb =1V· s
电工基础四:磁路与变压器
(2)硬磁材料:
磁滞回线较宽,比 如碳钢等。
一般用来制造永久 磁铁。
(3)矩磁材料:
磁滞回线接近矩形, 比如铁氧体材料。一 般用于计算机或控制 系统中的记忆元件。
B
B
B
H
H
H
§3 磁路及磁路的基本定律
1 磁路
i
u
s
: 主磁通 s :漏磁通 i :励磁电流
在铁芯线圈中,铁芯是由高导磁率的材料作成的。当线圈通有电流时,磁通的绝大部分通过铁
磁导率的单位
亨/米(H/m)
一般将其它任意一种物质的磁导率与真空的磁导率 0作比较,定义
r= /0
r 称为相对磁导率
自然界的物质按磁导 率的大小,分为磁性 材料和非磁性材料。
非磁性材料:≈0 、r≈ 1 磁性材料: >>0 、r >>1
4 磁场强度H
磁场强度H是计算磁场时所引用的一个物理量,它也 是一个矢量。
§6 电磁铁
电磁铁是自动控制系统中广泛应用的一种执行元件。它是利用 通电的铁心线圈产生电磁吸力吸引衔铁,使衔铁运动而作功。
电磁
铁的结构 型式很多, 但都由铁 心、线圈 和衔铁三 部分组成, 它们的工 作原理也 都相同。
衔铁 线圈 铁心
电磁铁按励磁电流的不同分直流电磁铁和交流电磁铁两类。
1 直流电磁铁 直流电磁铁的电磁吸力为:
(1)当铁芯材料为铸铁时,
由磁化曲线可查得: I
Hl
9000 0.45
13.(5 A)
B=0.9T→H=9000A/m N
300
(2)当铁芯材料为硅钢片时,
由磁化曲线可查得: I
Hl
260
0.45
磁路与变压器
5
2. 磁通 磁通是磁感应强度矢量的通量,是指穿过某一截面S的磁力 线条数,用Φ表示,单位是Wb,称为韦伯。在均匀磁场中,各 点磁感应强度大小相等,方向相同。当所取截面S与磁力线方向 垂直时,有
Φ BS 或 B Φ
(7.2)
S
从式(7.2)可看出,B也可理解为单位截面上的磁通, 即穿 过单位截面的磁力线条数,故又称为磁通密度,简称磁密。
第二定律。
23
4. 磁路的计算 在进行磁路计算时,首先要注意几个问题。 1) 主磁通与漏磁通 主磁通又称为工作磁通,即工作所要求的闭合磁路的磁 通,如图7.7中的Φ即为主磁通。 漏磁通是不按所需的工作路径闭合的磁通,如图7.7中的 Φσ所示。漏磁通很小,一般只有工作磁通的千分之几,因而 常可忽略不计。
15
图7.4 不同材料的磁滞回线 (a) 永磁材料;(b) 软磁材料;(c) 矩磁材料
16
7.2 磁路计算的基本定律
1. 安培环路定律 任何磁场都是由电流产生的,磁路中的磁场也不例外。安 培环路定律说明了产生磁场的电流与所产生的磁场强度之间的 定量关系,它表述为:在磁场中沿任何闭合回路的磁场强度H的 线积分等于通过闭合回路内各电流的代数和。用数学式表示为
磁通为Φ2和Φ3,则根据物理学中磁通连续性原理可知:
Φ1=Φ2+Φ3
或
Φ1-Φ2-Φ3=0
推广到一般情况,对任意闭合面的总磁通有:
∑Φk=0 这一关系与电路中的基尔霍夫第一定律相对应,可称为磁路
的基尔霍夫第一定律。
另外,若在图7.6所示的磁路中,任取一闭合磁路 ABCDA,其中:CDA段平均长度为L1,AC段平均长度为L2, ABC段平均长度为L3。则根据全电流定律得到
36
磁路和变压器电工电子技术基础
磁路和变压器电工电子技术基础概述磁路和变压器是电工电子技术中重要的基础知识,它们在电力系统、通信系统以及各种电子设备中起着重要的作用。
本文将介绍磁路和变压器的基础概念、工作原理以及应用。
磁路的基础概念磁路是由磁性材料构成的路径,磁场通过磁路来传导。
磁路主要由磁性材料和空气间隙组成,其中磁性材料的主要作用是增强磁场强度。
磁通量和磁势磁通量是磁场通过磁路的量度,用Φ表示,单位是韦伯(Wb)。
磁通量的大小与磁场强度和磁路截面积成正比。
磁势是磁场在磁路中存在的力量,用Φ表示,单位是安培·匝(Am)。
磁路中的欧姆定律磁路中的欧姆定律类似于电路中的欧姆定律,描述了磁路中的磁势、磁通量和磁路电阻之间的关系。
根据磁路中的欧姆定律,磁势与磁通量的比例关系可以表示为Φ = R × Ψ,其中Φ表示磁通量,Ψ表示磁势,R表示磁路电阻。
磁路中的磁阻磁路中的磁阻决定了磁场通过磁路的难易程度。
磁阻与磁性材料的特性以及磁路的几何形状有关。
磁路中的磁阻可以通过磁路的长度、截面积以及磁性材料的磁导率来计算。
变压器的基本原理变压器是利用电磁感应原理而工作的电器,主要用于将交流电能从一个电路传输到另一个电路。
变压器可以将交流电的电压和电流进行变换,同时也可以提高或降低电压的大小。
变压器的结构典型的变压器由一个或多个绕组和一个铁芯构成。
绕组一般分为输入绕组和输出绕组,它们通过铁芯相连接。
铁芯主要起到增加磁路磁阻、导磁和集中磁感应线的作用。
变压器的工作原理变压器的工作原理基于电磁感应定律。
当输入绕组通电时,产生的磁场通过铁芯传导到输出绕组,由于磁场的变化,输出绕组中会产生感应电动势,从而产生输出电流。
变压器的变压比变压器的变压比是输入电压和输出电压之间的比值。
变压器的变压比可以通过绕组的匝数比来确定。
变压比的大小决定了变压器的升压或降压功能。
变压器的效率变压器的效率是指输出功率与输入功率之间的比值。
变压器的效率通常高达90%以上,主要损耗包括铜损、铁心损耗和额定功率损耗。
《电工电子技术》——磁路与变压器
已制成的变压器、互感器等,通常都无法从外观上看出 绕组的绕向,如果使用时需要知道它的同名端,可通过实验 方法测定同名端。
直流电感法
交流感应法
3.4 特殊变压器
3.4.1 自耦变压器
若变压器的原、副绕组有一部分是共用的,这类的变 压器叫自耦变压器。自耦变压器的原、副绕组之间既有磁 的耦合,又有电的联系。
在实际工作中可以选用不同匝数比的变压器,将负载阻抗变换 为所需要的阻抗值。在电子线路中常利用变压器的这种阻抗变 换作用实现阻抗匹配。
4. 变压器的外特性、损耗和效率 (1)变压器的外特性
当原绕组上外加电压和副绕组的负载功率因数cosφ2不变 时,副边端电压U2随负载电流I2变化的规律,称为变压器 的外特性。 从图中可看出,负载性质和功率因数不同时,从空载(I2=0) 到满载(I2=I2N),变压器副边电压U2变化的趋势和程度是 不同的。,我们用副边电压变化率(或称电压调整率)来表示。 副边电压变化率ΔU(%)规定为:当原边接在额定电压和额 定频率的交流电源上,副边开路电压U2N和在指定的功率 因数下副边输出额定电流时的副边电压U2的算术差与副边 额定电压U2N的百分比值,即
r 0
4. 磁场强度H 同一通电线圈内的磁场强弱(用磁感应强度B来表征), 不仅与所同电流的大小有关,而且与线圈内磁场介质的导磁性 能有关。
在通电线圈中,H这个单位只与电流的大小有关,而与线圈 中被磁化的物质,即与物质的磁导率μ无关。但通电线圈中的磁 感应强度B的大小却与线圈中被磁化的物质的磁导率μ有关。H 的大小由B与μ的比值决定,即磁场强度为
2.额定电流
额定电流是根据变压器允许温升而规定的电流值,以 安或千安为单位,变压器的额定电流有原边额定电流I1N和 副边额定电流I2N。
《电工技术基础与技能》教学课件—第6章 磁路与变压器
nu
第6章磁路与变压器
^6.1磁路
任务 总览
^)6.2变压器 _____--
,实训:小型变压器检测
3
图6-1几种电工设备的铁心
a)变压器b)继电器c)电动机d)磁电系仪表
6.1磁路
1. 磁路 磁通所经过的路径叫做磁路。 2. 磁通势 把励磁电流I和线圈匝数N的乘积称为磁通势, 用符号Fm表示。
10
分
3. 不能进行绕组通断检测,扣5
~10分
20 1. 不能进行绕组间绝缘检测,
扌扌1〜10分
2. 不能进行绕组对外壳的绝缘
检测,扌扌1~10分
50 1. 不能正确运用直流判别法查
找同名端,扣10〜25分
2. 不能正确运用交流判别法查
找同名端,扣10〜25分
5
1. 工作台上不整洁,扌扌1〜2
分
2. 违反安全文明操作规程,酌
• 8)变压器同名端的判别方法主要有直流判别法和交流
判 别法。
(2) 外观检查。检查变压器铁心、绕组、绕组骨架、 引出线及其套管、绝缘材料有无机械损伤;绕组有无断 线、脱焊、霉变或烧焦的痕迹;检查绝缘材料是否老化、 发脆、剥落等。
(3) 绕组通断的检测。根据绕组直流电阻的大小选择 用万用表或电桥进行检测。
(4) 绝缘测试。用兆欧表对变压器进行绝缘测试。
nu
实训小型变压器检测
(3) 绕组通断的检测。根据绕组直流电阻的大小选 择 用万用表或电桥进行检测。
(4) 绝缘测试。用兆欧表对变压器进行绝缘测试。
nu
实训小型变压器检测
二、小型变压器同名端判别
1.直流判别法 1)万用表置于最小直流电压挡。 2)按下图所示接入万用表,取一节1.5V的干电池,在接
电工技术之磁路和变压器
i1N1+i2N2)和空载时产生主磁通的原绕组的 磁动势i0N1基本相等,即:
i1N1 i2 N2 i0 N1
I1N1 I2 N2 I0 N1
空载电流i0很小,可忽略不计。
I1N1 I2 N2
I1 N2 1 I2 N1 k
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3.阻抗变换
设接在变压器副绕组的负载阻抗 Z的模为|Z|,则:
阻 R2 和漏抗 X1 很小,其上的电压远
小于 E2,仍有: U 2 E 2
U2 E2 4.44 fN2m U1 E1 N1 k U2 E2 N2
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2.电流变换
由U1≈E1=4.44N1fΦm可知,U1和f不变时 ,E1和Φm也都基本不变。因此,有负载时 产生主磁通的原、副绕组的合成磁动势(
e 也很小,与主磁电动势比较可以忽略不计。于是:
u e u N d dt
表明在忽略线圈电阻 R 及漏磁通 的条件下,当线圈
匝数 N 及电源频率 f 为一定时,主磁通的幅值Φm 由励磁线 圈外的电压有效值 U 确定,与铁心的材料及尺寸无关。
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7.2.2 功率损耗
P UI cos PCu PFe I 2R I 2Ro
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磁 化
B
ab
曲
线O
B
Br
-Hc
O
Hc H
磁 滞 回
H
线
铁磁材料的类型:
软磁材料:磁导率高,磁滞特性不明显,矫顽
力和剩磁都小,磁滞回线较窄,磁滞损耗小。
硬磁材料:剩磁和矫顽力均较大,磁滞性明显,
磁滞回线较宽。
矩磁材料:只要受较小的外磁场作用就能磁化
到饱和,当外磁场去掉,磁性仍保持,磁滞回
第五章磁路与变压器
A*
A*
X
X
a* x
a x*
i
F1
A •
Xi a
• x
F2
A •
X a•
x
i
F1
A •
Xi a
x 同名端
•
F2
A •
X a
x•
同名端
二、线圈的接法 电器使用时两种电压(220V/110V)的切换:
1
*
3
*
2
4
220V: 联结 2 -3
110V: 联结 1 -3,2 -4
两种接法下线圈工作情况的分析
220V:联结 2 -3
i
1 10 *
N
3
U 220
*
2
N
4
励磁
i10
2
N
Φ m
U220 4.44 f (2N )Φm
Φ m
U 220
4.44 f 2N
220V:联结 2 -3
Φ m
U 220
4.44 f 2N
110V:联结 1 -3,2 -4
i10 1
*
1,3
3
U 110
*
2
2,4
4
U110 4.44 f (N )Φm
按绕组数分: 双绕组、多绕组及自耦变压器。
二. 构造
变压器铁心: 硅钢片叠压而成。 变压器绕组: 高强度漆包线绕制而成。 其它部件: 油箱、冷却装置、保护装置等。
线圈 铁心
铁心
壳式变压器
线圈 心式变压器
单相变压器的基本结构
i1 Φ
u1
铁芯
i2
u2 RL
原边 绕组
副边 绕组
电工技术(6)磁路与变压器-PPT文档资料
• -Br
-Bm 磁滞回线 济南铁道职业技术学院
几种常见磁性物质的磁化曲线
B/T
1.8 1.6 1.4 1.2 1.0 0.8 0.6 0.4 0.2 1 2 3 4 5 6 7 8 9
电工技术 电工技术 10 103 H/(A/m)
c b
c b
a 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9
非铁磁材料没有磁畴结构,所以不具有磁化结构。
济南铁道职业技术学院
2、磁饱和性
电工技术 电工技术
铁磁材料由于磁化所产生的磁化磁场不会随着 外磁场的增强而无限的增强。当外磁场增大到一定 程度时,磁性物质的全部磁畴的磁场方向都转向与 外部磁场方向一致,磁化磁场的磁感应强度将趋向 某一定值。如图。 B b BJ 磁场内铁磁材料的磁化磁场 B • 的磁感应强度曲线; a B B0 磁场内不存在铁磁材料时的 磁感应强度直线; B BJ曲线和B0直线的纵坐标相 加即磁场的 B-H 磁化曲线。
第七章 磁路与变压器
7.1 磁路的基本知识
7.2 交流铁心线圈电路 7.3 变压器的结构和工作原理 7.4 变压器的额定值和运行特性 7.5 常用变压器和电磁铁
电工技术 电工技术
济南铁道职业技术学院
7—1 磁路的基本知识 一、 磁路的概念
电工技术 电工技术Fra bibliotek在电机、变压器及各种铁磁元件中常用铁磁材料 做成一定形状的铁心。铁心的磁导率比周围空气或 其它物质的磁导率高的多,磁通的绝大部分经过铁 心形成闭合通路,磁通的闭合路径称为磁路。
B dS
S
磁感应强度B在数值上可以看成为与磁场方向垂直 的单位面积所通过的磁通,故又称磁通密度。 磁通 的单位:韦[伯](Wb) 1Wb =1V· s
电工电子技术(第二版)第五章
那么变压器结构如何?如何实现电压升高或降低?图5-1所示为电力变压 器外形。
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5. 1 磁路及基本物理量
工程中常见的电气设备如变压器、电动机等,不仅包含电路部分,而 且还有磁路部分。
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5. 3 变压器
5. 3. 1 变压器的基本结构
变压器的种类很多,结构形式多种多样,但基本结构及工作原理都相 似,均由铁芯和线圈(或称绕组)组成。铁芯的基本结构形式有心式和 壳式两种,如图5-5所示。铁芯一般是由导磁性能较好的硅钢片叠制而 成,硅钢片的表面涂有绝缘漆,以避免在交流电源作用下铁芯中产生 较大的涡流损耗。与电源相接的线圈,称为一次侧绕组;与负载相接的 线圈称为二次侧绕组。
示意图。
例5 -1有一台电压为220/36 V的降压变压器,二次侧接一盏36 V, 40 W 的灯泡,试求:(1)若变压器的一次侧绕组N1 = 1100匝,二次侧绕组匝数 应是多少?(2)灯泡点亮后,一次侧、二次侧的电流各为多少?
解:(1)由公式(5一3),可以求出二次侧的匝数:
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5. 2 交流铁芯线圈
设电压、电流和磁通及感应电动势的参考方向如图5 -4所示。 由基尔霍夫电压定律有
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5. 2 交流铁芯线圈
大多数情况下,线圈的电阻R很小,漏磁通 较小即 根据法拉第电磁感应定律,有 得
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5. 2 交流铁芯线圈
由于电源电压与产生的磁通同频变化,设 电压的有效值为
作用而消耗的那部分能量。磁滞损耗的能量转换为热能而使磁性材料 发热为了减少磁滞损耗,一般交流铁芯都采用软磁材料。
磁路和变压器ppt课件
剩磁感应强度Br (剩磁) : 当线圈中电流减小到零(H=0)时,
Br•
铁心中的磁感应强度。
例如: 永久磁铁的磁性就是由剩磁产 生的;自励直流发电机的磁极,为了 使电压能建立,也必需具有剩磁。
• O •Hc H •
磁滞回线
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但剩磁也存在着有害的一面,例如, 当工件在平面磨床上加工终了后, 由于电磁吸盘有剩磁,还将工件吸 住。为此要通入反向去磁电流,去 掉剩磁,才干取下工件。
到与随达IH饱而磁不和性变成物。。质正的比磁。化曲线在磁路
计算上极为重要,其为非线性曲
线,实践中经过实验得出。
O
B和与H的关系
H
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3.磁滞性
磁滞性:磁性资料中磁感应强度B的变化总是滞后于
外磁场变化的性质。
磁性资料在交变磁场中反复磁化,其B-H关系曲 线是一条回形闭合曲线,称为磁滞回线。 B
第5章 磁路和变压器
5.1 磁场与磁路 5.2 磁性资料 5.3 交流铁心线圈电路 5.4 变压器
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在前面的几章中曾经讨论过分析与计算各种电路 的根本定律和根本方法。虽然电路是本书所研讨的根 本对象,但在消费实践中,许多电工设备〔例如电机、 变压器、电磁铁、电工丈量仪器仪表以及其它各种铁 磁元件〕中,不仅仅存在电路的问题,同时还存在磁 路的问题。在掌握电路的根底上,本章主要引见磁场 与磁路的根本概念、磁性资料、交流铁心线圈电路、 变压器。只需同时掌握电路和磁路两方面的内容,才 干对各种电工设备做出全面的分析。
(如坡莫合金,其 r 可达 2105 ) 。 磁性资料能被剧烈的磁化,具有很高的导磁
性能。 磁性物质的高导磁性被广泛地运用于电工设
《磁路及变压器》课件
理想变压器模型及其特性
理想变压器模型是一个简化的模型,用于分析和设计变压器。我们将探讨理 想变压器的特性,如变比、电流关系和功率传输等。
实际变压器模型及其等效电路
实际的变压器模型包括电阻、漏感和互感等效电路。我们将研究这些电路以 了解实际变压器的行为和性能。
变压器的应用和维护
变压器在电力系统、电子设备和工业应用中有广泛的应用。我们将探索变压器的各种应用领域,并讨论变压器 的维护方法和技巧。
磁通量和磁势
磁通量是磁场穿过一个闭合曲面的总磁场量度。磁势是磁场在磁路中的分布 情况,它类似于电势在电路中的作用。
磁阻和磁导率
磁阻是磁场通过磁路时遇到的阻碍。它取决于磁性材料的物性和磁路的几何 形状。磁导率是磁性材料对磁通量的响应能力。
变压器的基本原理和结构
变压器是电磁感应的重要应用之一。它通过互感作用将交流电能从一个线圈 传输到另一个线圈。了解其基本原理和结构对于电力传输和电子设备至关重 要。
磁路及变压器
欢迎来到《磁路及变压器》的PPT课件。通过本课件,我们将探索磁路的基本 概念,磁通量和磁势,磁阻和磁导率,变压器的原理和结构,理想变压器模 型和特性,实际变压器模型和等效电路,以及变压器的应用和维护。
磁路的基本概念
了解磁路的基础概念是理解磁力和电磁感应的关键。磁路是指导磁场的路径, 由磁性材料组成。它可以通过磁通量和磁势来描述。
电工技术与技能训练课件:磁路与变压器
5.4 变压器 图5-17 油浸式三相电力变压器的外形结构
5.5 特殊变压器 5.5.1 自耦变压器:是一次绕组和二次绕组在同一个绕组上的 变压器。一、二次绕组没有直接的电的联系,而自耦变压器一、 二次绕组有直接的电的联系,它的低压绕组就是高压绕组的一 部分,如图5-18所示。
图5-18 自耦变压器原理图
磁路与变压器
5.1 磁场的基本物理量 5.2 磁路 5.3 铁磁材料 5.4 变压器 5.5 特殊变压器
『情境链接』 硬盘存储器中的磁记录技术
硬盘存储器是利用磁记录技术进行数据存储的存储器。 读/写磁头是硬盘中最昂贵的部件,也是硬盘技术中最重要 和最关键的一环。
在计算机中,电脉冲信号被转化为磁信号,读/写磁头上 的电磁铁能把置于硬盘上的磁性金属微粒吸到不同的位置, 磁铁的南北极分别对应二进制数的1 和 0,从而在硬盘上 记录数据。这个过程也是可逆的,硬盘上记录的数据(磁 信号)又可以被转化成电脉冲信号,从而读取数据,如图51所示。
图5-20 电压互感器工作原理图
5.5 特殊变压器 1.电压互感器:是用于测量交流高电压的一个降压变压器,图 5-22是电压互感器的工作原理图。
图5-21 各种电压互感器
5.5 特殊变压器 2.电流互感器:是一种将大电流变换为小电流的变压器,图5感器原理图
图5-2 变压器及电动机中的磁路
5.3 铁磁材料 5.3.1 铁磁物质的磁化
自然界的物质按导磁性能可以分为两大类:一类为铁磁材 料,如铁、钢、镍、钴等,这类材料的导磁性能好;另一类为 非铁磁材料,如铜、铝、纸、空气等,此类材料的导磁性能差。
图5-3 铁磁材料的磁化
5.3 铁磁材料
『情境链接』
麦斯纳效应与磁悬浮列车
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为减小涡流损耗,常用 硅钢片叠压制成电机电 器的铁芯。
根据电流的热效应原理,涡流 通过铁芯时将使铁芯发热,显 然涡流增加设备绝缘设计的难 度,涡流严重时会造成设备的 烧损。
第4单元 磁路与变压器
6. 主磁通原理
对交流铁芯线圈而言,设工
Φ
作主磁通为:
u i
交变磁通穿过线圈时,在线
圈中感应电压,其值为:
x
将变压器的变压比公式和变流比公式代入上式得:
上式告诉我们:只要改变变压器的匝数比,即可获得合
适的二次侧对一次侧的反射阻抗|Z1|。式中k2称为负载阻抗 折算到一次侧时的变换系数。
第4单元 磁路与变压器
已知某收音机输出变压器的原边匝数为600,副边匝数为 30,原边原来接有16Ω的扬声器。现因故要改接成4Ω扬 声器,问输出变压器的匝数N2应改为多少? 收音机电路中,输出变压器所起的作用是:让扬声器阻 抗与晶体管的输出端阻抗匹配,以使负荷上获得最大功 率,从而驱动喇叭振动发出声音。 收音机原阻抗变换系数为:
x
交变的磁通穿过N1 和N2时,分别在两个 |ZL| 线圈中感应电压:
有: 计算它们的比值:
变压比, 简称变比
显然,改变线圈绕组的匝数即可实现电压的变换。且 k>1时为为降压变压器;k<1时为升压变压器。
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2、变压器的有载运行与变换电流原理
X
u1 i1 A
Φ N1 N2
S
i2
a
第4单元 磁路与变压器
磁路实质上是人为制造的集中强磁场
普通电磁铁的磁路 单相变压器的磁路
直流电机的磁路
工程实际应用中,大量的电气设备都含有铁芯线圈, 当线圈通电后,铁芯就会被磁化而形成设备的磁路。
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4.1. 2 磁路的基本物理量
线圈通电后使铁芯磁化, 形成铁芯磁路。
(1)磁通
可得:
主磁通原理
主磁通原理告诉我们,只要外加电压有效值及电源频率 不变,铁芯中工作主磁通最大值Φm也将维持不变。
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某含有气隙的铁芯线圈,线圈两端加有效值为U的交流 电压,当气隙增大时,铁芯中的主磁通是增大还是减小 ?线圈中的电流如何变化?
气隙增大时,铁芯磁路中的磁阻增加,但由于电源电 压效值为U和频率f 并无改变,根据主磁通原理可知, 铁芯磁路中的工作主磁通Φ并不发生改变。根据磁路 欧姆定律:
变压器负载运行时, 一次侧电流由i0变为
u2
|ZL| i1,二次侧产生负载
x
电流i2,而电压u20相
应变为u2。
变压器负载运行时,二次侧电流i2产生副边磁动势I2N2, 该磁动势对I0N1起削弱作用。
根据主磁通原理,只要电源电压和频率不变,铁芯中的
工作主磁通Φ的数值将维持不变。因此,原边电流i0 相应增 大为i1,原边磁动势也增大为I1N1,增大的部分恰好与二次 侧磁动势相平衡。此时的磁动势方程式为:
通过本章学习,要求了解变压器的基本结构组成,熟 悉变压器的用途,理解和掌握变压器变换电压、变换 电流及变换阻抗的作用;了解常用的特殊变压器。
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4.1 铁芯线圈、磁路
i Φ
u
空心线圈产生的磁场较弱,不能满足电气设备小电流、 强磁场的要求,若在空心线圈中套入铁芯,则铁芯线圈 就会获得较强的磁场。
电工技术基础
4.1 铁心线圈、磁路 4.2 变压器的基本结构和工作原理 4.3 实用中的常见变压器
第4单元 磁路与变压器
电工技术中不仅要讨论电路问题,还将讨论磁路问题。 因为很多电工设备与磁路都有关系,如电力系统中广 泛应用的变压器、电动机、发电机、电磁铁及电工测 量仪表等。
为了更好的学习变压器、电机、电器的工作特性及应 用,首先在理解有关磁路的问题。磁路问题与磁场有 关,与磁介质有关,而且磁场往往还与电流相关联, 因此本章要先从磁路、磁场及其基本物理量进行研究。
著特点,适用于制作各种电机、电器的铁心。
硬磁材料 硬磁材料的磁导率不太高、但一经磁化能保留很
大剩磁且不易去磁,适用于制作各种永久磁体。
矩磁材料 矩磁材料磁导率极高、磁化过程中只有正、负两
个饱和点,适用于制作各类存储器中记忆元件的
B 磁芯。
B
B
H 0
H 0
H 0
软磁性材料磁滞回线 包围的面积很小。
硬磁性材料磁滞回线 包围的面积很宽大。
S
a
u20
|ZL|
x
与电源相接的 与负载相接的 一次侧绕组。 二次侧绕组。
变压器的主体结构是由铁芯和绕组两大部分构成的。变 压器的绕组与绕组之间、绕组与铁芯之间均相互绝缘。
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4.2.2 变压器的工作原理
1、变压器的空载运行与变换电压原理
X
u1 i10 A
Φ N1 N2
S
a
u20
自然界中各种物质的磁导率均与真空的磁导率相比,可得 到不同的比值,我们把这个比值称为相对磁导率,用“μr”表 示,即:
显然,相对磁导率无量纲,其值越大,表明该类物质的 导磁性能越好;反之,导磁性能越差。
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根据相对磁导率μr值的不同,自然界的物质大致可分为 两大类:
(1)非磁性物质 如空气、塑料、铜、铝、橡胶等。这些物质的导磁能力 很差,磁导率均与真空的磁导率非常接近,它们的相对磁 导率均约等于1。非磁性物质的磁导率可认为是常量。
第4单元 磁路与变压器
磁动势平衡方程式告诉我们:变压器二次测电流i2的大小 是由负载决定的,但二次侧的能量来源于一次侧,两侧电 路并没有直接的电的联系,而是通过磁耦合把能量从原边 传递到副边。
变压器铁芯的导磁率很高,因此满足工作主磁通需要的 磁动势I0N1很小,和I1N1相比可忽略不计,因此磁动势平衡 方程式可改为:
由Φ=BS可知,匀强磁场中某截面S上B值越大,穿过该截 面上的磁力线总量越多。因此,磁感应强度也常称为磁通密 度。磁感应强度的国际单位制中还有较小的单位高斯[Gs], 特斯拉和高斯之间的换算关系为:
1T=104Gs
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(3) 磁导率μ
磁导率是反映自然界物质导磁能力的物理量,用希腊字 母“μ”表示 。物质的种类很多,且导磁能力也各不相同, 为了有效地区别它们各自的导磁能力,我们引入一个参照 标准—真空的磁导率μ0:
(2)负载为感性时,u2随i2的增加下降的程度加大;
变压器的变比为:
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4.2.3 变压器的外特性
u2
变压器输出电压u2随负载电流 i2 变化的关系称为它的外特性,即: U2N
cos(-φ2)=0.8超前 cosφ2=1
u2=f(i2)
cosφ2=0.8滞后
外特性可用右图所示曲线描述。 0
I2N
i2
(1)负载为纯电阻性质时,cosφ=1,输出电压u2随负载电 流i2的增加略有下降;
第4单元 磁路与变压器
(4)磁场强度
磁场强度也是表征磁场中某点强弱和方向的物理量,用 大写字母“H”表示。H也是矢量,H的方向也是置于磁场中 该点小磁针N极的指向。
磁场强度和磁 感应强度有何 区别和联系?
磁感应强度是描述磁路介质 的磁场某点强弱和方向的物理 量,与介质的导磁率有关;磁 场强度是描述电流的磁场强弱
反射阻抗:
改换成4Ω扬声器后:
第4单元 磁路与变压器 设交流信号源电压U=100V,内阻R0=800Ω,负载RL=8Ω。 (1)将负载直接接至信号源,负载获得多大功率? (2)经变压器阻抗匹配,求负载获得的最大功率是多少?此 时变压器变比是多少? 负载直接与信号源相接时,负载上获得的功率为:
阻抗匹配时,负载折算到原绕组的反射阻抗等于800Ω。 因此负载上获得的最大功率为:
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4.1.3 铁磁物质的磁性能
1.高导磁性
磁畴进行归顺性排列
磁畴
铁磁材料由不具有磁性到获得磁性的过程,称为铁磁材料 的磁化性。非磁性物质内部没有磁畴结构,因此即使处在 磁场中,也不能够被磁化。
电铁机磁电物器质正具是利有用高了导铁磁芯性的、高磁导饱磁和性性,、使磁小滞电流性获和得剩强磁磁性场
1Wb=108Mx
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(2)磁感应强度
磁感应强度是表征磁场中某点强弱和方向的物理量。用 大写字母“B”表示。B是矢量,B的方向就是置于磁场中该 点小磁针N极的指向。匀强磁场中,B的大小可用载流导体 在磁场中所受到的电磁力来定义。即:
上式中,电磁力F的单位是牛顿[N]、电流的单位是安培 [A]、导体的有效长度(与磁场方向相垂直方向的长度投影) 单位是米[m]时,磁感应强度B的单位是特斯拉[T]。
根据工程上用途的 不同?铁磁性材料 可分为几类?能否 说出它们的特点和 用途?
你会做吗?
铁磁物质具有哪些磁 性能?铁芯中存在哪些 损耗?铜和铝能被磁
化吗 ?
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4.2 变压器的基本结构和工作原理
4.2.1 变压器的基本结构
用硅钢片叠压制成 的变压器铁芯。
X u1 i10
A
Φ N1 N2
2.磁饱和性
C点后,B不再随H的增加而增加的现象称磁饱和性
3.磁滞性和剩磁性
B
0
H
磁滞回线
B的H变为化零总,是介落质后的于磁H场的B不变为化零,的这现种象现称象剩称磁性滞性
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4.1.4 铁磁材料的分类和用途
铁磁材料根据工程上用途的不同可以分为三大类:
软磁材料 软磁材料具有磁导率很高、易磁化、易去磁的显
磁通不变,则上式中的比值也应不变。因此,当磁阻Rm 增大时,线圈中通过的电流必定增大。
第4单元 磁路与变压器
一个交流电磁铁,因出现机械故障,造成通电后衔铁不 能吸合,结果把线圈烧坏,试分析其原因。