三磁路与变压器课件

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单元三 变压器与继电器,任务3 继电器及汽车喇叭电路中的应用,任务2 变压器,任务1 电磁学基本常识,任务1 电磁学基本常识,实际电路中有大量电感元件的线圈中有,铁芯,。线圈,通电,后铁芯就构成,磁路,，磁路又影响,电路,。因此电工技术不仅有电路问题，同时也有磁路问题。,电流的磁场,直导线电流的磁场,线圈 电流的磁场,右手螺旋定 则,大拇指,方向表示导线,电流,方向,四指,回转方向表示,磁感线方向,四指,回转方向表示线圈,电流,方向,大拇指,方向表示线圈内部,磁感线方向,i,i,回顾,1、磁场的基本物理量,3.1 磁性材料,1)磁感应强度,B,磁感应强度是表示磁场内,某点,磁场强弱(磁力线的多少)和磁场方向(磁力线的方向)的物理量。它是一个矢量,。,式中，,F,电磁力，,l,表示导体的长度;,I,通过磁体的电流,磁感应强度B的单位是,特斯拉(T)，,方向可用,右手螺旋定律,确定。,2）磁通,均匀,磁场中,磁通,等于磁感应强度,B,与垂直于磁场方向的面积,S,的乘积，单位是,韦伯,(Wb),。,磁通反映了磁导体某个范围内磁力线的多少。,磁场中穿过某一,截面积,A,的磁感线数。,3）磁场强度,H,H,是表征电流的磁场强弱和方向的物理量。,H,是一个矢量，,其方向,B,与相同。,H,与,B,的区别：,(1),H,I,，与,介质,的性质无关。,(2),B,与电流的大小和介质的性质均有关。,单位：安,/,米（,A/m,）。,4）磁导率,是用来表示磁场介质导磁能力的物理量。,B,H,=（,H/m,）,真空中的磁导率：,0,=4,10,7,H/m,铁心在,交变磁场,中,反复磁化,的过程中，会有,饱和、剩磁、磁滞,现象。通过实验测定某种铁磁性物质的磁滞回线如下页。,i,u,B,H,O,初始磁化曲线,铁心线圈中通过,交变电流,时，H的大小和方向都会改变，B随H的变化而变化的曲线称为,磁化曲线。,磁滞回线中H为零时B并不为零 的现象说明铁磁材料具有,剩磁性,。,B,H,0,c,b,a,起始磁化曲线,oa段是,线性段,ab段是,上升段,bc段是磁化曲线的,膝部,C点以后是,饱和段,起始磁化曲线反映了什么？,铁磁材料反复磁化一周所构成的曲线称为,磁滞回线,。,起始磁化曲线和磁滞回线,磁滞回线中B的变化总是落后于H的变化说明铁磁材料具有,磁滞,性；,起始磁化曲线的ab段反映了铁磁材料的,高导磁性,；,c点以后说明铁磁材料具有,磁饱和性,。,铁心线圈中通过交变电流时，,H,的大小和方向都会改变，铁心在交变磁场中反复磁化的过程中，,B,的变化总是,滞后,于,H,的变化，这种现象称为,磁滞性,；当H减为零时B并不为零，说明磁性物质具有,剩磁性,。,磁导率可达10,2,10,4,，由铁磁材料组成的磁路磁阻很小，在线圈中通入较小的电流即可获得较大的磁通,。,B,不会随,H,的增强而无限增强，,H,增大到一定值时，,B,不能继续增强,。,高导磁性,磁滞性和剩磁性,磁饱和性,铁磁性材料具有,高导磁性、磁饱和性、磁滞性和剩磁性,。,具有 磁导率,极高,、磁化后只有正、负两个饱和状态特点的铁磁材料。矩磁材料适用于制作各类,存储器记忆元件的磁芯。,具有 磁导率,不太高,、但一经磁化、能保留很大的,剩磁,且不易去磁,特点的铁磁材料。硬磁材料适用于制作,各种人造磁体。,具有 磁导率很,高,、易磁化、易去磁,特点的铁磁材料。软磁材料适用于制作各种,电机电器的铁芯。,（,小，回线面积小,）,3）铁磁材料的分类和用途,铁磁材料根据工程上,用途,的不同可分为,三大类,（1）软磁材料,（2）硬磁材料,（3）矩磁材料,铁磁材料内部往往有相邻的几百个分子电流圈流向一致，因此在这些极小的区域内就形成了一个个天然的磁性区域,磁畴,。,铁磁材料内部的磁畴排列,杂乱无章,，,磁性相互抵消,，因此对外不显示磁性,。,铁磁材料之所以具有高导磁性，是因为在它们的内部具有一种特殊的物质结构,磁畴,。,显然，磁畴是由分子电流产生的。,磁畴因受外磁场作用而顺着外磁场的方向发生归顺性重新排列，在内部形成一个,很强的,附加磁场,。,（a）无外磁场情况,（b）有外磁场情况,铁磁材料反复磁化时，内部磁畴的极性取向随着外磁场的交变来回翻转，在翻转的过程中，由于磁畴间相互摩擦而引起的能量损耗称为,磁滞损耗,。,4）,磁滞损耗,3、电磁铁,线圈,和,铁芯,构成一个电磁铁,。,带有铁芯的通电线圈可增强磁场的作用。,电磁铁的常见结构形式,励磁,线圈,铁心,衔铁,励磁,线圈,衔铁,铁心,铁心,励磁,线圈,衔铁,衔铁,铁心,励磁,线圈,电磁铁可分为,线圈、铁芯及衔铁,三部分。,当,励磁线圈,通入,电流,时，便产生,磁场,，铁芯和衔铁都被磁化，衔铁受到电磁力的作用而被吸向铁芯，衔铁的动作可使其他机械装置发生联动。当电源断开时，电磁铁的磁性随着消失，衔铁被释放。,3.2电磁感应及自感、互感,运动的电荷周围总是存在有电场和磁场。这三者(运动电荷、电场和磁场)是一件事物的不同方向，是统一的一个整体。现在就要讨论这三者另一种相互关联的现象，叫,电磁感应,。,1)感应电动势的方向,作切割磁力线运动的导体，其产生感应电动势的方向可用,右手定则,来确定。,1.直导体中的感应电动势,判断感应电动势方向时要把导体看成一个电源，在导体内部，感应电动势方向由负极指向正极。感应电流方向与感应电动势方向相同。当直导体,没有,形成闭合回路时，导体中只产生感应电动势，,不产生,感应电流。,平伸右手，拇指与四指垂直，让磁感线垂直穿过手心，拇指指向运动方向，四指所指方向就是感应电动势的方向(或是感应电流方向)。,注意,右手定则,实验证明:在均匀磁场中，做切割磁力线运动的直导体，其感应电动势,e,的大小,2)感应电动势的大小,B,-磁感应强度,l,-,导体的有效长度,v,-,导体的运动速度,-导体运动方向与磁感线方向之间的夹角,例：,如图所示，受外力作用的直导体AB，在匀强磁场中以v=20 m/s的速度做匀速直线运动。设B=1 T，导体有效长度l=0.5m，导体电阻Ro=1 ，负载电阻R=9 。试求导体AB中的感应电动势e和电流I。,解:用,右手定则,确定的电动势。的方向为由下指向上,电流方向与e相同，大小为:,I=e/(R0+R)=10/(1+9)=1A,其大小为,e=BIvsina=1*0.5*20*1=10V,当线圈中的磁通量要增加时，感应电流产生的磁通方向与原磁通方向,相反,;若线圈中原来的磁通量减少，则感应电流产生的磁通方向与原来磁通方向,一致,。,2.线圈中的感应电动势,1)感应电动势的方向,线圈中的磁通量发生变化时，线圈就会产生感应电动势。感应电动势的方向由,楞次定律和右手螺旋定则,来判定。,楞次定律实验原理图,感应电流产生的磁通总是,企图阻碍,原磁通的变化。,线圈中感应电动势的大小与线圈磁通量的变化率d/dt和线圈匝数N成正比。,2)电磁感应定律,法拉第电磁感应定律,由通入线圈的,电流变化,而产生感应电动势的现象叫,自感现象,，由自感现象产生的感应电动势叫自感电动势。显然，自感现象属于电磁感应现象。,3.自感,1)自感现象,定义线圈中的磁通量与产生该磁通的电流的比值为自感系数，又称电感，用符号,L,表示，单位是亨利(H)，即,2)自感系数,自感电动势的大小可由,法拉第电磁感应定律,求得，即,3)自感电动势,4.互感,互感现象是指一个线圈中的电流变化而使另一个线圈产生感应电动势的现象。,互感现象产生的电动势称为,互感电动势,，也用符号,e,表示。,那么正弦交流电在交流铁芯中，电源电压u -e1,则电源电压的有效值为,此公式是交流发电机设置电压调节器的理论依据,任务2 变压器,T,r,N,1,i,10,u,1,A,X,N,2,|,Z,L,|,u,20,S,a,x,x,由硅钢片叠压制成的变压器铁心磁路。,变压器一次侧绕组,（原边）,变压器二次侧绕组,（副边）,变压器图形符号,变压器是一种能,变换电压、变换电流、变换阻抗,的“静止”电气设备。变压器在传递电能的过程中,频率,不变。,1.变压器的基本结构,2变压器的工作原理,（1）变压器的空载运行与变换电压作用,N,1,i,10,u,1,A,X,N,2,|,Z,L,|,u,20,S,a,x,x,变压器的,一次侧接电源,，,二次侧开路,，这种运行状态称为,空载,。,变压器空载时原边电流,i,10,很小,，在铁心磁路中产生按正弦规律变化的磁通,，当穿过两线圈时，分别感应电压：,变压器原、副边电压与感应电压的关系为：,变压器原、副边电压与感应电压的关系为：,其中,k,称为变压器的变比。显然：变压器,通过改变原、副边的匝数即可变换电压,。,（2）,变压器的负载运行与变换电流作用,变压器的,一次侧接电源,，,二次侧与负载接通,，这种运行状态称为,负载运行,。,根据能量守恒定律，变压器输出功率加上损耗功率与从电网中获得功率相等。,变压器在能量传递的过程中损耗甚小，因此：,因此：,其中1,/k,称为变压器的变流比。显然：变压器在改变电压的同时也改变了电流,，,即变压器还可以变换电流。,N,1,i,1,u,1,A,X,N,2,|,Z,L,|,u,2,S,a,x,i,2,P,1,=P,2+,P,损耗,已知某收音机输出变压器的原边匝数为600,副边匝数为30,原接有16,的扬声器，现要改接成4 扬声器，求,N,2,应改为多少？,（3）,变压器的变换阻抗作用,变压器的副边所接负载为,|,Z,L,|，原边输入阻抗为,Z,1,时，有,：,把变压比和变流比公式代入可得,：,变压器的阻抗变换作用常用于,电子电路,中。,例如：,N,1,i,1,u,1,A,X,N,2,|,Z,L,|,u,2,S,a,x,i,2,4,变压器的功率和效率,变压器的功率消耗,等于,输入功率 和输出功率 之差。,P,L,=P,1,-P,2,1)变压器的功率,2)变压器的效率,变压器的效率为变压器输出功率与输入功率的百分比,3 电压的变化率,电压空载时次级端电压U,2N,和有载时次级端电压U,2,之差与U,2N,的百分比。,电压的变化率越小，为负载供电的电压越稳定。,例,有一变压器初级电压为2200V，次级电压为220V，在接纯电阻性负载时，测得次级电流为10A，变压器的效率为95%。试求它的,损耗功率,，,初级功率,和,初级电流,。,解：次级负载功率,初级功率,损耗功率,初级电流,三相电力变压器,讯号式温度计,吸湿计,储油柜,安全气道,油表,气体继电器,高压套管,低压套管,分接开关,油箱,铁芯,绕组,放油阀门,电力系统一般均采用,三相制,供电，所以电力变压器均属于三相变压器。变压器主要由,铁芯,和,绕组,两大部分构成。,铁芯,是它的,磁路,部分，,绕组,是它的,电路,部分。,继电器是一种当,输入量,（电、磁、声、光、热）达到,一定值,时，,输出量,将发生跳跃式变化的自动控制器件。,任务3 继电器及汽车喇叭电路中的应用,1、继电器及分类,1）定义,2）组成及功能,常用继电器也称为,电磁式继电器,，是利用,小,的开关信号控制,大,的开关动作的器件。,作用：利用它的动断和动合触点进行电路切换。,2）一般继电器的分类,电流继电器又可分为,过电流继电器,和,欠电流继电器。,工作时：,当电路中通过的电流超过规定值时，触点吸合;当电流低于规定值时，触点分开。,特点：电流继电器的工作线圈与负载,串联,，可以通过的电流很,大,，故它的线圈,匝数少,而,导线粗,，通过的电流很大，所以,体积,也较,大,，它可以获得需要的磁通势。,用途:适用于电动机的,过载,及,短路,保护、直流电动机,磁极控制,或,失磁保护,。,（1）电流继电器,电压继电器又可分为,过电压继电器,和,欠电压继电器。,工作时：,当电路中通过的电压超过规定值时，触点吸合；当电压低于规定值时，触点分开。,特点：电压继电器的工作线圈与负载,并联,，以反映负载电压。它的,线圈匝数多,而,导线细,，体积相对较小。,用途:适用于电动机