电工学简明教程3.ppt

* 第3章 磁路与电压器 第 3 章 磁路与变压器 第 3 章　磁路与变压器 3.1　磁路及其分析方法 3.2　交流铁心线圈电路 3.3　变压器 3.4　电磁铁 3.1　磁路及其分析方法 3.1.1　磁场的基本物理量 1．磁感应强度　B ——矢量　单位：T 均匀磁场 —— 磁场内各点的 B 大小相等，方向相同。 2．磁通　? ——标量　单位：Wb 对于均匀磁场 ? = B · S 3．磁导率　?　真空磁导率　?0 = 4? ? 10 –7 H/m (亨/米) 相对磁导率 ?r = ?/?0　对于铁磁材料　?r = 102 ?105 4．磁场强度　H ——矢量 定义　H = B/? 单位：A/m (安/米) 3.1.2　磁性材料的磁性能 1．高导磁性　在外磁场的作用下，磁性物质被强烈 　　　　　　　磁化而呈现出很强的磁性。 Hm –Hm Br –HC B H 2．磁滞性 B 的变化落后于 H。 剩磁 矫顽力 3．磁饱和性　H 增加，B 增加很小的现象。 Hm –Hm Br HC B H B - H ? - H b c B H ? a a、c 段 ? 值大、过 c 点出现饱和 3.1.2　磁性材料的磁性能 3.1.3　磁路的分析方法 　　磁路是研究局限于一定范围内的磁场问题。磁路与电路一样，也是电工学课程所研究的基本对象。 I ? 主磁通 ?? 漏磁通 铁心 线圈 磁路：磁通相对集中通过的路径。 3.1.3　磁路的分析方法 1．磁通连续性原理： 　　通过任意闭合面的磁通量 ? 总为 0。即穿入闭合面的磁感线，必同时穿出该闭合面。 2．安培环路定律： I1 I2 I3 　　磁场强度沿任意闭合路径的线积分，等于穿过该闭合路径所包围的电流的代数和。 3．磁路的欧姆定律 l N u i – + 根据 得　　　H l = N I 磁通势：F = N I　(单位：安) 磁压降： H l 磁路欧姆定律： 磁路为不同材料组成时 磁路磁阻：Rm 3.2　交流铁心线圈电路 1．感应电动势与磁通的关系 ? ?? N u i e e? – – + – + + 设：　? = ?msin?t e = –?N?mcos?t = Emsin(?t – 90?) Em = ?N?m = 2?f N?m = 2?f NBmS 感应电动势的有效值： 2．外加电压与磁通的关系 ? ?? N u i e e? – – + – + + u→ Fm = iN → uR = iR ? (主磁通)　→ ??(漏磁通)　→ 由 KVL： u = iR – e – e? 因为 R 和 e? 很小 所以　　u ? – e U 的有效值 U ? E = 4.44 f N?m U = 4.44 f NBmS 3．功率损耗 ? ?? N i e? – + u – + e – + (1)磁滞损耗 　　铁心反复磁化时所消耗的功率。 (2)涡流损耗 　　? 在铁心中产生的感应电流而引起的损耗。 (3)铁心损耗 铁心损耗 = 磁滞损耗 + 涡流损耗 (4)铜损耗 线圈电阻产生的损耗 PCu = I2R 3.3　变压器 3.3.1　变压器的工作原理 1．变压器的分类 按用途分：电力变压器，特种用途变压器。 按相数分：单相、三相和多相变压器。 按绕组数分：双绕组、多绕组及自耦变压器。 2．变压器的结构 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。 其他部件：油箱、冷却装置、保护装置等。 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。 其他部件：油箱、冷却装置、保护装置等。 铁心 线圈 壳式变压器 心式变压器 铁心 线圈 2．变压器的结构 ? ??1 N1 i1 一次绕组 二次绕组 3．变压器的工作原理 u1 – + e1 – + e?1 – + N2 e2 u20 S ZL i2 – + + – 变压器符号 U1 U2 u1 u2 u1 → i1( i1N1) ??1→ e?1 ? →e1 i2 (i2N2 ) → ? ?2→ e?2 3．变压器的工作原理 e2 S |Z| ??1 N1 N2 ? i1 e2 u2 e1 u1 e?1 ??2 i2 – + + – – + + – + – e?2 + – ??1 N1 N2 ? ? ? I0 ? E2 ? U20 ? E1 ? U1 ? E?1 ? – + – – + + + – (1)电压变换 变压器空载： E1 = 4.44 f N1?m E2 = 4.44 f N2?m 结论 U1 U20 —– = –— = K N1 N2 — 变比 (2) 电流变换 S ZL N1 N2 ? ? ? I1 E2 ? U2 ? E1 ? U1 ? E?1