三磁路與變壓器

1、三磁路與變壓器任務(wù)1 電磁學(xué)根本常識(shí) 實(shí)際電路中有大量電感元件的線圈中有鐵芯。線圈通電后鐵芯就構(gòu)成磁路，磁路又影響電路。因此電工技術(shù)不僅有電路問(wèn)題，同時(shí)也有磁路問(wèn)題。電流的磁場(chǎng)直導(dǎo)線電流的磁場(chǎng)線圈 電流的磁場(chǎng)右手螺旋定 那么大拇指方向表示導(dǎo)線電流方向四指回轉(zhuǎn)方向表示磁感線方向四指回轉(zhuǎn)方向表示線圈電流方向大拇指方向表示線圈內(nèi)部磁感線方向ii回憶1、磁場(chǎng)的根本物理量3.1 磁性材料1)磁感應(yīng)強(qiáng)度B磁感應(yīng)強(qiáng)度是表示磁場(chǎng)內(nèi)某點(diǎn)磁場(chǎng)強(qiáng)弱(磁力線的多少)和磁場(chǎng)方向(磁力線的方向)的物理量。它是一個(gè)矢量。 式中，F(xiàn)電磁力， l表示導(dǎo)體的長(zhǎng)度; I通過(guò)磁體的電流磁感應(yīng)強(qiáng)度B的單位是特斯拉(T)， 方向可用右手

2、螺旋定律確定。2磁通 均勻磁場(chǎng)中磁通 等于磁感應(yīng)強(qiáng)度B與垂直于磁場(chǎng)方向的面積S的乘積，單位是韋伯(Wb)。磁通反映了磁導(dǎo)體某個(gè)范圍內(nèi)磁力線的多少。磁場(chǎng)中穿過(guò)某一截面積 A 的磁感線數(shù)。3 磁場(chǎng)強(qiáng)度 H H 是表征電流的磁場(chǎng)強(qiáng)弱和方向的物理量 。 H 是一個(gè)矢量，其方向 B 與一樣。 H 與 B 的區(qū)別： (1) H I，與介質(zhì)的性質(zhì)無(wú)關(guān)。(2) B 與電流的大小和介質(zhì)的性質(zhì)均有關(guān)。 單位：安/米A / m。4 磁導(dǎo)率 是用來(lái)表示磁場(chǎng)介質(zhì)導(dǎo)磁能力的物理量。 BH = （H / m） 真空中的磁導(dǎo)率： 0 = 4107 H / m 鐵心在交變磁場(chǎng)中反復(fù)磁化的過(guò)程中，會(huì)有飽和、剩磁、磁滯現(xiàn)象。通過(guò)實(shí)

3、驗(yàn)測(cè)定某種鐵磁性物質(zhì)的磁滯回線如下頁(yè)。iuB HO 初始磁化曲線 鐵心線圈中通過(guò)交變電流時(shí)，H的大小和方向都會(huì)改變，B隨H的變化而變化的曲線稱為磁化曲線。磁滯回線中H為零時(shí)B并不為零 的現(xiàn)象說(shuō)明鐵磁材料具有剩磁性。BH0cba起始磁化曲線oa段是線性段ab段是上升段bc段是磁化曲線的膝部C點(diǎn)以后是飽和段起始磁化曲線反映了什么？鐵磁材料反復(fù)磁化一周所構(gòu)成的曲線稱為磁滯回線。起始磁化曲線和磁滯回線磁滯回線中B的變化總是落后于H的變化說(shuō)明鐵磁材料具有磁滯性；起始磁化曲線的ab段反映了鐵磁材料的高導(dǎo)磁性；c點(diǎn)以后說(shuō)明鐵磁材料具有磁飽和性。 鐵心線圈中通過(guò)交變電流時(shí)，H的大小和方向都會(huì)改變，鐵心在交變磁

4、場(chǎng)中反復(fù)磁化的過(guò)程中，B的變化總是滯后于H的變化，這種現(xiàn)象稱為磁滯性；當(dāng)H減為零時(shí)B并不為零，說(shuō)明磁性物質(zhì)具有剩磁性。 磁導(dǎo)率可達(dá)102104，由鐵磁材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。 B不會(huì)隨H的增強(qiáng)而無(wú)限增強(qiáng)，H增大到一定值時(shí)，B不能繼續(xù)增強(qiáng)。高導(dǎo)磁性磁滯性和剩磁性磁飽和性鐵磁性材料具有高導(dǎo)磁性、磁飽和性、磁滯性和剩磁性。 具有 磁導(dǎo)率極高、磁化后只有正、負(fù)兩個(gè)飽和狀態(tài)特點(diǎn)的鐵磁材料。矩磁材料適用于制作各類存儲(chǔ)器記憶元件的磁芯。具有 磁導(dǎo)率不太高、但一經(jīng)磁化、能保存很大的剩磁且不易去磁 特點(diǎn)的鐵磁材料。硬磁材料適用于制作各種人造磁體。具有 磁導(dǎo)率很高、易磁化

5、、易去磁 特點(diǎn)的鐵磁材料。軟磁材料適用于制作各種電機(jī)電器的鐵芯。 小，回線面積小 3 鐵磁材料的分類和用途 鐵磁材料根據(jù)工程上用途的不同可分為三大類1軟磁材料2硬磁材料3矩磁材料 鐵磁材料內(nèi)部往往有相鄰的幾百個(gè)分子電流圈流向一致，因此在這些極小的區(qū)域內(nèi)就形成了一個(gè)個(gè)天然的磁性區(qū)域磁疇。 鐵磁材料內(nèi)部的磁疇排列雜亂無(wú)章，磁性相互抵消，因此對(duì)外不顯示磁性。 鐵磁材料之所以具有高導(dǎo)磁性，是因?yàn)樵谒鼈兊膬?nèi)部具有一種特殊的物質(zhì)構(gòu)造磁疇。顯然，磁疇是由分子電流產(chǎn)生的。 磁疇因受外磁場(chǎng)作用而順著外磁場(chǎng)的方向發(fā)生歸順性重新排列，在內(nèi)部形成一個(gè)很強(qiáng)的附加磁場(chǎng)。a無(wú)外磁場(chǎng)情況b有外磁場(chǎng)情況 鐵磁材料反復(fù)磁化時(shí)，內(nèi)

6、部磁疇的極性取向隨著外磁場(chǎng)的交變來(lái)回翻轉(zhuǎn)，在翻轉(zhuǎn)的過(guò)程中，由于磁疇間相互摩擦而引起的能量損耗稱為磁滯損耗。4磁滯損耗3、電磁鐵線圈和鐵芯構(gòu)成一個(gè)電磁鐵。帶有鐵芯的通電線圈可增強(qiáng)磁場(chǎng)的作用。 電磁鐵的常見(jiàn)構(gòu)造形式 勵(lì)磁 線圈 鐵心 銜鐵 勵(lì)磁 線圈 銜鐵 鐵心 鐵心 勵(lì)磁 線圈 銜鐵 銜鐵 鐵心 勵(lì)磁 線圈 電磁鐵可分為線圈、鐵芯及銜鐵三局部。當(dāng)勵(lì)磁線圈通入電流時(shí)，便產(chǎn)生磁場(chǎng)，鐵芯和銜鐵都被磁化，銜鐵受到電磁力的作用而被吸向鐵芯，銜鐵的動(dòng)作可使其他機(jī)械裝置發(fā)生聯(lián)動(dòng)。當(dāng)電源斷開(kāi)時(shí)，電磁鐵的磁性隨著消失，銜鐵被釋放。3. 2電磁感應(yīng)及自感、互感 運(yùn)動(dòng)的電荷周圍總是存在有電場(chǎng)和磁場(chǎng)。這三者(運(yùn)動(dòng)電荷、

7、電場(chǎng)和磁場(chǎng))是一件事物的不同方向，是統(tǒng)一的一個(gè)整體?，F(xiàn)在就要討論這三者另一種相互關(guān)聯(lián)的現(xiàn)象，叫電磁感應(yīng)。1)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的方向作切割磁力線運(yùn)動(dòng)的導(dǎo)體，其產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的方向可用右手定那么來(lái)確定。判斷感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)方向時(shí)要把導(dǎo)體看成一個(gè)電源，在導(dǎo)體內(nèi)部，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)方向由負(fù)極指向正極。感應(yīng)電流方向與感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)方向一樣。當(dāng)直導(dǎo)體沒(méi)有形成閉合回路時(shí)，導(dǎo)體中只產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，不產(chǎn)生感應(yīng)電流。平伸右手，拇指與四指垂直，讓磁感線垂直穿過(guò)手心，拇指指向運(yùn)動(dòng)方向，四指所指方向就是感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的方向(或是感應(yīng)電流方向)。注意右手定那么實(shí)驗(yàn)證明:在均勻磁場(chǎng)中，做切割磁力線運(yùn)動(dòng)的直導(dǎo)體，其感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)e的大小2)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的大

8、小B-磁感應(yīng)強(qiáng)度 l-導(dǎo)體的有效長(zhǎng)度v-導(dǎo)體的運(yùn)動(dòng)速度-導(dǎo)體運(yùn)動(dòng)方向與磁感線方向之間的夾角例：如下圖，受外力作用的直導(dǎo)體AB，在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中以v=20 m/s的速度做勻速直線運(yùn)動(dòng)。設(shè)B=1 T，導(dǎo)體有效長(zhǎng)度l=0.5m，導(dǎo)體電阻Ro = 1 ，負(fù)載電阻R = 9 。試求導(dǎo)體AB中的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)e和電流I。解:用右手定那么確定的電動(dòng)勢(shì)。的方向?yàn)橛上轮赶蛏想娏鞣较蚺ce一樣，大小為: I=e/(R0+R)=10/(1+9)=1A其大小為 e=BIvsina=1*0.5*20*1=10V當(dāng)線圈中的磁通量要增加時(shí)，感應(yīng)電流產(chǎn)生的磁通方向與原磁通方向相反;假設(shè)線圈中原來(lái)的磁通量減少，那么感應(yīng)電流產(chǎn)生的磁通方向

9、與原來(lái)磁通方向一致。1)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的方向線圈中的磁通量發(fā)生變化時(shí)，線圈就會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的方向由楞次定律和右手螺旋定那么來(lái)判定。楞次定律實(shí)驗(yàn)原理圖感應(yīng)電流產(chǎn)生的磁通總是企圖阻礙原磁通的變化。線圈中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的大小與線圈磁通量的變化率d/dt和線圈匝數(shù)N成正比。2)電磁感應(yīng)定律法拉第電磁感應(yīng)定律由通入線圈的電流變化而產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的現(xiàn)象叫自感現(xiàn)象，由自感現(xiàn)象產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)叫自感電動(dòng)勢(shì)。顯然，自感現(xiàn)象屬于電磁感應(yīng)現(xiàn)象。1)自感現(xiàn)象定義線圈中的磁通量與產(chǎn)生該磁通的電流的比值為自感系數(shù)，又稱電感，用符號(hào)L表示，單位是亨利(H)，即2)自感系數(shù)自感電動(dòng)勢(shì)的大小可由法拉第電磁感應(yīng)定律求得，即

10、3)自感電動(dòng)勢(shì)互感現(xiàn)象是指一個(gè)線圈中的電流變化而使另一個(gè)線圈產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的現(xiàn)象?；ジ鞋F(xiàn)象產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)稱為互感電動(dòng)勢(shì)，也用符號(hào)e表示。那么正弦交流電在交流鐵芯中，電源電壓u -e1那么電源電壓的有效值為此公式是交流發(fā)電機(jī)設(shè)置電壓調(diào)節(jié)器的理論依據(jù)任務(wù)2 變壓器TrN1i10u1AXN2|ZL|u20Saxx由硅鋼片疊壓制成的變壓器鐵心磁路。變壓器一次側(cè)繞組原邊變壓器二次側(cè)繞組副邊變壓器圖形符號(hào) 變壓器是一種能變換電壓、變換電流、變換阻抗的“靜止電氣設(shè)備。變壓器在傳遞電能的過(guò)程中頻率不變。1. 變壓器的根本構(gòu)造2變壓器的工作原理1變壓器的空載運(yùn)行與變換電壓作用N1i10u1AXN2|ZL|u20S

11、axx 變壓器的一次側(cè)接電源，二次側(cè)開(kāi)路，這種運(yùn)行狀態(tài)稱為空載。變壓器空載時(shí)原邊電流 i10很小，在鐵心磁路中產(chǎn)生按正弦規(guī)律變化的磁通，當(dāng)穿過(guò)兩線圈時(shí)，分別感應(yīng)電壓： 變壓器原、副邊電壓與感應(yīng)電壓的關(guān)系為： 變壓器原、副邊電壓與感應(yīng)電壓的關(guān)系為： 其中k 稱為變壓器的變比。顯然：變壓器通過(guò)改變?cè)⒏边叺脑褦?shù)即可變換電壓。2變壓器的負(fù)載運(yùn)行與變換電流作用 變壓器的一次側(cè)接電源，二次側(cè)與負(fù)載接通，這種運(yùn)行狀態(tài)稱為負(fù)載運(yùn)行。 根據(jù)能量守恒定律，變壓器輸出功率加上損耗功率與從電網(wǎng)中獲得功率相等。 變壓器在能量傳遞的過(guò)程中損耗甚小，因此：因此： 其中1/k 稱為變壓器的變流比。顯然：變壓器在改變電壓的同

12、時(shí)也改變了電流，即變壓器還可以變換電流。N1i1u1AXN2|ZL|u2Saxi2P1=P2+P損耗 某收音機(jī)輸出變壓器的原邊匝數(shù)為600,副邊匝數(shù)為30,原接有16的揚(yáng)聲器，現(xiàn)要改接成4 揚(yáng)聲器，求N2應(yīng)改為多少？3變壓器的變換阻抗作用 變壓器的副邊所接負(fù)載為|ZL|，原邊輸入阻抗為Z1時(shí)，有：把變壓比和變流比公式代入可得：變壓器的阻抗變換作用常用于電子電路中。例如：N1i1u1AXN2|ZL|u2Saxi24 變壓器的功率和效率變壓器的功率消耗等于輸入功率 和輸出功率 之差。 PL=P1-P21)變壓器的功率2)變壓器的效率變壓器的效率為變壓器輸出功率與輸入功率的百分比3 電壓的變化率電壓

13、空載時(shí)次級(jí)端電壓U2N和有載時(shí)次級(jí)端電壓U2之差與U2N的百分比。電壓的變化率越小，為負(fù)載供電的電壓越穩(wěn)定。例有一變壓器初級(jí)電壓為2200V，次級(jí)電壓為220V，在接純電阻性負(fù)載時(shí)，測(cè)得次級(jí)電流為10A，變壓器的效率為95%。試求它的損耗功率，初級(jí)功率和初級(jí)電流。解：次級(jí)負(fù)載功率初級(jí)功率損耗功率初級(jí)電流 三相電力變壓器訊號(hào)式溫度計(jì)吸濕計(jì)儲(chǔ)油柜平安氣道油表氣體繼電器高壓套管低壓套管分接開(kāi)關(guān)油箱鐵芯繞組放油閥門(mén) 電力系統(tǒng)一般均采用三相制供電，所以電力變壓器均屬于三相變壓器。變壓器主要由鐵芯和繞組兩大局部構(gòu)成。鐵芯是它的磁路局部，繞組是它的電路局部。 繼電器是一種當(dāng)輸入量電、磁、聲、光、熱到達(dá)一定值時(shí)，輸出量將發(fā)生跳躍式變化的自動(dòng)控制器件。任務(wù)3 繼電器及汽車?yán)入娐分械膽?yīng)用1、繼電器及分類1定義2組成及功能 常用繼電器也稱為電磁式繼電器，是利用小的開(kāi)關(guān)信號(hào)控制大的開(kāi)關(guān)動(dòng)作的器件。作用：利用它的動(dòng)斷和動(dòng)合觸點(diǎn)進(jìn)展電路切換。 2一般繼電器的分類電流繼電器又可分為過(guò)電流繼電器和欠電流繼電器。工作時(shí)：當(dāng)電路中通過(guò)的電流超過(guò)規(guī)定值時(shí)，觸點(diǎn)吸合;當(dāng)電流低于規(guī)定值時(shí)，觸點(diǎn)分開(kāi)。特點(diǎn)：電流繼電器的工作線圈與負(fù)載串聯(lián)，可以通過(guò)的電流很大，故它的線圈匝數(shù)少而導(dǎo)線粗，通過(guò)的電流很