电机电器及其控制.ppt

磁路分析
直流磁路 交流磁路
(12-14)
一. 直流磁路的分析
直流磁路的特点:
I U R
（R 为线圈的电阻）Φ
U一定 I 一定
I
（线圈中没有反电动势） U
磁动势 F=IN 一定
磁通和磁阻成反比(Φ F Rm )
直流磁路和电路中的恒压源类似
直流磁路中
直流电路中
F Rm
F 固定
随 Rm 变化
I ER
空载运行 ：原边接入电源，副边开路。
接上交流电源 u1
原边电流 i1等
i1 Φ
于励 磁电流 i10 u1 e1
i10 产生磁通
（交变）
产生感应电动势
N1
N2
e1
N1
dΦ
dt
e2
N2
dΦ
dt
（ e、 方向符合右手定则）
e2
(12-25)
原、副边电压关系（变电压）
u
IN Φ Rm
电磁铁吸合前(气隙大） Rm 大 启动电流大
电磁铁吸合后(气隙小） Rm 小 电流小
注意：
如果气隙中有异物卡住，电磁铁长时间吸不上，线 圈中的电流一直很大，将会导致过热，把线圈烧坏。
(12-19)
磁路小结
直流磁路
I U R
(U不变，I不变）
交流磁路
Φ m
U .44
fN
（ U不变时，
0 4 10－7 （亨/米）
一般材料的磁导率 和真空中的磁导率之比，
称为这种材料的相对磁导率 r
r
0
r 1 ，则称为磁性材料
r 1 ，则称为非磁性材料
(12-5)
磁性材料的磁性能：
B () 大 小
H (I) 1. 非线性
B
H 2. 磁饱和性
B H
3. 磁滞性
根据磁性能，磁性材料又可分为三种：软磁材料 （磁滞回线窄长。常用做磁头、磁心等）、永磁材料 （磁滞回线宽。常用做永久磁铁）、矩磁材料（滞回
Φ m
基本不变）
Φ IN
Rm
（Φ 随Rm变化）
IN
ΦR m
( I 随 Rm 变化）
(12-20)
12.1.5 变压器的工作原理
变压器功能： 变电压：电力系统 变电流：电流互感器 变阻抗：电子电路中的阻抗匹配 （如喇叭的输出变压器）
(12-21)
变压器应用举例
发电厂 1.05万伏
升压
输电线 22万伏
Hdl I
I2 I1
电流方向和磁场强度的方向 符合右手定则，电流取正； 否则取负。
I3
H
(12-8)
在无分支的均匀磁路（磁路的材料和截面积相同， 各处的磁场强度相等）中，安培环路定律可写成：
NI HL
NI：称为磁动势。一般
用 F 表示。 F=NI HL：称为磁压降。
线圈 匝数N
I
磁路 长度L
S
N
L
磁路中的 欧姆定律
注：由于磁性材料 是非线性的，磁路欧姆定律多用作定性
分析，不做定量计算。
(12-11)
磁路和电路的比较（一）
磁I
路
N
磁动势 磁通 磁压降
F IN Φ HL
I
电
+
电动势 电流 电压降
路
E UR
_
E
I
U
(12-12)
磁路与电路的比较 (二)
磁路
I
N
电路 +I _E R
基本定律
降压
变电站 1万伏
降压
…
实验室
仪器
380 / 220伏
36伏
降压
降压
(12-22)
一. 结构：
i1 Φ
u1
铁芯
i2
u2 RL
原边 绕组
副边 绕组
单相变压器
(12-23)
i1
Φ
u1
i2
u2 RL
变压器符号：
i1 Φ i2
u1
u2 RL
工作过程：
u1 i1Φ
u2 i2
(12-24)
二. 工作原理
(12-9)
在非均匀磁路（磁路的材料或截面积不同，或磁场
强度不等）中，总磁动势等于各段磁压降之和。
NI HL
总磁动势
I
例：
N
l0
NI HI H0l0
l
(12-10)
二. 磁路的欧姆律：
对于均匀磁路
NI HL B L L I S
令：
Rm
l
s
Rm 称为磁阻
则： F NI L Rmφ S
dt
假设
Φ m
s in t
则 u NΦm cost 2 fNΦm cos t
最大值
Um
2
fN
Φ m
有效值
U
Um 2
4.44
fN
Φ m
(12-17)
i
Φ U 4.44 f Nm
交流磁路的特点:
Φ
u
eL
e
当外加电压U、频率 f 与
线圈匝数N一定时，Φm 便
确定下来。根据磁路欧姆
定律
IN
Φ
Rm
，当Φ m
线接近矩形。可用做记忆元件）。 (12-6)
三、磁场强度 H
磁场强度是计算磁场所用的物理量，其大小为磁 感应强度和导磁率之比。
HB
单位： B ：特斯拉
：亨/米
H ：安/米
(12-7)
12.1.3 磁路的基本定律
一. 安培环路定律（全电流律）：
磁场中任何闭合回路磁场强度的线积分,等于 通过这个闭合路径内电流的代数和.
铁心
线圈
（导磁性能好
的磁性材料）
磁路：主磁通所经过的闭合路径。
(12-3)
12.1.2 磁路计算中的基本物理量 一、磁感应强度（磁通密度）
与磁场方向相垂直的单位面积上通过的磁通（磁 力线）
B S
B 的单位：特斯拉（Tesla）
1 Tesla = 104 高斯
单位：韦伯
(12-4)
二、磁导率 ：表征各种材料导磁能力的物理量 真空中的磁导率( 0 )为常数
一定时磁动势IN随磁阻 Rm 的变化而变化。
交流磁路和电路中的恒流源类似
Φ 直流磁路中： F Φ Rm
固定 F随 Rm 变化
直流电路中： U IS R
IS固定
U R 随 变化(12-18)
交流磁路中磁阻 Rm 对电流的影响
电磁铁吸合过程的分析：
Φ
在吸合过程中若外加电压
i
不变, 则 Φ 基本不变。
磁阻
磁感应 强度
安培环路 定律
F Rm
Rm
l
S
Φ
B S
NI HL
0
欧姆定律 电阻
IE R
R l
S
克氏 电流 电压定律 强度
JI S
E U
克氏 电流定律
I
0
(12-13)
12.1.4 磁路的分析
励磁电流：在磁路中用来产生磁通的电流
励磁电流
直流 ------- 直流磁路 交流 ------- 交流磁路
第十二章 电机电器及其控制
(12-1)
第十二章 电机电器及其控制
§12.1 磁路与变压器 §12.2 三相异步电动机 §12.3 三相异步电动机的控制
(12-2)
§12.1 磁路与变压器
12.1.1. 磁路的基本概念
线圈通入电流后，产
生磁通，分主磁通和漏
i
u1
s
磁通。
：主磁通
u2
s ：漏磁通
E 固定 I R 随 变化
(12-15)
二. 交流磁路的分析
交流激励
i
Φ
Φ
u
eL
e
线圈中产生感应电势 电路方程：
Φ的感和Φ应电产势生
u uR (el ) (e )
Ri N dΦ
dt
u 一般情况下 R 很小
Φ ：主磁通
Φ ：漏磁通
u N dΦ
dt
(12-16)
i
Φ
Φ
u
eL
e
u N dΦ