第3章电工电子技术PPT讲稿.ppt

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1、第3章电工电子技术第1页，共40页，编辑于2022年，星期一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 铁心铁心+SN电机电机 铁心铁心绕组绕绕组组绕组绕组3.1 磁路的基本知识磁路的基本知识第2页，共40页，编辑于2022年，星期一一、一、磁路的概念磁路的概念 1.1.磁感应强度磁感应强度B B(磁通密度磁通密度)：是表示磁场内某点的磁：是表示磁场内某点的磁场强弱和方向的物理量。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

2、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）第3页，共40页，编辑于2022年，星期一4.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

3、 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积与垂直于磁场方向的面积S S的的乘积。乘积。第4页，共40页，编辑于2022年，星期一二、二、铁磁材料铁磁材料 根据导磁性能的不同根据导磁性能的不同根据导磁性能的不同根据导磁性能的不同,自然界的物质可分为两大类：一自然界的物质可分为两大类：一自然界的物质可分为两大类：一自然界的物质可分为两大类：一类称为为铁磁材料，另一类为非铁磁材料。类称为为铁磁材料，另一类为非铁磁材料。类称为为铁磁材料，另一类为非铁磁材料。类称为为铁磁材料，另一类为非铁磁材料。相对磁导率相对磁导率相对磁导率相对磁导率 r r ：相对磁导率相对磁导率相对磁导率相对磁导率

4、 r r ：物质磁导率与真空磁导率的比值。物质磁导率与真空磁导率的比值。真空真空的磁导率：的磁导率：第5页，共40页，编辑于2022年，星期一三、磁路欧姆定律三、磁路欧姆定律磁通势：磁通势：F=NI 单位单位A(安）安）单位单位H-1(每亨）每亨）磁路欧姆定律：磁路欧姆定律：I NU+铁心磁路铁心磁路 I NU+铁心磁路铁心磁路 磁通势：励磁电流和线圈匝数的乘积。磁通势：励磁电流和线圈匝数的乘积。磁路磁阻：磁路磁阻：磁路磁阻：磁路磁阻：第6页，共40页，编辑于2022年，星期一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

5、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 磁饱和磁饱和第7页，共40页，编辑于2022年，星期一3.2 交流铁芯线圈电路交流铁芯线圈电路i u+主磁通主磁通 ee 漏磁通漏磁通 一、一、电磁关系电磁关系感应电动势的有效值：感应电动势的有效值：设：设：=msin t=N mcos t=Emsin(t-90)感应电动势的有效值：感应电动势的有效值：第8页，共40页，编辑

6、于2022年，星期一 当电源频率和线圈匝数一定时，当电源频率和线圈匝数一定时，只要电压只要电压U不变不变,就要求磁通就要求磁通 mm不能不能变。变。u eR和和 e 很小很小U U E E =4.44 4.44 f Nf N mm由由KVL：u=iR e e 二、二、功率损耗功率损耗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

7、磁化时所消耗的功率）涡流损耗涡流损耗第9页，共40页，编辑于2022年，星期一 为了减少铁心损耗，变压器、电机等电器设备中铁心为了减少铁心损耗，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。铁磁材料反复磁化时，内部磁畴的极性铁磁材料反复磁化时，内部磁畴的极性取向随着外磁场的交变来回翻转，在翻转的过程中，取向随着外磁场的交变来回翻转，在翻转的过程中，由于磁畴间相互摩擦而引起的能量损耗称为由于磁畴间相互摩擦而引起的能量损耗称为磁滞损耗磁滞损耗磁滞损耗磁滞损耗。磁滞损耗磁滞损耗磁滞损耗磁滞损耗 铁磁材料反复磁化时，内部磁畴的极性取铁磁材

8、料反复磁化时，内部磁畴的极性取向随着外磁场的交变来回翻转，在翻转的过程中，由向随着外磁场的交变来回翻转，在翻转的过程中，由于磁畴间相互摩擦而引起的能量损耗称为于磁畴间相互摩擦而引起的能量损耗称为磁滞损耗磁滞损耗磁滞损耗磁滞损耗。磁滞损耗磁滞损耗磁滞损耗磁滞损耗涡流在铁芯中造成的热量损耗。涡流在铁芯中造成的热量损耗。涡流损耗涡流损耗涡流损耗涡流损耗为减小涡流损耗，常用硅钢片叠压为减小涡流损耗，常用硅钢片叠压制成电机电器的铁芯。制成电机电器的铁芯。第10页，共40页，编辑于2022年，星期一1.为什么说磁路欧姆为什么说磁路欧姆定律只能用于定性定律只能用于定性分析？分析？2.磁滞损耗和涡流损磁滞损耗

9、和涡流损耗是怎么产生的？如耗是怎么产生的？如何减小这两种损耗？何减小这两种损耗？第11页，共40页，编辑于2022年，星期一变压器可以变换电压、电流和阻抗的功能。应用非常广泛。变压器可以变换电压、电流和阻抗的功能。应用非常广泛。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 号和实现阻抗的号和实现阻抗的号和实现阻抗的号和实现阻抗的匹配等。匹配

10、等。匹配等。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、电流互感器等）及（如：自耦变压器、电流互感器等）及专用变专用变压器压器（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。3.3 变压器变压器第12页，共40页，编辑于2022年，星期一其它部件其它部件:油

11、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变压器变压器变压器主要组主要组主要组主要组成部分成部分成部分成部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1 1、铁心、铁心、铁心、铁心一、一、变压器的结构变压器的结构第13页，共40页，编辑于2022年，星期一2、绕组、绕组 变压器的绕圈通常称为变压器的绕圈通常称为绕组。绕组。绕组。绕组。在变压器中，接到高压电网在变压器中，接到高压电网的绕

12、组称为的绕组称为高压绕组高压绕组高压绕组高压绕组，接到低压电网的绕组称为，接到低压电网的绕组称为低压绕组低压绕组低压绕组低压绕组。按照高压绕组按照高压绕组和低压绕组的和低压绕组的相互位置和形相互位置和形状的不同，绕状的不同，绕组可以分为同组可以分为同心式和交叠式心式和交叠式两种。两种。第14页，共40页，编辑于2022年，星期一壳式变压器绕组和铁心的结构示意图壳式变压器绕组和铁心的结构示意图壳式变压器绕组和铁心的结构示意图壳式变压器绕组和铁心的结构示意图 第15页，共40页，编辑于2022年，星期一 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

13、高压绕组高压绕组第16页，共40页，编辑于2022年，星期一变压器的绕组变压器的绕组变压器的绕组变压器的绕组 第17页，共40页，编辑于2022年，星期一二、二、变压器的工作原理变压器的工作原理其中其中N N1 1为一次绕组的匝数，一次绕组也称为原绕组或原边。为一次绕组的匝数，一次绕组也称为原绕组或原边。N N2 2为二次为二次绕组的匝数，二次绕组也称为副绕组或副边。绕组的匝数，二次绕组也称为副绕组或副边。第18页，共40页，编辑于2022年，星期一+u1e1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

14、 1 e 1变压器符号变压器符号第19页，共40页，编辑于2022年，星期一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.空载运行空载运行变压器空载：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 =KN1N2第20页，共40页，编辑于2022年，星期一i2u2+ZLe 2+u

15、1e1i1 e 1 N1e2N22.负载运行负载运行变压器接负载：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 变压器接负载变压器接负载后后,副边磁势也产副边磁势也产生磁通生磁通,主磁通主磁通 为为合成磁通。合成磁通。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第21页，共40页，编辑于2022年，星期一3.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

16、在电子在电子线路和通信线路和通信工程中，常工程中，常用变压器来用变压器来实现阻抗的实现阻抗的匹配。匹配。第22页，共40页，编辑于2022年，星期一三、三、变压器的额定值和运行特性变压器的额定值和运行特性1.变压器的额定值变压器的额定值 （1 1 1 1）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。（2 2 2 2）额定容量（）额定容量（）额定容量（）额定容量（V

17、AVAVAVA、KVAKVAKVAKVA）三相变压器三相变压器单相变压器单相变压器第23页，共40页，编辑于2022年，星期一（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。（4 4 4 4）额定频率）额定频率）额定频率）额定频率f f f fN N N N 额定频率fN是指变压器应接入的电源频率，我国电力系统的标准频率为50Hz。（5 5 5 5）型号）型号）型号）型号 第24页，共40页，编辑

18、于2022年，星期一例例: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，匝，接有阻抗为接有阻抗为16 扬声器（匹配），现要改接成扬声器（匹配），现要改接成4 扬声器，扬声器，问二次线圈匝数为多少才能匹配？问二次线圈匝数为多少才能匹配？解：解：原变比原变比K+第25页，共40页，编辑于2022年，星期一电压变化率电压变化率2.2.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 U20I2NI2KU2U1I1+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

19、 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。第26页，共40页，编辑于2022年，星期一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)%3.3.变压器的功率损耗与效率变压器的功率损耗与效率变压器的功率损耗与效率变压器的功率损耗与效率铁损铁损 PFe与与Bm、f有关有关例例: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的变压的变压 器。器。问：问：（1）变压器的变比；原、副边额定电流是多少？变压器的变比；原、副边额

20、定电流是多少？（2）副边副边接接220V、40W的白炽灯，如变压器在额定状态下运行，的白炽灯，如变压器在额定状态下运行，可接多少盏？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的日光灯可的日光灯可接多少盏？接多少盏？第27页，共40页，编辑于2022年，星期一解：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）第28页，共40页，编辑于2022年，星期一1.为什么变压器的铁为什么变压器的铁心要用硅钢片叠成？心要用硅钢片叠成？用整块的铁心行不行用整块的铁心行不行？变压器能否用

21、来变换直流电变压器能否用来变换直流电压？如果将变压器接到与额压？如果将变压器接到与额定电压相同的直流电源上，定电压相同的直流电源上，会有输出吗？会产生什么后会有输出吗？会产生什么后果？果？有一台有一台220110V的变压的变压器，可否把变压器原绕器，可否把变压器原绕组绕组绕2匝，副绕组绕匝，副绕组绕1匝来满足变比的要求？为匝来满足变比的要求？为什么？什么？第29页，共40页，编辑于2022年，星期一3.4 常用常用变压器变压器一、一、一、一、自耦变压器和调压器自耦变压器和调压器自耦变压器和调压器自耦变压器和调压器N1N2u1u2+-滑滑动动头头原理图原理图 U1 N1N2 U2I1 I2Z接零

22、线接零线接火线接火线第30页，共40页，编辑于2022年，星期一(1)原、副边不能对调使用，否则可能会烧坏绕组，甚至造成电源短路。(2)接通电源前，应先将滑动触头调到零位，接通电源后再慢慢转动手柄，将输出电压调至所需值。使用自耦调变压器时应该注意：使用自耦调变压器时应该注意：使用自耦调变压器时应该注意：使用自耦调变压器时应该注意：第31页，共40页，编辑于2022年，星期一二、小功率电源变压器二、小功率电源变压器二、小功率电源变压器二、小功率电源变压器 小功率电源变压器：小功率电源变压器：小功率电源变压器：小功率电源变压器：在各种仪器设备中提供所需电源电压的变压器，一般容量和体积都较小。小功率

23、电源变压器小功率电源变压器 第32页，共40页，编辑于2022年，星期一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，并联时可接于低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，两线圈产生的当电流从同极性端流入时，两线圈产生的磁通磁通磁通磁通方向相同方向相同方向相同方向相同。1、3为同名端为同名端1、4为同名端为同名端正确的串正确的串正确的串正确的串

24、联接法联接法联接法联接法 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 24321第33页，共40页，编辑于2022年，星期一2.2.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为为同名同名同名同名端端端端（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第34页，共40页，编辑于2022年，星期一三、三相电力变压器三、三

25、相电力变压器三、三相电力变压器三、三相电力变压器 在电力系统中，用来变换三相交流电压，输送电能的变压在电力系统中，用来变换三相交流电压，输送电能的变压器称为器称为三相电力变压器三相电力变压器。三相电力变压器三相电力变压器 第35页，共40页，编辑于2022年，星期一三相变压器的接法三相变压器的接法 三相电力变压器的额定容量为三相电力变压器的额定容量为三相电力变压器的额定容量为三相电力变压器的额定容量为 ：三相变压器的原、副三相变压器的原、副边绕组可以根据需要分边绕组可以根据需要分别接成星形或三角形，别接成星形或三角形，三相电力变压器的常见三相电力变压器的常见连接方式有连接方式有Y.yn(Y/Y

26、0星星形连接有中线形连接有中线)和和Y.d(Y/星形三角形连接星形三角形连接)，如图所示，如图所示。第36页，共40页，编辑于2022年，星期一 有一带有负载的三相电力变压器，其额定数据如下：有一带有负载的三相电力变压器，其额定数据如下：SN=100kVA，U1N=6000V，U2N=U20=400V，f=50Hz，绕组接成，绕组接成Yyn，由试验测得，由试验测得，PFe=600W，额定负载时的，额定负载时的Pcu=2400W。试求：。试求：(1)变压器的额变压器的额定电流。定电流。(2)满载和半载时的效率。满载和半载时的效率。(2)满载时和半载时的效率分别为满载时和半载时的效率分别为 解解：

27、(1)由由 得得例：例：第37页，共40页，编辑于2022年，星期一四、仪用四、仪用互感器互感器仪用互感器按用途不同可分为电压互感器电压互感器电压互感器电压互感器和电流互感器电流互感器电流互感器电流互感器两种。1 1、电压互感器、电压互感器、电压互感器、电压互感器 外形及结构原理如图所示。电压互感器用来扩大测量电压互感器用来扩大测量电压互感器用来扩大测量电压互感器用来扩大测量交流电压的量程。交流电压的量程。交流电压的量程。交流电压的量程。通常电压表的表盘上直通常电压表的表盘上直接标出被测的电压值。接标出被测的电压值。注意注意 测量时副绕组电路不允许短测量时副绕组电路不允许短路，否则，副边会有很

28、大的电流，路，否则，副边会有很大的电流，危及设备及人身安全。危及设备及人身安全。第38页，共40页，编辑于2022年，星期一被测被测电流电流 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接通常电流表的表盘上直接标出被测的电流值。标出被测的电流值。测量时副绕组电路不允许开路，否则，副边会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，危及设备及人身安全。有很高的感应电动势，危及设备及人身安全。注意注意2、电流互感器、电流互感器 第39页，共40页，编辑于2022年，星期一1.自耦变压器与自耦变压器与普通变压器相比，普通变压器相比，有何特点？有何特点？3.调压器用毕后为什么必须调回调压器用毕后为什么必须调回零点？如果错误地把电源电压零点？如果错误地把电源电压220V接到调压器的输出端，接到调压器的输出端，试分析会出现什么问题？试分析会出现什么问题？2.为什么在运行时，电压互感器为什么在运行时，电压互感器二次侧不允许短路？而电流互感二次侧不允许短路？而电流互感器的二次侧不能开路？器的二次侧不能开路？第40页，共40页，编辑于2022年，星期一