电路与电子技术第5章.ppt
5.1 5.1 磁路的基本结构和工作原理磁路的基本结构和工作原理5.2 5.2 特殊变压器特殊变压器变压器变压器变压器变压器第第 5 章章电工设备中常见的磁路及铁心线圈电工设备中常见的磁路及铁心线圈变压器变压器 铁铁心心+SN电机电机 铁心铁心绕组绕绕组组绕组绕组补充：补充：磁路的基本物理量磁路的基本物理量 1.1.磁感应强度磁感应强度B B(磁通密度磁通密度)：是表示磁场内某：是表示磁场内某点的磁场强弱和方向的物理量。点的磁场强弱和方向的物理量。均匀磁场均匀磁场 磁场内各点的磁场内各点的 B 大小相等，方向相同。大小相等，方向相同。单位：单位：T（特（特斯拉斯拉）方向：方向：与电流之间用与电流之间用右螺旋定则右螺旋定则右螺旋定则右螺旋定则确定。确定。（该点磁场作用于（该点磁场作用于1 1米长、米长、1 1安电流的导体上的力）安电流的导体上的力）2.磁通磁通 等于磁感应强度等于磁感应强度B B与垂直于磁场方向的与垂直于磁场方向的面积面积S S的乘积。的乘积。4.磁场强度磁场强度 H 定义：定义：H=B/3.磁导率磁导率 相对相对磁导率磁导率 r=/0 对于铁对于铁磁材料磁材料 r=102 105单位：单位：A/m (安安/米米)铁铁磁材料广泛应用在变压器、电机、电工仪表等。磁材料广泛应用在变压器、电机、电工仪表等。真空真空磁导率磁导率 0=410 7 H/m （亨亨/米）米）对于均匀磁场对于均匀磁场 =B S -标量标量 单位：单位：Wb （韦（韦伯伯）2.磁通磁通 等于磁感应强度等于磁感应强度B B与垂直于磁场方向的面与垂直于磁场方向的面积积S S的乘积。的乘积。5.5.磁路的欧姆定律磁路的欧姆定律磁路的欧姆定律磁路的欧姆定律磁通势：磁通势：F=NI 单位单位A(安）安）磁路磁阻：磁路磁阻：单位单位H-1(每亨）每亨）磁路欧姆磁路欧姆定律：定律：I NU+铁心磁路铁心磁路 磁路与电路各物理量的对应关系磁路与电路各物理量的对应关系磁通势：磁通势：F 磁路磁路磁路磁路电路电路电路电路电动势：电动势：E 磁通磁通:电流电流:I磁路磁阻：磁路磁阻：电路电阻电路电阻:磁路欧姆定律：磁路欧姆定律：电路欧姆定律：电路欧姆定律：（不是常数）不是常数）F F 00磁通随磁通势变化曲线磁通随磁通势变化曲线磁通随磁通势变化曲线磁通随磁通势变化曲线空心线圈空心线圈铁心线圈铁心线圈 磁饱和磁饱和6.6.交流铁心线圈交流铁心线圈交流铁心线圈交流铁心线圈i u+主磁通主磁通 ee 漏磁通漏磁通 设：设：=msin t1.主主磁通产生的感应电动势磁通产生的感应电动势=N mcos t=Emsin(t-90)感应电动势的有效值：感应电动势的有效值：2.外加电压与电动势及磁通的关系外加电压与电动势及磁通的关系由由KVL：u=iR e e u eR和和 e 很小很小U U E E =4.44 4.44 f Nf N mm 当电源频率和线圈匝数一定时，只要当电源频率和线圈匝数一定时，只要电压电压U不变不变,就要求磁通就要求磁通 mm不能变。不能变。铁心线圈的功率损耗铁心线圈的功率损耗 =铜损铜损+铁损铁损线圈导线电阻产生的损耗线圈导线电阻产生的损耗铜损：铜损：铁损：铁损：（在铁心中产生的感应在铁心中产生的感应 电流而引电流而引起的损耗）起的损耗）磁滞损耗（磁滞损耗（铁心反复磁化时所消耗的功率）铁心反复磁化时所消耗的功率）铁心反复磁化时所消耗的功率）铁心反复磁化时所消耗的功率）涡流损耗涡流损耗 为了减少铁心损耗，变压器、电机等电器设备中为了减少铁心损耗，变压器、电机等电器设备中铁心通常用厚度为铁心通常用厚度为0.35mm或或0.5mm硅钢片叠装而成。硅钢片叠装而成。5.1 变压器的变压器的基本结构和工基本结构和工作原理作原理5.1.1 变压器的基本结构变压器的基本结构5.1.2 变压器的工作原理变压器的工作原理5.1.3 变压器的使用变压器的使用5.1.1 变压器的基本结构变压器的基本结构 其它部件其它部件:油箱、冷却装置、保护装置等油箱、冷却装置、保护装置等壳式变压器壳式变压器 变压器主变压器主变压器主变压器主要组成部要组成部要组成部要组成部分分分分变压器铁心变压器铁心:硅钢片叠压而成硅钢片叠压而成变压器绕组变压器绕组:原边原边(一次线圈、高压绕组一次线圈、高压绕组)副边副边(二次线圈、低压绕组二次线圈、低压绕组)心式变压器心式变压器线圈线圈铁心铁心铁心铁心线圈线圈 低压绕组低压绕组 高压绕组高压绕组同心式绕组同心式绕组交叠式绕组交叠式绕组 低压绕组低压绕组 高压绕组高压绕组变压器的用途变压器的用途 变压器可以变换电压、电流和阻抗的功能。应变压器可以变换电压、电流和阻抗的功能。应用非常广泛。用非常广泛。电力系统电力系统：变压器用于改变供电系统的电压。变压器用于改变供电系统的电压。变压器用于改变供电系统的电压。变压器用于改变供电系统的电压。电子线路：电子线路：变压器用于改变电压、耦合电路、传送信变压器用于改变电压、耦合电路、传送信变压器用于改变电压、耦合电路、传送信变压器用于改变电压、耦合电路、传送信 号和实现阻抗的匹配等。号和实现阻抗的匹配等。号和实现阻抗的匹配等。号和实现阻抗的匹配等。还有一些还有一些特殊变压器特殊变压器（如：自耦变压器、电流互感（如：自耦变压器、电流互感器等）及器等）及专用变压器专用变压器（如：电焊变压器、整流变压器等）（如：电焊变压器、整流变压器等）。按相数分按相数分:单相、三相和多相变压器。单相、三相和多相变压器。分类：分类：分类：分类：按用途分按用途分:电力变压器，特殊用途变压器。电力变压器，特殊用途变压器。按结构分按结构分:心式变压器、壳式变压器。心式变压器、壳式变压器。按冷却方式分按冷却方式分:自冷变压器、油冷变压器。自冷变压器、油冷变压器。+u1e15.1.2 变压器的工作原理变压器的工作原理变压器原理示意图变压器原理示意图i1 e 1 主磁通主磁通 1N1e 2 e2i2u2+ZLN2 2原绕组原绕组副绕组副绕组 2 e 2 1 e 1变压器符号变压器符号U1U20=KN1N2U1U20E1E2 4.44 f N1 m 4.44 f N2 mN1N2=变压器变比变压器变比变压器变比变压器变比E E2 2 =4.44 4.44 f Nf N2 2 mm1.电压变换电压变换变压器空载：变压器空载：变压器空载：变压器空载：E E1 1 =4.44 4.44 f Nf N1 1 mm+u1e1i1 e 1 N1e2N2u20+变压器带载工作时变压器带载工作时变压器带载工作时变压器带载工作时U1U2 =KN1N2i2u2+ZLe 2+u1e1i1 e 1 N1e2N22.电流变换电流变换变压器接负载：变压器接负载：变压器接负载：变压器接负载：U U1 1 E E1 1 =4.44 4.44 f Nf N1 1 mm 变压器接负变压器接负载后载后,副边磁势副边磁势也产生磁通也产生磁通,主主磁通磁通 为为合成合成磁通。磁通。电源电压电源电压U1没有变没有变没有变没有变变压器接负载后变压器接负载后,主磁通主磁通 mm 不变不变不变不变。（空载电流很小）（空载电流很小）N1I1=N2 I2结论结论有效值有效值3.阻抗变换阻抗变换I2KU2U1I1+Z2Z1负载负载阻抗阻抗结论结论结论结论 在电子线路在电子线路和通信工程中，和通信工程中，常用变压器来实常用变压器来实现阻抗的匹配。现阻抗的匹配。电压变化率电压变化率1.1.变压器的外特性变压器的外特性变压器的外特性变压器的外特性cos 1cos =10U2I2 U20I2N5.1.3 变压器的使用变压器的使用I2KU2U1I1+Z2（电压变化率越小越好，一般在（电压变化率越小越好，一般在5%左右）左右）变压器外特性变压器外特性 当电源电压当电源电压U U1 1和负载功率因数一定时，和负载功率因数一定时，的的关系曲线称为变压器的关系曲线称为变压器的外特性外特性。损耗损耗损耗损耗铜损铜损效率效率效率效率电力变压器电力变压器电力变压器电力变压器 =(9090 9999)%2.2.变压器的损耗与效率变压器的损耗与效率变压器的损耗与效率变压器的损耗与效率铁损铁损 PFe与与Bm、f有关有关3.3.3.3.变压器的主要额定值变压器的主要额定值变压器的主要额定值变压器的主要额定值（1 1 1 1）额定容量（额定容量（额定容量（额定容量（VAVAVAVA、KVAKVAKVAKVA）三相变压器三相变压器单相变压器单相变压器（2 2 2 2）额定电压（）额定电压（）额定电压（）额定电压（V V V V、KVKVKVKV）U2N 原绕组加原绕组加U1N时，副绕组的开路电压。时，副绕组的开路电压。U1N 原绕组的额定电压。原绕组的额定电压。三相变压器为线电压。三相变压器为线电压。三相变压器为线电压。三相变压器为线电压。（3 3 3 3）额定电流（）额定电流（）额定电流（）额定电流（A A A A）I2N 副绕组的额定电流。副绕组的额定电流。I1N 原绕组的额定电流。原绕组的额定电流。三相变压器为线电流。三相变压器为线电流。三相变压器为线电流。三相变压器为线电流。例例:某收音机输出变压器的原线圈匝数某收音机输出变压器的原线圈匝数N1=600匝，匝，N2=30匝，接有阻抗为匝，接有阻抗为16 扬声器（匹配），现要改接扬声器（匹配），现要改接成成4 扬声器，问二次线圈匝数为多少才能匹配？扬声器，问二次线圈匝数为多少才能匹配？解：解：原变比原变比K+例例 有一单相容量为有一单相容量为10kVA、额定电压、额定电压3300/220V的变的变压压 器。问：器。问：（1）变压器的变比；原、副边额定电流是多变压器的变比；原、副边额定电流是多少？少？（2）副边接副边接220V、40W的白炽灯，如变压器在额定的白炽灯，如变压器在额定状态下运行，可接多少盏？状态下运行，可接多少盏？（3）如果副边接的是如果副边接的是220V、40W、cos=0.45的日光灯可接多少盏？的日光灯可接多少盏？解：解：（3）A18.022040=UPI每盏灯电流每盏灯电流（2）每盏灯电流每盏灯电流A40.045.0220 40cos=UPI（1）*变压器线圈极性的测定变压器线圈极性的测定 如果变压如果变压 器有两个相同的原边，串联时可接于高压，器有两个相同的原边，串联时可接于高压，并联时可接于低压，但接线时一定要注意并联时可接于低压，但接线时一定要注意同极性端同极性端同极性端同极性端。1.1.同极性端同极性端同极性端同极性端（同名端）：（同名端）：（同名端）：（同名端）：当电流从同极性端流入时，两当电流从同极性端流入时，两线圈产生的线圈产生的磁通方向相同磁通方向相同磁通方向相同磁通方向相同。1、3为同名端为同名端1、4为同名端为同名端正确的正确的正确的正确的串联接串联接串联接串联接法法法法 同名端标注同名端标注同名端标注同名端标注i1 i2 1 24321i1 i2 1 243212.2.同名端同名端同名端同名端的测定的测定的测定的测定（1 1）直流法（三）直流法（三）直流法（三）直流法（三“正正正正”法）法）法）法）1423smA0100+_电流表电流表正指，正指，1 1、3 3为为同名端同名端同名端同名端（2 2）交流法）交流法）交流法）交流法1423V01001 1、3 3为为同名端同名端同名端同名端1 1、4为为同名端同名端同名端同名端5.2 特殊特殊变压器变压器5.2.1 自耦变压器自耦变压器5.2.2 电流互感器电流互感器5.2.2 三相电力变压器三相电力变压器N1N2u1u2+-5.2.1 自耦变压器自耦变压器滑滑动动头头原理图原理图 U1 N1N2 U2I1 I2Z接零线接零线接火线接火线5.2.2 电流互感器电流互感器被测被测电流电流 电流互感器用来电流互感器用来扩大测量交流电流的扩大测量交流电流的量程。量程。i2N1N2Ai1Z 通常电流表的表盘上直通常电流表的表盘上直接标出被测的电流值。接标出被测的电流值。测量时副绕组电路不允许开路，否则，测量时副绕组电路不允许开路，否则，副边会有很高的感应电动势，危及设备及人副边会有很高的感应电动势，危及设备及人身安全。身安全。注意注意5.2.3 三相三相变压器变压器三相低压三相低压绕组，可绕组，可Y接或接或接接三相高压三相高压绕组，可绕组，可Y接或接或接接 常用的接线方式：常用的接线方式：Y,yn(Y/YO)、Y,d(Y/)、YN,d(YO/)U1U2v1u1V1V2W1W2u2v2w1w2N1N2Y,yn Y,yn 联结联结联结联结Y,d 联结联结联结联结UVWuvw+-U1+-+-+-UVW+-U1+-+-+-wuv 小小小小 结结结结第第 5章章 3.变压器可以变换电压、电流和阻抗的功能。变压器可以变换电压、电流和阻抗的功能。4.变压器的主要额定值变压器的主要额定值1.磁路欧姆定律：磁路欧姆定律：2.交流铁心线圈外加电压与电动势及磁通的关系交流铁心线圈外加电压与电动势及磁通的关系U E=4.44 f N m只要电压只要电压U不变不变,就要求磁就要求磁通通 mm不能变。不能变。U1U2 =KN1N2三相变压器三相变压器单相变压器单相变压器额定容量：额定容量：额定容量：额定容量：额定电压：额定电压：额定电压：额定电压：U2N 原绕组加原绕组加U1N时，副绕组的开路电压。时，副绕组的开路电压。U1N 原绕组的额定电压。原绕组的额定电压。三相变压器为线电压。三相变压器为线电压。三相变压器为线电压。三相变压器为线电压。I2N 副绕组的额定电流。副绕组的额定电流。I1N 原绕组的额定电流。原绕组的额定电流。三相变压器为线电流。三相变压器为线电流。三相变压器为线电流。三相变压器为线电流。额定电流：额定电流：额定电流：额定电流：5.三相三相变压器变压器常用的接线方式：常用的接线方式：6.当电流从同极性端流入时，两线圈产生的磁通方当电流从同极性端流入时，两线圈产生的磁通方向相同。向相同。Y,yn(Y/YO)、Y,d(Y/)、YN,d(YO/)8.电流互感器用来扩大测量交流电流的量程。电流互感器用来扩大测量交流电流的量程。测量测量时副绕组电路不允许开路。时副绕组电路不允许开路。7.实验室中常用实验室中常用自耦变压器，自耦变压器，自耦变压器，自耦变压器，其副绕组是原绕组的其副绕组是原绕组的一部分。一部分。
