CH磁路與鐵心線圈實(shí)用

會(huì)計(jì)學(xué)1CH磁路與鐵心線圈實(shí)用對(duì)于均勻磁路磁路中的歐姆定律2.磁路的歐姆定律：則：INSL注：由于磁性材料是非線性的，磁路歐姆定律多用作定性分析，不做定量計(jì)算。令：Rm

稱為磁阻第1頁/共44頁磁路和電路的比較：磁路電路磁動(dòng)勢(shì)F磁通Φ磁感應(yīng)強(qiáng)度B磁阻R=l/S電動(dòng)勢(shì)E電流I電流密度J電阻R=l/γSNI+–EIR返回第2頁/共44頁2．交流鐵心線圈電路鐵心線圈分為兩種：1．直流鐵心線圈電路直流鐵心線圈通直流來勵(lì)磁（如直流電機(jī)的勵(lì)磁線圈、電磁吸盤及各種直流電器的線圈）。因?yàn)閯?lì)磁是直流，則產(chǎn)生的磁通是恒定的，在線圈和鐵心中不會(huì)感應(yīng)出電動(dòng)勢(shì)來，在一定的電壓U下，線圈電流I只與線圈的R有關(guān)，P也只與I2R有關(guān)，所以分析直流鐵心線圈比較簡單。本課不討論。

交流鐵心線圈通交流來勵(lì)磁（如交流電機(jī)、變壓器及各種交流電器的線圈）。其電壓、電流等關(guān)系與直流不同，下面我們就來討論之。返回6-2交流鐵心線圈電路第3頁/共44頁6.2.1電磁關(guān)系

磁動(dòng)勢(shì)F=iN產(chǎn)生的磁通絕大多數(shù)通過鐵心而閉合，這部分磁通稱為工作磁通Φ

。ΦσΦueeσiN鐵心如圖所示，如果在鐵心上繞有N匝線圈，并在線圈兩端加上電壓u，則在線圈中就會(huì)產(chǎn)生電流

i，

此外還有一少部分通過空氣等非磁性材料而閉合，這部分磁通稱為漏磁通，用Φσ表示。

這兩個(gè)磁通在線圈中產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)e和eσ。e為主磁電動(dòng)勢(shì)，eσ為漏磁電動(dòng)勢(shì)。返回第4頁/共44頁ΦσΦueeσiN這個(gè)電磁關(guān)系可表示如下：

式中Nφσ=Lσi中的Lσ為常數(shù)，稱為漏電感，而i與φ不存在線性關(guān)系，即L不是常數(shù)。因此，鐵心線圈是一個(gè)非線性的電感元件。Φ與i和L的關(guān)系如圖所示。0Φ、LiΦL第5頁/共44頁ΦσΦueeσiN6.2.2電壓與電流的關(guān)系據(jù)KVL有：

由于R和Lσ很小，∴UR和Uσ與U/相比可忽略當(dāng)伏為正弦時(shí)，的變化也為同頻率的正弦量，用相量表示第6頁/共44頁設(shè)

則式中：返回當(dāng)伏為正弦時(shí)，的變化也為同頻率的正弦量第7頁/共44頁有效值為：Bm為鐵心中磁感應(yīng)強(qiáng)度的最大值。S為鐵心面積所以：返回又因?yàn)椋旱?頁/共44頁6.2.3功率損耗2．鐵損1．銅損①磁滯損耗②渦流損耗在交流鐵心線圈中，功率損耗由兩部分組成：返回第9頁/共44頁

磁滯損耗要引起鐵心發(fā)熱。為了減小磁滯損耗，應(yīng)選用磁滯回線狹小的磁性材料制造鐵心。硅鋼就是變壓器和電機(jī)中常用的鐵心材料，其磁滯損耗較小。返回①磁滯損耗

在交變磁場中，鐵磁材料要反復(fù)磁化，就產(chǎn)生了類似摩擦發(fā)熱的能量損耗，我們稱之為磁滯損耗?？梢宰C明，交變磁化一周在鐵心的單位體積內(nèi)所產(chǎn)生的磁滯損耗能量與磁滯回線所包圍的面積成正比。第10頁/共44頁②渦流損耗由渦流所產(chǎn)生的鐵損稱為渦流損耗△Peφi

當(dāng)線圈中通有交流電時(shí)，它所產(chǎn)生的磁通也是交變的。因此，不僅要在線圈中產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，而且在鐵心內(nèi)也要產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)和感應(yīng)電流。這種感應(yīng)電流稱為渦流，它在垂直于磁通方向的平面內(nèi)環(huán)流著。返回第11頁/共44頁

渦流損耗也要引起鐵心發(fā)熱。為了減小渦流損耗，在順磁場方向鐵心可由彼此絕緣的硅鋼疊成，這樣就可以限制渦流只能在較小的截面內(nèi)流通。此外，通常所用的硅鋼片中含有少量的硅（0.8~4.8%），因而電阻率較大，這也可以使渦流減小。返回第12頁/共44頁返回6-3.變壓器變壓器是一種常見的電氣設(shè)備，在電力系統(tǒng)和電子線路中應(yīng)用廣泛。在電力系統(tǒng)中，電壓愈高，則線路電流愈小。因此，在輸電時(shí)必須利用變壓器將電壓升高。而在用電方面，為了保證用電的安全和合乎用電設(shè)備的電壓要求，還要利用變壓器將電壓降低。在電子線路方面，除電源變壓器外，變壓器還用來耦合電路，傳遞信號(hào)，并實(shí)現(xiàn)阻抗匹配。第13頁/共44頁此外，尚有自耦變壓器、互感器及各種專用變壓器。變壓器的種類很多，但是它們的基本構(gòu)造和工作原理是相同的。

變壓器的工作原理的分析方法有兩種：1．一是把變壓器看作互感耦合電路的耦合電路分析法（在許多書中采用）2．一種是把磁通分成主磁通和漏磁通的所謂主磁通分析法。即我們要學(xué)的分析方法，一般電機(jī)學(xué)中采用此方法。變壓器返回第14頁/共44頁一、變壓器的工作原理變壓器一般是有兩部分組成1、閉合鐵心2、繞組u1N1N2u2

為了便于分析，我們將高壓繞組和低壓繞組分別畫在兩邊。與電源相聯(lián)的稱為原繞組（或稱初級(jí)繞組、一次繞組）；

與負(fù)載相聯(lián)的稱為副繞組（或稱次級(jí)繞組、二次繞組）。原、副繞組的匝數(shù)分別為N1和N2。返回下面我們就來討論變壓器的工作原理。第15頁/共44頁u1Φσ1e1eσ1i1ΦN1u2e2eσ2i2|Z|N2當(dāng)原繞組接上電壓u1時(shí)，原繞組中便有電流i1通過。原繞組的磁動(dòng)勢(shì)i1N1產(chǎn)生的磁通絕大部分通過鐵心而閉合，從而在副繞組中感應(yīng)出電動(dòng)勢(shì)。如果副繞組接有負(fù)載，那么副繞組中就有電流i2通過。副繞組的磁動(dòng)勢(shì)i2N2也產(chǎn)生磁通，其絕大部分也通過鐵心而閉合。因此，鐵心中的磁通是一個(gè)由原、副繞組的磁動(dòng)勢(shì)共同產(chǎn)生的合成磁通，它稱為主磁通，用Φ表示。主磁通穿過原繞組和副繞組而在其中感應(yīng)出的電動(dòng)勢(shì)分別為e1和e2。此外，原、副繞組的磁動(dòng)勢(shì)還分別產(chǎn)生漏磁通Φσ1和Φσ2（僅與本繞組相鏈），從而在各自的繞組中分別產(chǎn)生漏磁電動(dòng)勢(shì)eσ1和eσ2.返回Φσ2第16頁/共44頁u1e1eσ1i1N1u2e2eσ2i2|Z|N21、電壓變換據(jù)KVL可得：如用相量表示可得：返回第17頁/共44頁電壓變換式中：和分別為原繞組的電阻和感抗由于原繞組的電阻和感抗較小，因而它們兩端的電壓降也較小，與主磁電動(dòng)勢(shì)比較起來，可以忽略不計(jì)。于是電動(dòng)勢(shì)的有效值為返回第18頁/共44頁同理可得如用相量表示可得：式中：和分別為副繞組的電阻和感抗為副繞組的端電壓電動(dòng)勢(shì)的有效值為返回電壓變換第19頁/共44頁在變壓器空載時(shí)，I2=0，E2=U20式中U20為空載時(shí)副繞組的端電壓原、副繞組的電壓之比為式中，K稱為變壓器的變比，亦即原、副繞組的匝數(shù)比?？梢?，當(dāng)電源電壓一定時(shí)，只要改變?cè)褦?shù)比，就可以得出不同的輸出電壓。返回電壓變換第20頁/共44頁

變比在變壓器的名牌上注明，它表示原、副繞組的額定電壓之比，例如“6000/400伏”（K=15）。這表示原繞組的額定電壓為6000V，副繞組的額定電壓為400V。所謂副繞組的額定電壓是指原繞組加上額定電壓時(shí)副繞組的空載電壓。由于變壓器有內(nèi)阻抗壓降，所以副繞組的空載電壓一般應(yīng)較滿載時(shí)的電壓高5-10%。返回電壓變換第21頁/共44頁2、電流變換由可見，當(dāng)電源電壓U1和頻率f不變時(shí)，E1和Φm也都近于常數(shù)。就是說，鐵心中主磁通的最大值在變壓器空載或有負(fù)載時(shí)是差不多恒定的。因此，有負(fù)載時(shí)產(chǎn)生主磁通的原、副繞組的合成磁動(dòng)勢(shì)（i1N1+i2N2）應(yīng)該和空載時(shí)產(chǎn)生主磁通的原繞組的磁動(dòng)勢(shì)i0N1差不多相等，即：i1N1+i2N2≈i0N1如用相量表示可得：返回第22頁/共44頁變壓器的空載電流是勵(lì)磁用的。由于鐵心的磁導(dǎo)率高，空載電流是很小的。它的有效值在原繞組額定電流的10%以內(nèi)。因此常可忽略。即：額定容量：它是視在功率（單位是伏安），與輸出功率不同。返回電流變換第23頁/共44頁3、阻抗變換上面講過變壓器能起變換電壓和變換電流的作用。此外它還有變換負(fù)載阻抗的作用，以實(shí)現(xiàn)“匹配”。|Z|u1i1u2i2u1i1|Z/|在前圖中，負(fù)載阻抗|Z|接在變壓器的副邊，而后圖中的虛線框部分可以用一個(gè)阻抗|Z/|來等效代替。兩者的關(guān)系可通過下面計(jì)算得出。返回第24頁/共44頁根據(jù)可得出匝數(shù)比不同，負(fù)載阻抗|Z|折算到原邊的等效阻抗|Z/|也不同。我們可以采用不同的匝數(shù)比，把負(fù)載阻抗變換為所需要的、比較合適的數(shù)值。這種做法通常稱為阻抗匹配。返回第25頁/共44頁例6.3.1：已知E=120V，R0=800Ω，RL=8Ω。（1）當(dāng)RL折算到原邊的等效電阻R/L=R0時(shí)，求變壓器的匝數(shù)比和信號(hào)源輸出的功率；（2）當(dāng)將負(fù)載直接與信號(hào)源聯(lián)接時(shí)，信號(hào)源輸出多大功率？解：（1）變壓器的匝數(shù)比為RLR0返回第26頁/共44頁（2）當(dāng)負(fù)載直接接在信號(hào)源時(shí)，返回第27頁/共44頁二、變壓器的外特性

當(dāng)電源電壓不變時(shí)，隨著副繞組電流的增加，原副繞組上的電壓降便增加，從而使副繞組的端電壓發(fā)生變動(dòng)。當(dāng)電源電壓和負(fù)載功率因數(shù)為常數(shù)時(shí)，U2和I2的變化關(guān)系稱為變壓器的外特性。如圖所示。0U2

I2U20I2N

通常希望電壓U2的變動(dòng)愈小愈好。從空載到額定負(fù)載，副繞組電壓的變化程度用電壓變化率△U表示，在一般變壓器中電壓變化率約為5%左右。返回第28頁/共44頁三、變壓器的損耗與效率和交流鐵心線圈一樣，變壓器的功率損耗包括鐵心中的鐵損和銅損兩部分。鐵損的大小與鐵心內(nèi)磁感應(yīng)強(qiáng)度的最大值Bm有關(guān)，與負(fù)載的大小無關(guān)，而銅損則與負(fù)載的大小有關(guān)。變壓器的效率：式中，P2為變壓器的輸出功率，P1為輸入功率返回第29頁/共44頁四、特殊變壓器1、自耦變壓器負(fù)載N1N2返回第30頁/共44頁i1N1i2N2負(fù)載A~2、電流互感器返回1.副邊不能斷開，以防產(chǎn)生高電壓；2.鐵心、低壓繞組的一端接地，以防在絕緣損壞時(shí)，在副邊出現(xiàn)過壓。注意！第31頁/共44頁五、變壓器繞組極性的測(cè)定1、同極性端所謂同極性端就是當(dāng)電流從兩個(gè)線圈的同極性端流入（或流出）時(shí)，產(chǎn)生的磁通的方向相同；或者說，當(dāng)磁通變化（增大或減?。r(shí)，在同極性端感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的極性也相同。例如：如圖所示的線圈電路，試判斷兩線圈的同極性端。abcd返回第32頁/共44頁

例如：如圖所示的線圈電路，試判斷兩線圈的同極性端。*abcdef△△*2、線圈的等效電路返回第33頁/共44頁3、變壓器繞組的聯(lián)接110V110V110V220V返回第34頁/共44頁4、變壓器繞組極性的測(cè)定（a）交流法1234V用交流法測(cè)定繞組極性的電路如圖所示其中1-2為一個(gè)繞組，3-4為另一個(gè)繞組，將兩個(gè)繞組的任意兩端聯(lián)接在一起（如2和4）；在其中一個(gè)繞組（如1-2）兩端加一個(gè)較低的電壓。用電壓表分別測(cè)量U13、U12、U34。如果U13是兩繞組電壓之差，則1和3是同極性端。如果U13是兩繞組電壓之和，則1和3是異極性端，

1和4是同極性端。返回第35頁/共44頁1234mA（b）直流法S++--用直流法測(cè)定繞組極性的電路如圖所示。當(dāng)開關(guān)S閉合瞬間，如果毫安計(jì)的指針正向偏轉(zhuǎn)，則1和3是同極性端；反向偏轉(zhuǎn)時(shí)，則1和3是異極性端，1和4是同極性端。返回第36頁/共44頁6-4.電磁鐵返回

電磁鐵是利用通電的鐵心線圈吸引銜鐵或保持某種機(jī)械零件、工件于固定位置的一種電器。用途：①起重電磁鐵。②制動(dòng)電磁鐵。③電磁吸盤。④開關(guān)；洗衣機(jī)的自動(dòng)閾門。⑤自動(dòng)控制系統(tǒng)；槍炮的擊發(fā)等等。一、簡介第37頁/共44頁FF123123二、構(gòu)成部分線圈1鐵心2銜鐵3電磁鐵的基本結(jié)構(gòu)如圖所示返回第38頁/