高職《汽車電工電子技術(shù)》PPT電子課件,汽車電工電子技術(shù),高職,汽車,電工,電子技術(shù),PPT,電子,課件 汽車電工電子第4章 磁路及變壓器磁路及變壓器磁路的基本概念變壓器點(diǎn)火線圈的工作原理本章學(xué)習(xí)目標(biāo)1、了解磁路的基本概念和變壓器的結(jié)構(gòu)原理2、掌握三相異步電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)和工作原理變化的電流能夠產(chǎn)生磁場(chǎng)，磁場(chǎng)在一定條件下又能產(chǎn)生電流，二者密不可分，許多電氣設(shè)備的工作原理是基于電磁的相互作用，如變壓器、電機(jī)、電磁鐵、電工測(cè)量?jī)x表以及其他各種鐵磁元件，不僅有電路的問題，同時(shí)還有磁路的問題。與流經(jīng)電路中的電流同理，流經(jīng)磁路的磁通也遵循一定的規(guī)律，如磁路的歐姆定律等。磁路問題是局限于一定路徑內(nèi)的磁場(chǎng)問題，因此磁場(chǎng)的各個(gè)基本物理量也適用于磁路。4.1磁路的基本概念磁路的基本概念1磁感應(yīng)強(qiáng)度B 磁感應(yīng)強(qiáng)度是用來描述磁場(chǎng)內(nèi)某點(diǎn)磁場(chǎng)強(qiáng)弱和方向的物理量，是一個(gè)矢量。它與電流（電流產(chǎn)生磁場(chǎng)）之間的方向關(guān)系滿足右手螺旋定則，其大小可用通電導(dǎo)體在磁場(chǎng)中某點(diǎn)受到的電磁力與導(dǎo)體中的電流和導(dǎo)體的有效長(zhǎng)度的乘積的比值，來表示該點(diǎn)磁場(chǎng)的性質(zhì)，并稱作該點(diǎn)磁感應(yīng)強(qiáng)度B。其數(shù)學(xué)式為：B的單位是特斯拉，簡(jiǎn)稱特（T）；2磁通磁通 磁感應(yīng)強(qiáng)度B（如果不是均勻磁場(chǎng)，則取B的平均值）與垂直于磁場(chǎng)方向的面積S乘積稱為該面積的磁通，即 磁感應(yīng)強(qiáng)度在數(shù)值上可以看成為與磁場(chǎng)方向相垂直的單位面積所通過的磁通，故又稱為磁通密度。在SI制中，磁通量的單位是韋伯，簡(jiǎn)稱韋（Wb）3磁導(dǎo)率磁導(dǎo)率磁導(dǎo)率是表示磁場(chǎng)媒質(zhì)磁性的物理量，也就是用來衡量物質(zhì)導(dǎo)磁能力的物理量。它與磁場(chǎng)強(qiáng)度的乘積就等于磁感應(yīng)強(qiáng)度，即自然界的物質(zhì)，就導(dǎo)磁性能而言，可分為鐵磁物質(zhì)()和非鐵磁物質(zhì)()兩大類。非鐵磁物質(zhì)和空氣的磁導(dǎo)率與真空磁導(dǎo)率很接近，H/m。任意一種物質(zhì)磁導(dǎo)率和真空的磁導(dǎo)率的比值，稱為該物質(zhì)的相對(duì)磁導(dǎo)率 4磁場(chǎng)強(qiáng)度磁場(chǎng)強(qiáng)度H磁場(chǎng)強(qiáng)度是計(jì)算磁場(chǎng)時(shí)所引用的一個(gè)物理量，也是矢量。磁場(chǎng)內(nèi)某點(diǎn)的磁場(chǎng)強(qiáng)度的大小等于該點(diǎn)磁感應(yīng)強(qiáng)度除以該點(diǎn)的磁導(dǎo)率，即 單位是安每米（A/m）磁場(chǎng)強(qiáng)度的大小取決于電流的大小、載流導(dǎo)體的形狀及幾何位置，而與磁介質(zhì)無(wú)關(guān)。4.1.2磁性材料的磁性能磁性材料的磁性能1磁性材料磁性材料主要是指鐵、鎳、鈷及其合金而言。這些磁性材料具有下列磁性能。1）高導(dǎo)磁性磁性材料的磁導(dǎo)率很高，鐵磁物質(zhì)的磁導(dǎo)率比非磁物質(zhì)的要高很多，如硅鋼的相對(duì)磁導(dǎo)率可達(dá)7000之多。這就使它們具有被強(qiáng)烈磁化（呈現(xiàn)磁性）的特性。鐵磁性材料的磁化曲線可否用磁感應(yīng)強(qiáng)度B隨外磁場(chǎng)強(qiáng)度H的變化關(guān)系來表征。OabHB2）磁飽和性 在圖的ab段，磁性物質(zhì)由于磁化所產(chǎn)生的磁化磁場(chǎng)不會(huì)隨著外磁場(chǎng)的增強(qiáng)而無(wú)限地增強(qiáng)。當(dāng)外磁場(chǎng)（或勵(lì)磁電流）增大到一定值時(shí)，全部磁疇的磁場(chǎng)方向都轉(zhuǎn)向與外磁場(chǎng)的方向一致。這時(shí)磁化磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度BJ即達(dá)飽和值。3）磁滯性在鐵心線圈中通入交流電，鐵心被交變的磁場(chǎng)反復(fù)磁化，在電流變化一次時(shí)，磁感應(yīng)強(qiáng)度B隨磁場(chǎng)強(qiáng)度H而變化的關(guān)系如圖，當(dāng)H已減到零值時(shí)，B并未回到零值。這種磁感應(yīng)強(qiáng)度滯后于磁場(chǎng)強(qiáng)度變化的性質(zhì)稱為磁性物質(zhì)的磁滯性，由此畫出的B-H曲線稱為磁滯回線。HcHBOBrHc2磁性物質(zhì)的分類磁性物質(zhì)的分類按磁化特性的不同，鐵磁性材料可以分成三種類型。1）軟磁材料具有較小的矯頑力，磁滯回線較窄。一般用來制造電機(jī)、電器及變壓器等的鐵心。常用的有鑄鐵、硅鋼、坡莫合金及鐵氧體等。鐵氧體在電子技術(shù)中應(yīng)用也很廣泛，可做計(jì)算機(jī)的磁心，磁鼓以及錄音機(jī)的磁帶、磁頭。2）硬磁性材料永磁材料具有較大的矯頑力，磁滯回線較寬。一般用來制造永久磁鐵。常用的有碳鋼、鈷鋼及鐵鎳鋁鈷合金等。3）矩磁材料具有較小的矯頑力和較大的剩磁，磁滯回線接近矩形，穩(wěn)定性也良好。在計(jì)算機(jī)和控制系統(tǒng)中可用作記憶元件、開關(guān)元件和邏輯元件。常用的有鎂錳鐵氧體及1J51型鐵鎳合金。4.1.3磁路基本定律磁路基本定律 在電機(jī)、變壓器及各種鐵磁元件中常用磁性材料做成一定形狀的鐵心。由于鐵心的磁導(dǎo)率比周圍空氣或其他物質(zhì)的磁導(dǎo)率高得多，因此磁通的絕大部分經(jīng)過鐵心而形成一個(gè)閉合通路。這種人為造成的磁通路徑，稱為磁路。1安培環(huán)路定律（全電流定律）在磁路中，沿任意閉合路徑，磁場(chǎng)強(qiáng)度的線積分等于與該閉合路徑交鏈的電流的代數(shù)和。即：若閉合回路上各點(diǎn)的磁場(chǎng)強(qiáng)度相等且其方向與閉合回路的切線方向一致，則：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(hào)，反之取負(fù)號(hào)。2磁路歐姆定律磁路歐姆定律設(shè)一段磁路長(zhǎng)為l，磁路面積為S的環(huán)形線圈，磁力線均勻分布于橫截面上，這時(shí)B、H與之間的關(guān)系為根據(jù)安培環(huán)路定律得磁路的歐姆定律。F=NI:磁動(dòng)勢(shì)，單位為安匝 Rm稱為磁路的磁阻,單位1/H4.2變壓器變壓器變壓器是根據(jù)電磁感應(yīng)原理工作的一種常見的電氣設(shè)備，在電力系統(tǒng)和電子線路中應(yīng)用廣泛。它的基本作用是將一種等級(jí)的交流電變換成另外一種等級(jí)的交流電。4.2.1變壓器的結(jié)構(gòu)原理與功能1變壓器的結(jié)構(gòu)和工作原理（1）鐵心 鐵心構(gòu)成變壓器的磁路，為了減少鐵損，提高磁路的導(dǎo)磁性能，一般由0.350.55mm的表面絕緣的硅鋼片交錯(cuò)疊壓而成。根據(jù)鐵心的結(jié)構(gòu)不同，變壓器可分為心式（小功率）和殼式（容量較大）兩種。（2）繞組即線圈，是變壓器的電路部分，用絕緣導(dǎo)線繞制而成的，有原繞組、副繞組之分。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）。（3）冷卻系統(tǒng)由于鐵心損失而使鐵心發(fā)熱，變壓器要有冷卻系統(tǒng)。小容量變壓器采用自冷式而中大容量的變壓器采用油冷式。2）單相變壓器的工作原理在原繞組上接入交流電壓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。2變壓器的功能變壓器的功能1）電壓變換變壓器原理圖中原繞組電路的基爾霍夫電壓定律方程為 相量表示式為副邊電路的電壓與電動(dòng)勢(shì)的有效值為 原邊電路的電壓與電動(dòng)勢(shì)的有效值為 變壓器空載時(shí)，原、副繞組的電壓之比為：2）電流變換 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)應(yīng)該和空載時(shí)產(chǎn)生主磁通的原繞組的磁動(dòng)勢(shì)差不多相等，所以：由于鐵心的磁導(dǎo)率高，空載電流是很小的，可以忽略，因此 其有效值形式為：所以有：3）阻抗變換 變壓器不但可以變換電壓和電流，還有變換阻抗的作用，以實(shí)現(xiàn)“匹配”。負(fù)載阻抗Z接在變壓器副邊，所謂等效，就是輸入電路的電壓、電流和功率不變。就是說，直接接在電源上的阻抗Z和接在變壓器副邊的負(fù)載阻抗ZL是等效的。副邊等效到原邊的阻抗關(guān)系為：4.2.2變壓器的外特性與效率變壓器的外特性與效率當(dāng)電源電壓U1和副邊所帶負(fù)載的功率因數(shù)cos2為常數(shù)時(shí)，副邊端電壓U2隨負(fù)載電流I2變化的關(guān)系曲線U2=f（I2）稱為變壓器的外特性曲線。通常我們希望電壓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，即。2變壓器的損耗與效率變壓器的損耗與效率 變壓器的損耗包括鐵心中的鐵損PFe和繞組上的銅損PCu兩部分。其中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)載大小無(wú)關(guān)，而銅損則與負(fù)載大小（正比于電流平方）有關(guān)。鐵損即是鐵心的磁滯損耗和渦流損耗；銅損是原、副邊電流在繞組的導(dǎo)線電阻中引起的損耗。變壓器的輸出功P2與輸入功率P1之比的百分?jǐn)?shù)稱為變壓器的效率，用表示。4.2.3特殊變壓器特殊變壓器1自耦變壓器（1）結(jié)構(gòu)特點(diǎn)在閉合的鐵心上只有一個(gè)繞組，它既是原繞組又是副繞組。低壓繞組是高壓繞組的一部分（2）電壓比、電流比U1/U2=N1/N2=K I1/I2=N2/N1=1/K（3）用途 調(diào)節(jié)電爐爐溫，調(diào)節(jié)照明亮度，起動(dòng)交流電動(dòng)機(jī)以及用于實(shí)驗(yàn)和在小儀器中。2儀用互感器儀用互感器儀用互感器是專供電工測(cè)量和自動(dòng)保護(hù)的裝置，使用儀用互感器的目的在于擴(kuò)大測(cè)量表的程。為高壓電路中的控制設(shè)備及保護(hù)設(shè)備提供所需的低電壓或小電流并使它們與高壓電路隔離，以保證安全。1）電壓互感器（1）構(gòu)造 電壓互感器的副邊額定電壓一般設(shè)計(jì)為標(biāo)準(zhǔn)值100V，以便統(tǒng)一電壓表的表頭規(guī)格。（2）電壓比 電壓互感器原、副繞組的電壓比也是其匝數(shù)比：U1/U2=N1/N2=Ku若電壓互感器和電壓表固定配合使用，則從電壓表上可直接讀出高壓線路的電壓值。2）.電流互感器（1）構(gòu)造 電流互感器是用來將大電流變?yōu)樾‰娏鞯奶厥庾儔浩鳎母边咁~定電流一般設(shè)計(jì)為標(biāo)準(zhǔn)值5安，以便統(tǒng)一電流表的表頭規(guī)格。（2）電流比 電流互感器的原、副繞組的電流比仍為匝數(shù)的反比，即：I1/I2=N2/N1=1/Ku 若安培表與專用的電流互感器配套使用，則安培表的刻度就可按大電流電路中的電流值標(biāo)出。