文档库 最新最全的文档下载
当前位置:文档库 › 第6章 磁路与铁心线圈电路

第6章 磁路与铁心线圈电路

第6章磁路与铁心线圈电路

6.1 磁路及其分析方法(了解)

6.2 交流铁心线圈电路

6.3 变压器

第6章磁路与铁心线圈电路

本章要求:

1. 会分析计算交流铁心线圈电路;

2. 了解变压器的基本结构、工作原理、运行特性和

绕组的同极性端,理解变压器额定值的意义;

3. 掌握变压器电压、电流和阻抗的变换公式;

4.了解三相电压的变换方法;

磁性材料的磁性能:高导磁率、磁饱和性、磁滞性

在很多电工设备(像变压器、电机、电磁铁电工测量仪器等)中,不仅有电路的问题,同时还有磁路的问题。只有同时掌握了电路和磁路的基本理论,才能对以上电工设备进行全面分析。

磁路和电路往往是相关的,因此在这里要研究磁路和电路的关系以及磁和电的关系。

本章结合磁路和铁心线圈电路的分析,讨论变压器的工作原理,作为应用实例。

在电机、变压器及各种铁磁元件中常用磁性材料做成一定形状的铁心。铁心的磁导率比周围空气或其它物质的磁导率高的多,磁通的绝大部分经过铁心形成闭合通路,磁通的闭合路径称为磁路。

直流电机的磁路

交流接触器的磁路

_

+N

S

N

S

I f

四极直流电机和交流接触器的磁路

6.1磁路及其分析方法(了解)

6.1.1磁场的基本物理量

1.磁感应强度磁感应强度B :

表示磁场内某点磁场强弱和方向的物理量。磁感应强度B 的大小:

磁感应强度B 的方向:

与电流的方向之间符合右手螺旋定则。μ

F

B =

磁感应强度B 的单位:特斯拉(T ),1T = 1Wb/m 2均匀磁场:各点磁感应强度大小相等,方向相同的

磁场,也称匀强磁场。

2. 磁通

磁通Φ:穿过垂直于B 方向的面积S 中的磁力线总数。

在均匀磁场中Φ= B S 或B= Φ/S

说明:如果不是均匀磁场,则取B 的平均值。

磁感应强度B 在数值上可以看成为与磁场方向

垂直的单位面积所通过的磁通,故又称磁通密度。

磁通Φ的单位:韦[伯](Wb)1Wb =1V·s

3.磁场强度

磁场强度H:是计算磁场时所引用的一个物理量,

也是矢量,通过它来确定磁场与电流之间的关系。

磁场强度H的单位:安培/米(A/m)

由实验可测得:真空的磁导率为:

4. 磁导率

磁导率μ:表示磁场媒质磁性的物理量,衡量物质

的导磁能力。它与磁场强度的乘积就等于磁感应强度,即:H/m

10π47

0-?=μ磁导率μ的单位:亨/米(H/m )

μH B =m

H

m s Ωm A s V m A m Wb =

?=??==//μ2

位的单因为它是一个常数,将其它物质的磁导率和它

比较是很方便的。

4.磁导率

相对磁导率μr :

任一种物质的磁导率μ和真空的磁导率μ0的比值。

0r μμμ=

B B =H H 0μμ=也即当磁场媒质是某种物质时某点的磁感应强度B 与在同样电流下真空时该点的磁感应强度B 0之比的倍数。

自然界的所有物质按磁导率的大小,大体上可分为磁性材料和非磁性材料。

6.1.2磁性材料的磁性能

磁性材料主要指铁、镍、钴及其合金等。1. 高导磁性

>>1 (如磁性材料的磁导率通常都很高,即μ

r

可达2?105 )。

坡莫合金,其μ

r

磁性材料能被强烈的磁化,具有很高的导磁性能。

磁性物质的高导磁性被广泛地应用于电工设备中,如电机、变压器及各种铁磁元件的线圈中都放有铁心。在这种具有铁心的线圈中通入不太大的励磁电流,便可以产生较大的磁通和磁感应强度。

外磁场的增强而无限的增强。2.磁饱和性

B J 磁场内磁性物质的磁化磁场的磁感应强度曲线;B 0 磁场内不存在磁性物质时的磁感应强度直线;

B B J 曲线和B 0直线的纵坐标相加即磁场的B -H 磁化曲线。

O

H

B B 0

B J B ?

a ?

b 磁化曲线

磁性物质由于磁化所产生的磁化磁场不会随着外磁场的增强而无限的增强。当外磁场增大到一定程度时,磁性物质的全部磁畴的磁场方向都转向与外部磁场方向一致,磁化磁场的磁感应强度将趋向某一定值。如图。

B -H 磁化曲线的特征:O a 段:B 与H 几乎成正比地增加;ab 段:B 的增加缓慢下来;

b 点以后:B 增加很少,达到饱和。O

H B B 0

B J B ?a ?b

有磁性物质存在时,B 与H 不成正比,磁性物质的磁导率μ不是

常数,随H 而变。

有磁性物质存在时,Φ与I 不成正比。

磁性物质的磁化曲线在磁路计算上极为重要,其为非线性曲线,实际中通过实验得出。

O

H

B,μB μ

磁化曲线B 和μ与H 的关系

3.磁滞性

磁性材料在交变磁场中反复磁化,其B -H 关系曲线是一条回形闭合曲线,称为磁滞回线。磁滞性:磁性材料中磁感应强度B 的变化总是滞后于

外磁场变化的性质。

磁滞回线

O

H

B ??

?

?

B r

H

c

剩磁感应强度B r (剩磁) :

当线圈中电流减小到零(H =0)时,铁心中的磁感应强度。

例如: 永久磁铁的磁性就是由剩磁产生的;自励直流发电机的磁极,为了使电压能建立,也必须具有剩磁。

3. 磁滞性

磁滞回线

O

H

B

??

?

?

B r

H

c

但剩磁也存在着有害的一面,例如,当工件在平面磨床上加工完毕后,由于电磁吸盘有剩磁,还将工件吸住。为此要通入反向去磁电流,去掉剩磁,才能取下工件。矫顽磁力H c :

使B = 0 所需的H 值。磁性物质不同,其磁滞回线和磁化曲线也不同。

几种常见磁性物质的磁化曲线

a 铸铁

b 铸钢

c 硅钢片

O

0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1.0?103

H /(A/m)

H /(A/m)

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 ?103

B /T 1.81.61.41.21.00.80.60.40.2

a

b

a

b c c

按磁性物质的磁性能,磁性材料分为三种类型:(1)软磁材料

具有较小的矫顽磁力,磁滞回线较窄。一般用

来制造电机、电器及变压器等的铁心。常用的有铸铁、硅钢、坡莫合金即铁氧体等。

(2)永磁材料

具有较大的矫顽磁力,磁滞回线较宽。一般用来制造永久磁铁。常用的有碳钢及铁镍铝钴合金等。

(3)矩磁材料

具有较小的矫顽磁力和较大的剩磁,磁滞回线接近矩形,稳定性良好。在计算机和控制系统中用作记忆元件、开关元件和逻辑元件。常用的有镁锰铁氧体等。

6.1.3 磁路的分析方法

磁路的欧姆定律是分析磁路的基本定律

环形线圈如图,其中媒质是均匀的,磁导率为μ,试计算线圈内部的磁通Φ。

解:根据安培环路定律,有

l

S

l Hl NI μΦ

μ===B ?∑=I

l H d 设磁路的平均长度为l ,则有

1. 引例

S

x

Φ

H x

I

N 匝

m

R F

=

Φ式中:F=NI 为磁通势,由其产生磁通;

R m 称为磁阻,表示磁路对磁通的阻碍作用;l 为磁路的平均长度;S 为磁路的截面积。2. 磁路的欧姆定律

若某磁路的磁通为Φ,磁通势为F ,磁阻为R m ,

即有:S

l NI Φμ=此即磁路的欧姆定律。

m R F =

3. 磁路与电路的比较

磁路

磁通势F 磁通Φ

磁阻电路

电动势E 电流密度J

电阻磁感应强度B 电流I

S

l

R μ=m S

l μNI

R F Φm

=

=S l

R γ=

S

l γE R

E

I =

N

I +_

E

I

R

6.2交流铁心线圈电路

6.2.1 电磁关系

ΦΦσ

+

e –+

e σ

+–u N i

u

(Ni)

i Φ

σ

Φ d d t

Φ

N e -=t

ΦN

e σ

σd d -=(磁通势)

主磁通Φ:通过铁心闭合的磁通。漏磁通Φσ:经过空气或其它非导磁媒质闭合的磁通。

t i L σd d -=线圈

铁心

Φσ∝i ,铁心线圈的漏磁电感 常数==i

N ΦL σσΦ与i 不是线性关系。

6.2.2 电压电流关系

根据KVL:

Φ

Φσ

+––+–+

e e σu N

i

e

e Ri u --=σ式中:R 是线圈导线的电阻

L σ是漏磁电感

)

(d d e t

i

L Ri σ-++=当u 是正弦电压时,其它各电压、电流、电动势可视作正弦量,则电压、电流关系的相量式为:

)()(σ

E E I R U -+-+=)(j σ

E I X I

R -++=

磁路和铁心线圈电路

解: U E 4.44 fN m 4.44 fN 4.44 50 1000 9 10 4(Wb) =5X 6.5+(5+6.5) 2 X 0.1=33.65cm 求所需磁通势 412.72 199.08 1424 2036A ⑹励磁电流 I F 型 2.04A N 1000 10-2设铁心是由 D21硅钢片叠制而成,片厚0.5mm,铁心截面A=6.6cm 2 ,磁路平均长度I =66cm,励 磁线圈匝数N=1000匝接,至频率f=50H z , U=220V 的正弦电压。求励磁电流有效值及 相位角(忽略线圈电阻及漏磁通)。 第十章磁路和铁心线圈电路 10-1图示为一直流电磁铁。磁路尺寸单位 为cm,铁心由D21硅钢片叠成,叠装因 数K Fe =0.92,衔铁材料为铸钢。要使电 磁铁空气隙中的磁通为 3X 10 wb 3 。 求:⑴所需磁通势;⑵若线圈匝数 N=1000匝,求线圈的励磁电流。 解:⑴ 将磁路分成铁心、衔铁、气隙三段。 ⑵求各段长度和截面积 11=( 30-6.5)+2(30-3.25)=77cm 12=30-6.5+4 X 2=31.5cm 210=0.1 X 2=0.2cm 2 A=6.5 X 5X 0.92=30cm 2 A ?=8X 5=40cm A=ab+(a+b) 10 ⑷求各段磁路磁场强度 B 0 3 10 3 A 30 104 3 103 A 2 40 104 3 10 3 求各段磁路磁感应强度 B i B 2 0.75T H 1 H 2 H 。 536A/m 632A/m 0.8 106B 0 0.8 1 06 0.89 33.65 10 4 0.89T 6 0.71 10 A/m NI H 1I 1 H 』2 H °l ° 536 0.77 6 632 0.315 0.71 10 0.002

磁路与铁心线圈电路课后习题

第6章 磁路与铁心线圈电路 62、某单相变压器如图所示,两个原绕组的额定电压均为110V ,副绕组额定电压为,若电源电压为220V ,则应将原绕组的( a )端相连接,其余两端接电源。 (a)2和3; (b)1和3; (c)2和4。 63、变压器的铁损耗包含( b ),它们与电源的电压和频率有关。 (a)磁滞损耗和磁阻损耗 ; (b)磁滞损耗和涡流损耗; (c)涡流损耗和磁化饱和损耗。 64、变压器的铜损耗与负载的关系是( a )。 (a)与负载电流的平方成正比例; (b)与负载电流成正比例; (c)与负载无关。 65、变压器副边的额定电压是指当原绕组接额定电压时副绕组( b )。 (a)满载时的端电压; (b)开路时的端电压; (c)满载和空载时端电压的平均值。 66、一个R L =8的负载,经理想变压器接到信号源上,信号源的内阻R 0=800,变压器原绕组的匝数N 1=1000,若要通过阻抗匹配使负载得到最大功率,则变压器副绕组的匝数N 2应为( a )。 (a)100; (b)1000; (c)500。 67、一个负载R L 经理想变压器接到信号源上,已知信号源的内阻R 0=800,变压器的变比K=10。若该负载折算到原边的阻值R L 正好与R 0达到阻抗匹配,则可知负载R L 为 ( c )。 (a)80 ; (b); (c)8。 68、一个信号源的电压U S =40V ,内阻R 0=200,通过理想变压器接R L =8 的负载。为使负载电阻换算到原边的阻值'=R L 200 Ω,以达到阻抗匹配,则变压器的变比K 应为( c )。 (a)25; (b)10; (c)5。 69、某理想变压器的变比K=10,其副边负载的电阻R L =8 。若将此负载 电阻折算到原边,其阻值'R L 为( b )。 (a)80; (b)800; (c)。 70、输出变压器原边匝数为N 1,副边绕组有匝数为N 2和N 3的两个抽头。将16的负载接N 2抽头,或将4的负载接N 3抽头,它们换算到原边的阻抗相等,均能达到阻抗匹配,则N 2:N 3应为( c )。 (a)4:1; (b)1:1; (c)2:1。

第6章 磁路与铁心线圈电路 课后习题

第6章 磁路与铁心线圈电路 62、某单相变压器如图所示,两个原绕组的额定电压均为110V ,副绕组额定电压为,若电源电压为220V ,则应将原绕组的( a )端相连接,其余两端接电源。 (a)2和3; (b)1和3; (c)2和4。 63、变压器的铁损耗包含( b ),它们与电源的电压和频率有关。 (a)磁滞损耗和磁阻损耗 ; (b)磁滞损耗和涡流损耗; (c)涡流损耗和磁化饱和损耗。 64、变压器的铜损耗与负载的关系是( a )。 (a)与负载电流的平方成正比例; (b)与负载电流成正比例; ] (c)与负载无关。 65、变压器副边的额定电压是指当原绕组接额定电压时副绕组( b )。 (a)满载时的端电压; (b)开路时的端电压; (c)满载和空载时端电压的平均值。 66、一个R L =8的负载,经理想变压器接到信号源上,信号源的内阻R 0=800,变压器原绕组的匝数N 1=1000,若要通过阻抗匹配使负载得到最大功率,则变压器副绕组的匝数N 2应为( a )。 (a)100; (b)1000; (c)500。 67、一个负载R L 经理想变压器接到信号源上,已知信号源的内阻R 0=800,变压器的变比K=10。若该负载折算到原边的阻值R L 正好与R 0达到阻抗匹配,则可知负载R L 为 ( c )。 (a)80 ; (b); (c)8。 68、一个信号源的电压U S =40V ,内阻R 0=200,通过理想变压器接R L =8 的负载。为使负载电阻换算到原边的阻值'=R L 200 Ω,以达到阻抗匹配,则变压器的变比K 应为( c )。 (a)25; (b)10; (c)5。 ) 69、某理想变压器的变比K=10,其副边负载的电阻R L =8 。若将此负载电阻折算到原边,其阻值'R L 为( b )。 (a)80; (b)800; (c)。 70、输出变压器原边匝数为N 1,副边绕组有匝数为N 2和N 3的两个抽头。将16的负载接N 2抽头,或将4的负载接N 3抽头,它们换算到原边的阻抗相等,均能达到阻抗匹配,则N 2:N 3应为( c )。 (a)4:1; (b)1:1; (c)2:1。

电工基础——磁路与铁心线圈

第八章 磁路与铁心线圈 §8—1 铁磁物质的磁化 一、填空题 1.磁化。 2.磁感应强度、磁场强度 3.软磁、硬磁和矩磁。 4.磁滞损耗。 二、选择题 1.d)磁饱和性 2.a)软磁材料、c)矩磁材料、b)硬磁材料 3 a)成正比. 4.c)基本磁化曲线 三、判断题 1. (×) 2. (√) 3. (×) 4. (×) §8—2磁路定律 一、填空题 1. 用较小的励磁电流获得较大的磁通。 2. 连在接点间的分支磁路。 3.磁阻。 二、选择题 1.b)(HL=NI ) 2.b)(F=NI ) 3.d))(A L R M μ= 三、判断题 1.(√) 2.(×) 3.(√) 4.(√) 四、分析与计算 1. 已知一环形螺管线圈的横截面积S=20cm 2,r=15cm,真空中磁导率μ0=π4×10-7H/m 。如 图8-1所示。 (1) 4.69×105(1/H ) (2) 0.469A (3) 0.47cm 2.有一闭合直流铁心的线圈,铁心截面均匀,并且没有饱和。试分析。

(1)在直流电源劢磁下,铁心面积加倍,线圈电阻及匝数来变,电流电压不变时,铁心中的磁感应强度、线圈中的电流怎样变化? (2)在直流电源励磁下,铁心面积不变,线圈匝数加倍,线圈电阻,电源电压不变,铁心中的磁感应强度、线圈中的电流怎么变化? §8—3 怛定磁通磁路的计算 一、填空题 1.怛定磁能磁路是指磁通不随时间变化而为定值的磁路。 2.已知磁通求磁通势。 3.磁路中心线。 二、选择题 1.a)小于 2.在电磁铁磁路中,当磁路的长度,截面积不变时,要想减小励磁电流,则应选a)磁导率高铁磁材料并尽可能减少不必要的d)铁心长度。 三、判断题 1.磁路中的磁场强度可由ΣU m=ΣF求得。(√) 2.磁路中的磁感应强度一般由H=B/μr求得。(×) 四、分析与计算 如图8-2所示,若气隙长度为0.008m,铁心部分的平均长度为0.392m,铁心材料为铸钢,要求在铁心中产生4.2×10-4Wb,的磁通,试计算磁路所需的总磁通势,以及各段磁路的磁位差占总磁通势的百分比。 4636.8A。3.38%。96.62%。 §8—4 交流铁心线圈·磁化电流 一、填空题 1.频率和匝数。 2.不计线圈电阻,漏磁通影响时,线圈电压与电源频率成正比,与线圈匝数成正比,与主磁通最大值成正比。 3.指铁心中产生磁通所必须供给线圈的无功电流分量。 4.平顶波,尖顶波。 5.正弦电流激励下的铁心线圈其电压与电流有关。 二、选择题 1.交流铁心线圈的主磁电感受量是一b) 可变量值,主磁通在线圈中引起的感应电动势e按 d) 计算。 a)不变b) 可变c) e=-L×di/dt d) e=-N×dΦ/dt 2.在交流铁心线圈电路中,我加电压约等于a)主磁咸应电动势。 a)主磁咸应电动势b) 漏磁感应电动势c) 线圈内阻压降d) L×di/dt

相关文档