交流铁芯线圈及等效电路(PPT课件)

第9章磁路与铁芯线圈9.1铁磁性物质9.2磁路与磁路定律9.3简单直流磁路的计算9.4交流铁芯线圈及等效电路9.5电磁铁第9章磁路与铁芯线圈第9章磁路与铁芯线圈9.1铁磁性物质第9章磁路与铁芯线圈目的与要求掌握铁磁性物质及其分类第9章磁路与铁芯线圈重点与难点重点:磁化曲线难点:磁化曲线第9章磁路与铁芯线圈磁化:铁磁物质会在外加磁场的作用下,产生一个与外磁场同方向的附加磁场,这种现象叫做磁化。(a)(b)(c)图9.1铁磁性物质的磁化9.1.1铁磁性物质的磁化第9章磁路与铁芯线圈磁化曲线:铁磁性物质的磁感应强度B与外磁场的磁场强度H之间的关系曲线,所以又叫B-H曲线。A＋－SIUsRwS11′2′2NL图9.2B-H曲线测量电路9.1.2第9章磁路与铁芯线圈BQRP00Hmax(a)(b)H图9.3起始磁化曲线9.1.2磁化曲线（二）第9章磁路与铁芯线圈(1)OP段(2)PQ段（3）QR段（4）R点以后9.1.2磁化曲线（三）1.起始磁化曲线第9章磁路与铁芯线圈BHBHBmBrbfHm－BmecO－Hm－HcdOHm1Hm2Hm3aBm1Bm2Bm3(a)(b)图9.4交变磁化(磁滞回线)9.1.2磁化曲线（四）2.磁滞回线第9章磁路与铁芯线圈软磁硬磁BOH图9.5软磁和硬磁材料的磁滞回线9.1.3铁磁性物质的分类（一）第9章磁路与铁芯线圈0.1cbac硅钢片b铸钢a铸铁00.20.30.40.50.60.70.80.91.0×10312345678910×103H/A·m－1B/T0.20.40.60.81.01.21.41.61.8H/A·m－1图9.6几种常用铁磁材料的基本磁化曲线9.1.3铁磁性物质的分类（二）第9章磁路与铁芯线圈教学方法联系实际讲解本节第9章磁路与铁芯线圈思考题1、铁磁性物质为什么会有高的导磁性能？2、制造电喇叭时要用到永久磁铁，制造变压器时要用到铁心，试说明它们在铁磁性材料时有何不同？3、什么是基本磁化曲线？什么是起始磁化曲线？4、铁磁性材料的μ不是常数，μ的最大值处在起始磁化曲线的哪个部位？第9章磁路与铁芯线圈9.2磁路和磁路定律第9章磁路与铁芯线圈目的与要求掌握磁路基尔霍夫定律，磁路欧姆定律第9章磁路与铁芯线圈重点与难点重点:磁路基尔霍夫定律，磁路欧姆定律难点:磁路基尔霍夫定律，磁路欧姆定律第9章磁路与铁芯线圈NNSSUI(a)(b)图9.7直流电机和单相变压器磁路9.2.1磁路（一）第9章磁路与铁芯线圈I漏磁通边缘效应主磁通图9.8主磁通、漏磁通和边缘效应9.2.1磁路（二）第9章磁路与铁芯线圈003219.2.2磁路定律（一）1.磁路的基尔霍夫第一定律第9章磁路与铁芯线圈I1D123ABCN1N2l1l2l1l3″l3′l1′″l0I2图9.9磁路示意图9.2.2磁路定律（二）第9章磁路与铁芯线圈22112211'1'111)()(NINIlHlHlHlHINHl对于如图9.9所示的ABCDA回路,可以得出mmFU9.2.2磁路定律（三）2.磁路的基尔霍夫第二定律第9章磁路与铁芯线圈mmmRUSlUSlHlHS9.2.3磁路的欧姆定律第9章磁路与铁芯线圈教学方法用比较的方法讲解本节第9章磁路与铁芯线圈思考题1、已知线圈电感L=Ψ/I=NΦ/I，试用磁路欧姆定律证明L=N2μS/l,并说明如果线圈大小、形状和匝数相同时，有铁心线圈和无铁心线圈的电感哪个大？2、为什么空心线圈的电感是常数，而铁心线圈的电感不是常数？铁心线圈在未达到饱和与达到饱和时，哪个电感大？第9章磁路与铁芯线圈9.3简单直流磁路的计算第9章磁路与铁芯线圈目的与要求掌握恒定磁通磁路的计算第9章磁路与铁芯线圈重点与难点重点:恒定磁通磁路的计算难点:恒定磁通磁路的计算第9章磁路与铁芯线圈第一种是先给定磁通,再按照给定的磁通及磁路尺寸、材料求出磁通势,即已知Φ求NI;另一种是给定NI,求各处磁通,即已知NI求Φ。本节只讨论第一种情况。在计算时一般应按下列步骤进行:(1)按照磁路的材料和截面不同进行分段,把材料和截面相同的算作一段。(2)根据磁路尺寸计算出各段截面积S和平均长度l。9.3简单直流磁路的计算（一）第9章磁路与铁芯线圈rrrSbaabbaSba22)2()())((abr(a)(b)图9.11(a)矩形截面；(b)圆形截面9.3简单直流磁路的计算（二）第9章磁路与铁芯线圈(3)由已知磁通Φ,算出各段磁路的磁感应强度B=Φ/S。(4)根据每一段的磁感应强度求磁场强度,对于铁磁材料可查基本磁化曲线(如图9.6所示)。对于空气隙可用以下公式:)/(108)/(108.0104030670000cmABmABBBH9.3简单直流磁路的计算（三）第9章磁路与铁芯线圈9.3简单直流磁路的计算（四）(5)根据每一段的磁场强度和平均长度求出H1l1,H2l2……。(6)根据基尔霍夫磁路第二定律,求出所需的磁通势。2211lHlHNI第9章磁路与铁芯线圈已知磁路如图9.12所示,上段材料为硅钢片,下段材料是铸钢,求在该磁路中获得磁通Φ=2.0×10-3Wb时,所需要的磁动势？若线圈的匝数为1000匝,求激磁电流应为多大？解(1)按照截面和材料不同,将磁路分为三段l1,l2,l3。例9.1（一）第9章磁路与铁芯线圈例9.1（二）2233222222112.3232202)5060(50604.04224242007060292903522035303000605077770275220275cmmmScmmmlcmmmScmmmlcmmmScmmml(2)按已知磁路尺寸求出:第9章磁路与铁芯线圈Il1l22705017050321l6031070硅钢铸钢图9.12例9.1图例9.1（三）第9章磁路与铁芯线圈(3)各段磁感应强度为TcmWbSBTcmWbSBTcmWbSB621.0/10621.02.32100.2476.0/10476.042100.2667.0/667.030100.224333243222311例9.1（四）第9章磁路与铁芯线圈(4)由图9.6所示硅钢片和铸钢的基本磁化曲线得cmABHcmAHcmAH/4942104621.0/5.1/4.1703321空气中的磁场强度为例9.1（五）第9章磁路与铁芯线圈（5）每段的磁位差为AlHAlHAlH8.19764.049425.43295.18.107774.1332211（6）所需的磁通势为AlHlHlHNI1.21288.19765.438.107332211激磁电流为ANNII1.210001.2128例9.1（六）第9章磁路与铁芯线圈教学方法用比较法第9章磁路与铁芯线圈思考题l2l5l1l3l41、有两个相同材料的芯子（磁路无气隙），所绕的线圈匝数相同，通以相同的电流，磁路的平均长度l1=l2，截面S1﹤S2，试用磁路的基尔霍夫定律分析B1与B2、Φ1与Φ2的大小。2、一磁路如图9.13所示，图中各段截面积不同，试列出磁通势和磁位差平衡方程式。图9.13思考题2图第9章磁路与铁芯线圈9.4交流铁芯线圈及等效电路第9章磁路与铁芯线圈目的与要求理解交流铁芯线圈及其等效电路第9章磁路与铁芯线圈重点与难点重点:交流铁芯线圈及其等效电路难点:交流铁芯线圈的等效电路第9章磁路与铁芯线圈iuEN图9.14交流铁芯线圈各电磁量参考方向9.4.1电压、电流和磁通（一）1.电压为正弦量第9章磁路与铁芯线圈mmmmmfNfNNEUtNtdtNdttdNtetudttdNdttdtetu44.4222)2sin()sin(1)()()()()()()(设Φ(t)=Φmsinωt,则有9.4.1电压、电流和磁通（二）第9章磁路与铁芯线圈iOOSBlNiH图9.15B-H曲线与Φ-i曲线9.4.1电压、电流和磁通（三）第9章磁路与铁芯线圈iti000t图9.16电流i的波形的求法9.4.1电压、电流和磁通（四）第9章磁路与铁芯线圈044.40mmmmmIIfNjEUEUmImE.图9.17电压、电流相量图9.4.1电压、电流和磁通（五）第9章磁路与铁芯线圈设线圈电流为tItimsin)(000tii图9.18i为正弦量时Φ的波形9.4.1电压、电流和磁通（六）2.电流为正弦量第9章磁路与铁芯线圈铁芯的磁滞损耗PZ和涡流损耗PW可分别由下式计算:)()(22WVBfKPWVfBKPmWWnmZZWZFePPP9.4.2磁滞和涡流的影响第9章磁路与铁芯线圈UIaImIG0jB0图9.19考虑磁饱和、磁滞、涡流影响的等效电路9.4.3交流铁芯线圈的等效电路（一）1.不考虑线圈电阻及漏磁通的情况第9章磁路与铁芯线圈EUmIEm.IaIUIjX0R0图9.20图9.19的相量图图9.21串联等效模型mmaIIIUjBIUGI000,,9.4.3交流铁芯线圈的等效电路（二）第9章磁路与铁芯线圈将一个匝数N=100的铁芯线圈接到电压Us=220V的工频正弦电源上,测得线圈的电流I=4A,功率P=100W。不计线圈电阻及漏磁通,试求铁芯线圈的主磁通Φm,串联电路模型的Z0,并联电路模型的Y0。例9.2（一）第9章磁路与铁芯线圈例9.2（二）SjZjBGYjUIPIUjXRZWbfNUsm33000000031006.1810065.248.8301818.048.83551164.54245.648.83554220100arccos4220arccos1091.91005044.422044.4解由Us=4.44fNΦm得第9章磁路与铁芯线圈ssmamssssCuFeFeLXIIfNjEUIjXIRdtdNdtdiLRiuiLPPRIPPIUU44.4''29.4.3交流铁芯线圈的等效电路（三）2.考虑线圈电阻及漏磁通第9章磁路与铁芯线圈在例9.2中,如考虑线圈电阻为1Ω,漏磁电抗Xs=2Ω,试求主磁通产生的感应电动势E及磁化电流Im。UEUaIEImIm.IRIXsj′IRjXsaIjB0mIUU′IRjXsjX0UU′R0(a)(b)(c)G0图9.22(a)矢量图；(b)并联模型；(c)串联模型例9.3（一）第9章磁路与铁芯线圈解原来不计R、Xs,励磁阻抗为Z0=6.245+j54.64Ω,按图9.22(c),计入R=1Ω,Xs=2Ω后的励磁阻抗为'0'0'0jXRZ31.849.5964.52245.5)264.54()1245.6(64.54245.6)()('0'0'0'0'0jjjXRZjXXjRRs例9.3（二）第9章磁路与铁芯线圈AIEBIBSjZjBGYmm98.36.2111081.18,81.1810)81.18(10874.131.849.52113'0'033'0'0'0'0得代入将EBIVIZEm'0'06.21149.52例9.3（三）第9章磁路与铁芯线圈0UU(I)Le(I)IUNLeIN图9.23交流铁芯线圈的伏安关系LULe9.4.4伏安特性和等效电感第9章磁路与铁芯线圈教学方法第9章磁路与铁芯线圈思考题（一）1、将一个空心线圈先接到直流电源和交流电源上，然后在这个线圈在插入铁心，如果交流电压和直流电压相等，分析这种情