1.4 铁心线圈电路（课件）-《电机与拖动基础》同步精品课堂（高等教育出版社）

电机与拖动基础 同步精品课堂（中职专业课） 1.4 铁心线圈电路 1 知识目标 熟悉和掌握直流铁心线圈电路、交流铁心线圈电路的主要内容。 能力目标 对学会对漏磁路的等效电路参数、主磁路的等效电路参数以及电动势平衡方程式等内容进行掌握。 情感目标 培养学生利用电机拖动技术解决实际工程问题的能力。 三维目标 情境引入 什么是铁心线圈电路？ 思考 铁心线圈电路根据通入电流的不同，可以分为直流铁心线圈电路和交流铁 心线圈电路两类，如图所示。 情境引入 什么是铁心线圈电路？ 思考 由于铁心的磁导率比空气等非磁性物质的 磁导率大得多，电流通过线圈时所产生的磁通可以分为两部分： 一是大部分经铁 心而闭合的磁通称为主磁通，记为φ,相应的磁路称为主磁路；二是小部分经空 气等非磁性物质而闭合的磁通称为漏磁通，记为φ。,相应的磁路称为漏磁路。 情境引入 什么是铁心线圈电路？ 思考 以下从电路和磁路两方面，分别对直流和交流两类铁心线圈电路进行分析。 新知学习 一 、直流铁心线圈电路 当铁心线圈中通入恒定直流电流1时，将产生不随时间 变化的恒定磁场，该磁场不会在线圈中产生感应电动势。因此，在直流电路中 线圈的电感相当于短路，线圈的直流电流I 只与线圈的直流电压 U 和电阻 R 有关。根据直流电路的欧姆定律，有 新知学习 一 、直流铁心线圈电路 此时，线圈消耗的功率只有线圈电阻消耗的功率，即 P=UI=RI² 新知学习 二 、交流铁心线圈电路 在分析交流铁心线圈电路时，若涉及电路和磁路的问题，对电路问题仍采用 原电路的分析方法，而对磁路相关的问题则通常将其转换为电路问题，用等效电 路来分析磁路的工作情况，最后统一按照电路理论进行计算。 如图所示，当铁心线圈两端加上交流电压u 时，线圈中将产生交流 电流i, 并产生交变的磁通。其中，绝大部分是主磁通φ,很小部分是漏磁通①。 1. 电磁关系 新知学习 二 、交流铁心线圈电路 在分析交流铁心线圈电路时，若涉及电路和磁路的问题，对电路问题仍采用 原电路的分析方法，而对磁路相关的问题则通常将其转换为电路问题，用等效电 路来分析磁路的工作情况，最后统一按照电路理论进行计算。 在交流电路中，将交流电源所提供的总功率称为视在功率，通常用S 表示，单位为V·A (伏安)或 kV·A (千伏安),用来表示变压器等交流电源设备的容量。视在功率的大小等于交流电路中电压有效值与电流有效值的乘积，即 S=UI 2.功率关系 新知学习 二 、交流铁心线圈电路 在分析交流铁心线圈电路时，若涉及电路和磁路的问题，对电路问题仍采用 原电路的分析方法，而对磁路相关的问题则通常将其转换为电路问题，用等效电 路来分析磁路的工作情况，最后统一按照电路理论进行计算。 电感或电容元件与交流电源周期性往复交换的功率称为无功功率，通常用Q 表示，单位是var(乏[尔])或 kvar(千乏[尔])。实际消耗或输出的不可逆转换的功率称为有功功率(如转换为热能、光能或机械能的功率),通常用P 表示，单位为W(瓦[特])或kW(千瓦[特])。 2.功率关系 新知学习 二 、交流铁心线圈电路 在分析交流铁心线圈电路时，若涉及电路和磁路的问题，对电路问题仍采用 原电路的分析方法，而对磁路相关的问题则通常将其转换为电路问题，用等效电 路来分析磁路的工作情况，最后统一按照电路理论进行计算。 视在功率 S、无功功率 Q、有功功率P 三者之间的数值关系，恰好相当于直角三角形的三边关系，S 相当于斜边，P 和 Q 相当于两条直角边，相应的三角形称为功率三角形，如图所示。其中， 称为功率因数角，λ=cos φ 称为功率因数。 2.功率关系 新知学习 二 、交流铁心线圈电路 在分析交流铁心线圈电路时，若涉及电路和磁路的问题，对电路问题仍采用 原电路的分析方法，而对磁路相关的问题则通常将其转换为电路问题，用等效电 路来分析磁路的工作情况，最后统一按照电路理论进行计算。 (1)漏磁路的等效电路参数 由于漏磁通经过的路径主要是变压器油或空气等非磁性物质，其磁导率接近于μ₀,故漏磁路的磁阻可近似认为是常数，不受磁路饱和的影响，相应的磁路为线性磁路。 3. 磁路等效 新知学习 二 、交流铁心线圈电路 在分析交流铁心线圈电路时，若涉及电路和磁路的问题，对电路问题仍采用 原电路的分析方法，而对磁路相关的问题则通常将其转换为电路问题，用等效电 路来分析磁路的工作情况，最后统一按照电路理论进行计算。 (2)主磁路的等效电路参数 由于主磁通集中在铁心中，而铁心的磁导率不是常数，故相应的磁路为非线 性磁路，与主磁通对应的磁阻和线圈电感也不是常数。因此，不能用分析e。的 方式来分析主磁通所产生的感应电动势 e, 但可以直接利用电磁感应定律来 分析。 3. 磁路等效 新知学习 二 、交流铁心线圈电路 在分析交流铁心线圈电路时，若涉及电路和磁路的问题，对电路问题仍采用 原电路的分析方法，而对磁路相关的问题则通常将其转换为电路问题，用等效电 路来分析磁路的工作情况，最后统一按照电路理论进行计算。 (2)主磁路的等效电路参数 若外加电压按正弦规律变化，则可认为磁通和感应电动势也按正弦规律变 化。设主磁通为φ=φsin ot,根据电磁感应定律有 3. 磁路等效 新知学习 二 、交流铁心线圈电路 在分析交流铁心线圈电路时，若涉及电路和磁路的问题，对电路问题仍采用 原电路的分析方法，而对磁路相关的问题则通常将其转换为电路问题，用等效电 路来分析磁路的工作情况，最后统一按照电路理论进行计算。 可见，感应电动势 e 滞后于主磁通φ90°,二者的相位关系如图所示。 3. 磁路等效 新知学习 二 、交流铁心线圈电路 在分析交流铁心线圈电路时，若涉及电路和磁路的问题，对电路问题仍采用 原电路的分析方法，而对磁路相关的问题则通常将其转换为电路问题，用等效电 路来分析磁路的工作情况，最后统一按照电路理论进行计算。 可见，感应电动势 e 滞后于主磁通φ90°,二者的相位关系如图所示。 3. 磁路等效 新知学习 二 、交流铁心线圈电路 (3)等效电路 获得漏磁路和主磁路的等效电路参数后，可得交流铁心线圈电路的等效电路，如图所示。 3. 磁路等效 新知学习 二 、交流铁心线圈电路 图中，X。表示主磁通电感所形成的电抗，X 表示漏磁通电感所形成的电抗。电流 I 通过R 和 R。所消耗的功率为交流铁心线圈电路的有功功率，分别对应有功功率中的铜损耗 Pc 和铁损耗 P, 即 3. 磁路等效 新知学习 二 、交流铁心线圈电路 产生主磁通的电流称为励磁电流，用I。表示。由于 R<R。、 X<X₀,所以可认为交流铁心线圈电路中的电流基本上就是励磁电流，即I₀≈I。 3. 磁路等效 新知学习 二 、交流铁心线圈电路 根据图1-21 设定的参考方向，利用基尔霍夫电压定律，有 用相量形式表示，有 4. 电动势平衡方程式 新知学习 二 、交流铁心线圈电路 可得交流铁心线圈电路的电动势平衡方程式为 式中：Z 为线圈的漏阻抗，有 则交流铁心线圈电路的电动势平衡方程式可改 写为 4. 电动势平衡方程式 课堂练习 填空题 1、由于主磁通集中在铁心中，而铁心的磁导率不是常数，故相应的磁路为非线 性磁路，与主磁通对应的磁阻和线圈电感也不是常数。 2、若外加电压按正弦规律变化，则可认为磁通和感应电动势也按正弦规律变化。 3、由于漏磁通经过的路径主要是变压器油或空气等非磁性物质，其磁导率接 近于μ₀,故漏磁路的磁阻可近似认为是常数，不受磁路饱和的影响，相应的磁路 为线性磁路。 课堂小结 小结 直流铁心线圈电路 1 交流铁心线圈电路 2 课堂小结 1. 简述交流铁心线圈电路？ 2. 简述电磁关系？ 3. 简述功率关系？ 作业布置 感谢观看 $$