電工電子技術(shù)基礎(chǔ)課件

電工電子技術(shù)基礎(chǔ)武漢職業(yè)技術(shù)學(xué)院機(jī)械工程系第4章磁路與變壓器1電工電子技術(shù)基礎(chǔ)武漢職業(yè)技術(shù)學(xué)院機(jī)械工程系第4章磁路與變目錄1.1電路和電路模型1.2電路基本物理量1.3電阻元件、電感元件和電容元件1.4電壓源、電流源及其等效變換1.5基爾霍夫定律1.6復(fù)雜電路的分析和計(jì)算目錄4.1磁路的基本概念4.2變壓器2目錄1.1電路和電路模型1.2電路基本物4.1磁路的基本概念

實(shí)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(gòu)成磁路，磁路又影響電路。因此電工技術(shù)不僅有電路問題，同時(shí)也有磁路問題。4.1磁路的基本概念實(shí)際電路中有大量電感元件的4.1.1磁路的基本物理量2．磁感應(yīng)強(qiáng)度B磁感應(yīng)強(qiáng)度B是表示磁場內(nèi)某點(diǎn)磁場強(qiáng)弱及方向的物理量。B的大小等于通過垂直于磁場方向單位面積的磁力線數(shù)目，對電流產(chǎn)生的磁場,B的方向用右手螺旋定則確定。單位是特斯拉(T)。1．磁通Φ磁通Φ表示垂直穿過截面積S的磁力線總數(shù)，單位是韋伯(Wb)。4.1.1磁路的基本物理量2．磁感應(yīng)強(qiáng)度B3．磁導(dǎo)率μ磁導(dǎo)率μ用來表示磁場中介質(zhì)的導(dǎo)磁能力的物理量，單位是亨/米(H/m)。真空的磁導(dǎo)率

非鐵磁物質(zhì)的磁導(dǎo)率與真空極為接近，鐵磁物質(zhì)的磁導(dǎo)率遠(yuǎn)大于真空的磁導(dǎo)率。

相對磁導(dǎo)率μr：非鐵磁物質(zhì)μr近似為1，鐵磁物質(zhì)的μr遠(yuǎn)大于1。3．磁導(dǎo)率μ磁導(dǎo)率μ用來表示磁場中介質(zhì)的導(dǎo)磁4．磁場強(qiáng)度H

磁場強(qiáng)度只與產(chǎn)生磁場的電流以及這些電流分布有關(guān)，而與磁介質(zhì)的磁導(dǎo)率無關(guān)，單位是安／米（A／m）。是為了簡化計(jì)算而引入的輔助物理量。4．磁場強(qiáng)度H磁場強(qiáng)度只與產(chǎn)生磁場的電流以4.1.2鐵磁材料的磁性能高導(dǎo)磁性：磁導(dǎo)率可達(dá)102~104，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。磁飽和性：B不會隨H的增強(qiáng)而無限增強(qiáng)，H增大到一定值時(shí)，B不能繼續(xù)增強(qiáng)。磁滯性：鐵心線圈中通過交變電流時(shí)，H的大小和方向都會改變，鐵心在交變磁場中反復(fù)磁化，在反復(fù)磁化的過程中，B的變化總是滯后于H的變化。74.1.2鐵磁材料的磁性能高導(dǎo)磁性：磁導(dǎo)率可達(dá)102~鐵磁材料的類型：軟磁材料：磁導(dǎo)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。硬磁材料：剩磁和矯頑力均較大，磁滯性明顯，磁滯回線較寬。矩磁材料：只要受較小的外磁場作用就能磁化到飽和，當(dāng)外磁場去掉，磁性仍保持，磁滯回線幾乎成矩形。磁化曲線磁滯回線8鐵磁材料的類型：軟磁材料：磁導(dǎo)率高，磁滯特性不明顯，矯頑力和4.1.3磁場的基本定律1．安培環(huán)路定律

計(jì)算電流代數(shù)和時(shí)，與繞行方向符合右手螺旋定則的電流取正號，反之取負(fù)號。若閉合回路上各點(diǎn)的磁場強(qiáng)度相等且其方向與閉合回路的切線方向一致，則：4.1.3磁場的基本定律1．安培環(huán)路定律2．磁路歐姆定律

102．磁路歐姆定律10稱為磁阻，表示磁路對磁通的阻礙作用。

因鐵磁物質(zhì)的磁阻Rm不是常數(shù)，它會隨勵磁電流I的改變而改變，因而通常不能用磁路的歐姆定律直接計(jì)算，但可以用于定性分析很多磁路問題。稱為磁阻，表示磁路對磁通的阻礙作用。因鐵磁物3．電磁感應(yīng)定律

123．電磁感應(yīng)定律124.1.4交流鐵心線圈電路1．電壓、電流和磁通的關(guān)系

設(shè)線圈的電阻為R，主磁電動勢為e和漏感電動勢為eσ，由KVL，有：134.1.4交流鐵心線圈電路1．電壓、電流和磁通的關(guān)系e的有效值為：設(shè)主磁通按正弦規(guī)律變化：由法接第定律可得14e的有效值為：設(shè)主磁通按正弦規(guī)律變化：由法接第定律可得14寫成相量形式：設(shè)漏磁電感為Lσ，15寫成相量形式：設(shè)漏磁電感為Lσ，15式中為漏磁感抗，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也很小，與主磁電動勢比較可以忽略不計(jì)。于是：表明在忽略線圈電阻R及漏磁通Φσ的條件下，當(dāng)線圈匝數(shù)N及電源頻率f為一定時(shí)，主磁通的幅值Φm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(guān)。16式中為漏磁感抗，簡稱漏抗。由于線圈的電阻R和漏磁通2．功率損耗3．等效電路圖中X0是反映線圈能量儲放的等效感抗。172．功率損耗3．等效電路圖中X0是反映線圈能例4.118例4.1184.2變壓器4.2.1變壓器的用途與結(jié)構(gòu)1、變壓器的用途在輸電方面，采用變壓器將電壓升高，這樣可以減小輸電線的截面積和減小線路上的電壓降以及線路上的功率損耗。在用電方面利用變壓器降壓，以保證用電安全和滿足用電設(shè)備的電壓要求。在電子線路上，除電源變壓器外，變壓器還用來耦合電路，傳遞信號，并實(shí)現(xiàn)阻抗匹配。此外變壓器還有許多特殊的用途。194.2變壓器4.2.1變壓器的用途與結(jié)構(gòu)194.2.2變壓器的工作原理

原繞組匝數(shù)為N1，電壓u1，電流i1，主磁電動勢e1，漏磁電動勢eσ1；副繞組匝數(shù)為N2，電壓u2，電流i2，主磁電動勢e2，漏磁電動勢eσ2。204.2.2變壓器的工作原理原繞組匝數(shù)為N11．電壓變換原繞組的電壓方程：副繞組的電壓方程：忽略電阻R1和漏抗Xσ1的電壓，則：k稱為變壓器的變比。211．電壓變換原繞組的電壓方程：副繞組的電壓方程：忽略電阻R12222三相變壓器的兩種接法及電壓的變換關(guān)系23三相變壓器的兩種接法及電壓的變換關(guān)系232．電流變換

由U1≈E1=4.44N1fΦm可知，U1和f不變時(shí)，E1和Φm也都基本不變。因此，有負(fù)載時(shí)產(chǎn)生主磁通的原、副繞組的合成磁動勢（i1N1+i2N2）和空載時(shí)產(chǎn)生主磁通的原繞組的磁動勢i0N1基本相等，即：空載電流i0很小，可忽略不計(jì)。242．電流變換由U1≈E1=4.44N1fΦm可知3．阻抗變換

設(shè)接在變壓器副繞組的負(fù)載阻抗Z的模為|Z|，則：Z反映到原繞組的阻抗模|Z'|為：253．阻抗變換設(shè)接在變壓器副繞組的負(fù)載阻抗Z的模設(shè)交流信號源電壓U=100V,內(nèi)阻R0=800Ω,負(fù)載RL=8Ω（1）將負(fù)載直接接至信號源，負(fù)載獲得多大功率？（2）經(jīng)變壓器進(jìn)行阻抗匹配，求負(fù)載獲得的最大功率是多少？變壓器變比是多少？例4.226設(shè)交流信號源電壓U=100V,內(nèi)阻R0=800Ω,負(fù)載RL=27274.2.3變壓器的使用1．外特性電壓變化率反映電壓U2的變化程度。通常希望U2的變動愈小愈好，一般變壓器的電壓變化率約在5%左右。2．損耗與效率鐵損ΔPFe包括磁滯損耗和渦流損耗。損耗：銅損：284.2.3變壓器的使用1．外特性電壓變化率反效率：3．額定值(1)額定電壓UN：指變壓器副繞組空載時(shí)各繞組的電壓。三相變壓器是指線電壓。(2)額定電流IN：指允許繞組長時(shí)間連續(xù)工作的線電流。(3)額定容量SN：在額定工作條件下變壓器的視在功率。三相變壓器：單相變壓器：29效率：3．額定值(1)額定電壓UN：指變壓器副繞4．變壓器線圈極性的測定(1)同極性端的標(biāo)記(2)同極性端的測定毫安表的指針正偏1和3是同極性端；反偏1和4是同極性端。U13=U12－U34時(shí)1和3是同極性端；U13=U12＋U34時(shí)1和4是同極性端。304．變壓器線圈極性的測定(1)同極性端的標(biāo)記(2)同極性端的4.2.5特殊變壓器1．自耦變壓器特點(diǎn)：副繞組是原繞組的一部分，原、副壓繞組不但有磁的聯(lián)系，也有電的聯(lián)系。314.2.5特殊變壓器1．自耦變壓器特點(diǎn)：副繞組是原繞組2．儀用互感器(1)電流互感器：原繞組線徑較粗，匝數(shù)很少，與被測電路負(fù)載串聯(lián)；副繞組線徑較細(xì)，匝數(shù)很多，與電流表及功率表、電度表、繼電器的電流線圈串聯(lián)。用于將大電流變換為小電流。使用時(shí)副繞組電路不允許開路。322．儀用互感器(1)電流互感器：原繞組線徑較粗，(2)電壓互感器：電壓互感器的原繞組匝數(shù)很多，并聯(lián)于待測電路兩端；副繞組匝數(shù)較少，與電壓表及電度表、功率表、繼電器的電壓線圈并聯(lián)。用于將高電壓變換成低電壓。使用時(shí)副繞組不允許短路。33(2)電壓互感器：電壓互感器的原繞組匝數(shù)很多，電工電子技術(shù)基礎(chǔ)武漢職業(yè)技術(shù)學(xué)院機(jī)械工程系第4章磁路與變壓器34電工電子技術(shù)基礎(chǔ)武漢職業(yè)技術(shù)學(xué)院機(jī)械工程系第4章磁路與變目錄1.1電路和電路模型1.2電路基本物理量1.3電阻元件、電感元件和電容元件1.4電壓源、電流源及其等效變換1.5基爾霍夫定律1.6復(fù)雜電路的分析和計(jì)算目錄4.1磁路的基本概念4.2變壓器35目錄1.1電路和電路模型1.2電路基本物4.1磁路的基本概念

實(shí)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(gòu)成磁路，磁路又影響電路。因此電工技術(shù)不僅有電路問題，同時(shí)也有磁路問題。4.1磁路的基本概念實(shí)際電路中有大量電感元件的4.1.1磁路的基本物理量2．磁感應(yīng)強(qiáng)度B磁感應(yīng)強(qiáng)度B是表示磁場內(nèi)某點(diǎn)磁場強(qiáng)弱及方向的物理量。B的大小等于通過垂直于磁場方向單位面積的磁力線數(shù)目，對電流產(chǎn)生的磁場,B的方向用右手螺旋定則確定。單位是特斯拉(T)。1．磁通Φ磁通Φ表示垂直穿過截面積S的磁力線總數(shù)，單位是韋伯(Wb)。4.1.1磁路的基本物理量2．磁感應(yīng)強(qiáng)度B3．磁導(dǎo)率μ磁導(dǎo)率μ用來表示磁場中介質(zhì)的導(dǎo)磁能力的物理量，單位是亨/米(H/m)。真空的磁導(dǎo)率

非鐵磁物質(zhì)的磁導(dǎo)率與真空極為接近，鐵磁物質(zhì)的磁導(dǎo)率遠(yuǎn)大于真空的磁導(dǎo)率。

相對磁導(dǎo)率μr：非鐵磁物質(zhì)μr近似為1，鐵磁物質(zhì)的μr遠(yuǎn)大于1。3．磁導(dǎo)率μ磁導(dǎo)率μ用來表示磁場中介質(zhì)的導(dǎo)磁4．磁場強(qiáng)度H

磁場強(qiáng)度只與產(chǎn)生磁場的電流以及這些電流分布有關(guān)，而與磁介質(zhì)的磁導(dǎo)率無關(guān)，單位是安／米（A／m）。是為了簡化計(jì)算而引入的輔助物理量。4．磁場強(qiáng)度H磁場強(qiáng)度只與產(chǎn)生磁場的電流以4.1.2鐵磁材料的磁性能高導(dǎo)磁性：磁導(dǎo)率可達(dá)102~104，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。磁飽和性：B不會隨H的增強(qiáng)而無限增強(qiáng)，H增大到一定值時(shí)，B不能繼續(xù)增強(qiáng)。磁滯性：鐵心線圈中通過交變電流時(shí)，H的大小和方向都會改變，鐵心在交變磁場中反復(fù)磁化，在反復(fù)磁化的過程中，B的變化總是滯后于H的變化。404.1.2鐵磁材料的磁性能高導(dǎo)磁性：磁導(dǎo)率可達(dá)102~鐵磁材料的類型：軟磁材料：磁導(dǎo)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。硬磁材料：剩磁和矯頑力均較大，磁滯性明顯，磁滯回線較寬。矩磁材料：只要受較小的外磁場作用就能磁化到飽和，當(dāng)外磁場去掉，磁性仍保持，磁滯回線幾乎成矩形。磁化曲線磁滯回線41鐵磁材料的類型：軟磁材料：磁導(dǎo)率高，磁滯特性不明顯，矯頑力和4.1.3磁場的基本定律1．安培環(huán)路定律

計(jì)算電流代數(shù)和時(shí)，與繞行方向符合右手螺旋定則的電流取正號，反之取負(fù)號。若閉合回路上各點(diǎn)的磁場強(qiáng)度相等且其方向與閉合回路的切線方向一致，則：4.1.3磁場的基本定律1．安培環(huán)路定律2．磁路歐姆定律

432．磁路歐姆定律10稱為磁阻，表示磁路對磁通的阻礙作用。

因鐵磁物質(zhì)的磁阻Rm不是常數(shù)，它會隨勵磁電流I的改變而改變，因而通常不能用磁路的歐姆定律直接計(jì)算，但可以用于定性分析很多磁路問題。稱為磁阻，表示磁路對磁通的阻礙作用。因鐵磁物3．電磁感應(yīng)定律

453．電磁感應(yīng)定律124.1.4交流鐵心線圈電路1．電壓、電流和磁通的關(guān)系

設(shè)線圈的電阻為R，主磁電動勢為e和漏感電動勢為eσ，由KVL，有：464.1.4交流鐵心線圈電路1．電壓、電流和磁通的關(guān)系e的有效值為：設(shè)主磁通按正弦規(guī)律變化：由法接第定律可得47e的有效值為：設(shè)主磁通按正弦規(guī)律變化：由法接第定律可得14寫成相量形式：設(shè)漏磁電感為Lσ，48寫成相量形式：設(shè)漏磁電感為Lσ，15式中為漏磁感抗，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也很小，與主磁電動勢比較可以忽略不計(jì)。于是：表明在忽略線圈電阻R及漏磁通Φσ的條件下，當(dāng)線圈匝數(shù)N及電源頻率f為一定時(shí)，主磁通的幅值Φm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(guān)。49式中為漏磁感抗，簡稱漏抗。由于線圈的電阻R和漏磁通2．功率損耗3．等效電路圖中X0是反映線圈能量儲放的等效感抗。502．功率損耗3．等效電路圖中X0是反映線圈能例4.151例4.1184.2變壓器4.2.1變壓器的用途與結(jié)構(gòu)1、變壓器的用途在輸電方面，采用變壓器將電壓升高，這樣可以減小輸電線的截面積和減小線路上的電壓降以及線路上的功率損耗。在用電方面利用變壓器降壓，以保證用電安全和滿足用電設(shè)備的電壓要求。在電子線路上，除電源變壓器外，變壓器還用來耦合電路，傳遞信號，并實(shí)現(xiàn)阻抗匹配。此外變壓器還有許多特殊的用途。524.2變壓器4.2.1變壓器的用途與結(jié)構(gòu)194.2.2變壓器的工作原理

原繞組匝數(shù)為N1，電壓u1，電流i1，主磁電動勢e1，漏磁電動勢eσ1；副繞組匝數(shù)為N2，電壓u2，電流i2，主磁電動勢e2，漏磁電動勢eσ2。534.2.2變壓器的工作原理原繞組匝數(shù)為N11．電壓變換原繞組的電壓方程：副繞組的電壓方程：忽略電阻R1和漏抗Xσ1的電壓，則：k稱為變壓器的變比。541．電壓變換原繞組的電壓方程：副繞組的電壓方程：忽略電阻R15522三相變壓器的兩種接法及電壓的變換關(guān)系56三相變壓器的兩種接法及電壓的變換關(guān)系232．電流變換

由U1≈E1=4.44N1fΦm可知，U1和f不變時(shí)，E1和Φm也都基本不變。因此，有負(fù)載時(shí)產(chǎn)生主磁通的原、副繞組的合成磁動勢（i1N1+i2N2）和空載時(shí)產(chǎn)生主磁通的原繞組的磁動勢i0N1基本相等，即：空載電流i0很小，可忽略不計(jì)。572．電流變換由U1≈E1=4.44N1fΦm可知3．阻抗變換

設(shè)接在變壓器副繞組的負(fù)載阻抗Z的模為|Z|，則：Z反映到原繞組的阻抗模|Z'|為：583．阻抗變換設(shè)接在變壓器副繞組的負(fù)載阻抗Z的模設(shè)交流信號源電壓U=100V,內(nèi)阻R0=800Ω,負(fù)載RL=8Ω（1）將負(fù)載直接接至信號源，負(fù)載獲得多大功率？（2）經(jīng)變壓器進(jìn)行阻抗匹配，求負(fù)載獲得的最大功率是多少？變壓器變比是多少？例4.259設(shè)交流信號源電壓U=100V,內(nèi)阻R0=800Ω,負(fù)載RL=60274.2.3變壓器的使用1．外特性電壓變化率反映電壓U2的變化程度。通常希望U2的變動愈小愈好，一般變壓器的電壓變化率