第五章磁路与变压器精选文档.ppt

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1、第五章磁路与变压器本讲稿第一页，共五十七页第一节第一节 磁路的基本物理量和基本性质磁路的基本物理量和基本性质磁路：主磁通所经过的闭合路径。磁路：主磁通所经过的闭合路径。磁路的基本概念磁路的基本概念 线圈通入电流后，产线圈通入电流后，产生磁通，分主磁通和漏生磁通，分主磁通和漏磁通。磁通。：主磁通主磁通：漏磁通漏磁通i铁心铁心（导磁性能好（导磁性能好 的磁性材料）的磁性材料）本讲稿第二页，共五十七页一、一、磁路计算中的基本物理量磁路计算中的基本物理量1、磁感应强度、磁感应强度 B（磁通密度）（磁通密度）1 Tesla=104 高斯高斯B 的单位：特斯拉的单位：特斯拉（Tesla）单位：韦伯单位：韦

2、伯磁通磁通 与磁场方向相垂直的单位面积上通过的磁通（磁与磁场方向相垂直的单位面积上通过的磁通（磁力线）力线）均匀磁场均匀磁场是各点是各点 B 的大小相等，方向相同的磁场的大小相等，方向相同的磁场本讲稿第三页，共五十七页2、磁导率、磁导率：表征各种材料导磁能力的物理量：表征各种材料导磁能力的物理量（亨（亨/米）米）真空中的磁导率真空中的磁导率()为常数为常数一般材料的磁导率一般材料的磁导率 和真空中的磁导率之比，和真空中的磁导率之比，称为这种材料的相对磁导率称为这种材料的相对磁导率称为磁性材料称为磁性材料称为非磁性材料称为非磁性材料本讲稿第四页，共五十七页3、磁场强度、磁场强度 H 磁场强度是计

3、算磁场所用的物理量，其大小为磁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。感应强度和导磁率之比。单位：单位：B：特斯拉：特斯拉：亨：亨/米米：安：安/米米本讲稿第五页，共五十七页 二、铁磁材料的磁性能：二、铁磁材料的磁性能：1、磁导率高、磁导率高1 磁化前磁化前磁化后磁化后外磁场外磁场铁磁材料的磁化铁磁材料的磁化磁畴磁畴磁畴结构磁畴结构 在物质内部电子绕原子核在物质内部电子绕原子核旋转及电子本身自转形成了分旋转及电子本身自转形成了分子电流，这个电流会产生磁场。子电流，这个电流会产生磁场。同时铁磁材料内部的分子之间同时铁磁材料内部的分子之间有一种相互作用力，使得每个有一种相互

4、作用力，使得每个区域内的分子磁场具有相同的区域内的分子磁场具有相同的方向，组成许多小磁体，具有方向，组成许多小磁体，具有磁性，这些小磁体称为磁性，这些小磁体称为“磁畴磁畴”。本讲稿第六页，共五十七页 2、磁饱和性、磁饱和性线性区线性区oa段：段：B 随随H 线性增长；线性增长；进入饱和区进入饱和区ab段：段：B 增大缓慢；增大缓慢；饱和区饱和区b点以后：点以后：B 基本不变。基本不变。B 磁感应强度磁感应强度 H 磁场强度磁场强度B=HoHINBabB HHB 0 H本讲稿第七页，共五十七页 3、磁滞性、磁滞性 交变磁化时，交变磁化时，B的变化滞的变化滞后于后于H的变化的特性称为磁的变化的特性

5、称为磁滞性。滞性。磁滞回线磁滞回线 根据磁性能，磁性材料又根据磁性能，磁性材料又可分为三种：可分为三种：软磁材料软磁材料（磁滞（磁滞回线窄长，常用做交流电机、回线窄长，常用做交流电机、变压器的铁心等）、变压器的铁心等）、永磁材料永磁材料（磁滞回线宽，常用做永久（磁滞回线宽，常用做永久磁铁）、磁铁）、矩磁材料矩磁材料（滞回线接（滞回线接近矩形，可用做记忆元件）。近矩形，可用做记忆元件）。BH+Hm-Hm本讲稿第八页，共五十七页三、铁损耗三、铁损耗1、磁滞损耗、磁滞损耗 ：磁滞损耗与磁滞回线所围面积成正比。磁滞损耗与磁滞回线所围面积成正比。磁畴反复转向使铁心发热损耗，称为磁滞损耗。磁畴反复转向使铁

6、心发热损耗，称为磁滞损耗。2、涡流损耗、涡流损耗 ：交变磁场使铁心产生交变磁场使铁心产生感应电动势和涡电流感应电动势和涡电流使铁心发热损耗，称使铁心发热损耗，称为涡流损耗。为涡流损耗。iBBi为了减少涡流损耗，为了减少涡流损耗，采用表面绝缘的硅钢采用表面绝缘的硅钢片叠制铁心。片叠制铁心。本讲稿第九页，共五十七页1.安培环路定律（全电流定律）：安培环路定律（全电流定律）：四、磁路的基本定律四、磁路的基本定律 磁场中任何闭合回路磁场强度的线积分磁场中任何闭合回路磁场强度的线积分,等于通过等于通过这个闭合路径内电流的代数和。这个闭合路径内电流的代数和。I1I2I3电流方向和磁场强度的方电流方向和磁场

7、强度的方向符合右手螺旋定则，电向符合右手螺旋定则，电流取正；否则取负。流取正；否则取负。本讲稿第十页，共五十七页 在无分支的均匀磁路在无分支的均匀磁路（磁路的材料和截面积相同，各处的（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：磁场强度相等）中，安培环路定律可写成：磁路磁路长度长度L线圈线圈匝数匝数NIHL：称为磁压降。称为磁压降。NI：称为磁动势。称为磁动势。一般用一般用 F 表示。表示。F=NI本讲稿第十一页，共五十七页总磁动势总磁动势 在非均匀磁路在非均匀磁路（磁路的材料或截面积不同，或磁场强度（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

8、和。不等）中，总磁动势等于各段磁压降之和。例：例：IN本讲稿第十二页，共五十七页对于均匀磁路对于均匀磁路磁路中的磁路中的欧姆定律欧姆定律2、磁路的欧姆定律：、磁路的欧姆定律：则：则：INSL注：由于磁性材料注：由于磁性材料 是非线性的，磁路欧姆定律多用是非线性的，磁路欧姆定律多用作定性分析，不做定量计算。作定性分析，不做定量计算。令：令：Rm 称为磁阻称为磁阻本讲稿第十三页，共五十七页磁路和电路的比较（一）磁路和电路的比较（一）磁磁路路电电路路INR+_EI磁通磁通磁压降磁压降磁动势磁动势电压降电压降电动势电动势电流电流U本讲稿第十四页，共五十七页欧姆定律欧姆定律 磁阻磁阻磁感应磁感应强度强度

9、安培环路安培环路定律定律磁磁 路路IN欧姆定律欧姆定律电阻电阻电流电流强度强度KVLKCL磁路与电路的比较磁路与电路的比较 (二二)电电 路路R+_EI本讲稿第十五页，共五十七页励磁电流：励磁电流：在磁路中用来产生磁通的电流在磁路中用来产生磁通的电流励磁电流励磁电流直流直流 -直流磁路直流磁路 交流交流 -交流磁路交流磁路磁路分析磁路分析直流磁路直流磁路交流磁路交流磁路五、五、磁路的分析磁路的分析如：直流电磁铁如：直流电磁铁如：交流电磁铁如：交流电磁铁本讲稿第十六页，共五十七页IU1、直流磁路、直流磁路特点特点:一定一定一定一定（线圈中没有反电动势）（线圈中没有反电动势）（R 为线圈的电阻）为

10、线圈的电阻）1）磁动势磁动势 F=IN一定（恒磁动势）一定（恒磁动势）2）IN一定时一定时，磁通和磁阻成反比磁通和磁阻成反比3）4）功率损耗功率损耗无铁损耗无铁损耗线圈线圈铁心铁心衔铁衔铁本讲稿第十七页，共五十七页电路方程：电路方程：一般情况下一般情况下 很小很小交流激励交流激励 线圈中产生感应电势线圈中产生感应电势2、交流磁路、交流磁路：主磁通：主磁通：漏磁通：漏磁通ui的感应电势的感应电势和和 产生产生本讲稿第十八页，共五十七页ui假设假设则则最大值最大值有效值有效值本讲稿第十九页，共五十七页当外加电压当外加电压U、频率、频率 f 与线圈匝数与线圈匝数N一定时，一定时，便便确定下来。根据磁

11、路欧姆定律确定下来。根据磁路欧姆定律 ，当，当 一定时磁动势一定时磁动势IN随磁阻随磁阻 的变化而变化。的变化而变化。交流磁路的特点交流磁路的特点:本讲稿第二十页，共五十七页交流磁路中磁阻交流磁路中磁阻 对电流的影响对电流的影响交流电磁铁吸合过程的分析：交流电磁铁吸合过程的分析：在吸合过程中若外加电压在吸合过程中若外加电压不变不变,则则 基本不变。基本不变。iu电磁铁吸合前电磁铁吸合前(气隙大）气隙大）大大 起动电流大起动电流大 电磁铁吸合后电磁铁吸合后(气隙小）气隙小）小小 电流小电流小 如果气隙中有异物卡住，电磁铁长时间吸不上，线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

12、大，将会导致过热，把线圈烧坏。圈中的电流一直很大，将会导致过热，把线圈烧坏。注意：注意：本讲稿第二十一页，共五十七页(U不变，不变，I不变）不变）(I 随随 Rm 变化）变化）（U不变时，不变时，基本不变基本不变）直流磁路直流磁路交流磁路交流磁路磁路磁路小结小结（随随Rm变化）变化）本讲稿第二十二页，共五十七页第二节第二节 变压器变压器 发电厂发电厂1.05万伏万伏输电线输电线11万伏万伏22万伏万伏升压升压变电站变电站1万伏万伏降压降压降压降压实验室实验室380/220伏伏降压降压仪器仪器36伏伏降压降压380380伏伏本讲稿第二十三页，共五十七页一、变压器功能：一、变压器功能：变换电压：变

13、换电压：电力系统电力系统 变换阻抗：变换阻抗：电子电路中的阻抗匹配电子电路中的阻抗匹配 变换电流：变换电流：电流互感器电流互感器 二、变压器特点：二、变压器特点：静止电器设备、维护简单、运行可靠静止电器设备、维护简单、运行可靠本讲稿第二十四页，共五十七页三、变压器分类：三、变压器分类：1、单相、单相B、三相、三相B 2、升压、升压B、降压、降压B3、双绕组、双绕组B、三绕组、三绕组B 4、普通、普通B、有载调压、有载调压B5、干式、干式B、油浸式、油浸式B6、硅钢铁芯、硅钢铁芯B、非晶合金、非晶合金B 本讲稿第二十五页，共五十七页四、变压器的基本结构四、变压器的基本结构闭合铁闭合铁心心原绕组原

14、绕组（接电源）（接电源）副绕组副绕组（接负载）（接负载）闭合铁心：闭合铁心：磁路部分磁路部分高低压绕组：高低压绕组：电路部分电路部分本讲稿第二十六页，共五十七页五、工作原理五、工作原理变压器符号变压器符号：工作过程工作过程：本讲稿第二十七页，共五十七页空载运行空载运行：原边接入电：原边接入电源，副边开路。源，副边开路。u20（e、方向符合右手定则）方向符合右手定则）本讲稿第二十八页，共五十七页结论：改变匝数比，就能结论：改变匝数比，就能改变输出电压。改变输出电压。K为为变比变比原、副边电压关系原、副边电压关系 变压器工作原理变压器工作原理（变换电压作用）（变换电压作用）本讲稿第二十九页，共五十

15、七页Z 在副边感应电势的作用在副边感应电势的作用下，副边线圈中有了电流下，副边线圈中有了电流 i2。此电流在磁路中也会产。此电流在磁路中也会产生磁通，从而影响原边电生磁通，从而影响原边电流流 i1。但当外加电压、频率。但当外加电压、频率不变时，铁芯中主磁通的最不变时，铁芯中主磁通的最大值在变压器空载或有负载大值在变压器空载或有负载时基本不变时基本不变 。变压器工作原理变压器工作原理（变换电流作用）（变换电流作用）带负载后磁动势的平衡关系为：带负载后磁动势的平衡关系为：本讲稿第三十页，共五十七页结论：原、副边电流结论：原、副边电流与匝数比成反比与匝数比成反比由于变压器铁芯材料的导磁率高、空由于变

16、压器铁芯材料的导磁率高、空载励磁电流载励磁电流 i10 10 很小，可忽略很小，可忽略 原、副边电流关系原、副边电流关系变压器工作原理变压器工作原理（变换电流作用）（变换电流作用）本讲稿第三十一页，共五十七页从原边等效：从原边等效：结论：变压器原边的等效负载，为副边负载乘以变比的平方。结论：变压器原边的等效负载，为副边负载乘以变比的平方。变压器工作原理变压器工作原理（变换阻抗作用）（变换阻抗作用）等效等效本讲稿第三十二页，共五十七页阻抗变换举例：扬声器上如何得到最大输出功率？阻抗变换举例：扬声器上如何得到最大输出功率？已知：已知：信号源电压的有效值信号源电压的有效值:U1=50V;信信号内阻：

17、号内阻：Rs=100 ;负载为扬声器，负载为扬声器，其等效电阻：其等效电阻：RL=8。求：求：负载上负载上得到的功率得到的功率RsRL信号源信号源U1本讲稿第三十三页，共五十七页（2）将负载通过变压器接到信号源上，使其）将负载通过变压器接到信号源上，使其阻抗匹配。阻抗匹配。输出功率为：输出功率为：设变比设变比 则：则：RsU1阻抗变换举例：扬声器上如何得到最大输出功率？阻抗变换举例：扬声器上如何得到最大输出功率？本讲稿第三十四页，共五十七页六、三相变压器六、三相变压器三相绕组三相绕组高压绕组高压绕组AX、BY、CZ低压绕组低压绕组ax、by、cz接法接法可以接成星形（可以接成星形（Y）或三角形

18、（）或三角形（）。XYZABCabcxyz本讲稿第三十五页，共五十七页本讲稿第三十六页，共五十七页YY/接法接法Y/YO接法接法YYO动力和照明混合负荷动力和照明混合负荷线电压的比值：线电压的比值：动力负荷动力负荷线电压的比值：线电压的比值：本讲稿第三十七页，共五十七页七、变压器的使用七、变压器的使用1.1.变压器的铭牌数据变压器的铭牌数据 额定电压：额定电压：变压器副边开路（空载）时，原、副边绕组允许的电压值。变压器副边开路（空载）时，原、副边绕组允许的电压值。三相变压器指线电压三相变压器指线电压 额定电流额定电流：变压器满载运行时，原、副边绕组允许的电流值。变压器满载运行时，原、副边绕组允

19、许的电流值。三相变压器指线电流三相变压器指线电流 额定容量额定容量（视在功率）（视在功率）传送功率的最大能力。传送功率的最大能力。（理想）（理想）单相：单相：NNNNNIUIUS112233=三相：三相：本讲稿第三十八页，共五十七页容量容量 SN 输出功率输出功率 P2 原边输入功率原边输入功率 P1 输出功率输出功率 P2注意：变压器几个功率的关系注意：变压器几个功率的关系效率效率功率因数功率因数容量：容量：原边输入功率：原边输入功率：输出功率：输出功率：本讲稿第三十九页，共五十七页2.2.变压器的效率变压器的效率()变压器的损耗包括两部分：变压器的损耗包括两部分：铜损铜损(PCu)：绕组导

20、线电阻所致。绕组导线电阻所致。磁滞损失：磁滞现象引起铁芯发热，造成磁滞损失：磁滞现象引起铁芯发热，造成的损失。的损失。涡流损失：交变磁通在铁心中产生的感应涡流损失：交变磁通在铁心中产生的感应电流（涡流），电流（涡流），造成的损失。造成的损失。铁损铁损()：PFeP 1P 1-P Cu-P FeP 1P 2=h=本讲稿第四十页，共五十七页3.3.变压器的外特性变压器的外特性副边输出电压和输出电流的关系。即：副边输出电压和输出电流的关系。即：U20：原边加额定电压、副边原边加额定电压、副边开路时的输出电压。开路时的输出电压。一般供电系统希望要硬特性（随一般供电系统希望要硬特性（随I2的的变化，变化

21、，U2 变化不多变化不多）电压调整率：电压调整率：U2I2U20U2I2N本讲稿第四十一页，共五十七页4.4.变压器绕组极性及连接方法变压器绕组极性及连接方法同极性端同极性端(同名端同名端)当电流流入两个线圈时，若产生的磁通当电流流入两个线圈时，若产生的磁通方向相同，则两个流入端称为同极性端方向相同，则两个流入端称为同极性端当铁芯中的磁通变化时，在两线圈中产当铁芯中的磁通变化时，在两线圈中产生的感应电动势极性相同的两端为同极生的感应电动势极性相同的两端为同极性端性端AXaxAXax本讲稿第四十二页，共五十七页电器使用时两种电压（电器使用时两种电压（220V/110V）的切换：）的切换：220V

22、：联结联结 2 3110V：联结联结 1 3，2 4线圈的接法线圈的接法1324本讲稿第四十三页，共五十七页220V：联结：联结 2 3励磁励磁两种接法下线圈工作情况的分析两种接法下线圈工作情况的分析1324本讲稿第四十四页，共五十七页110V：联结：联结 1 3，2 4说明：两种接法下说明：两种接法下m不变，不变，所以铁心磁路的设计相同所以铁心磁路的设计相同励磁励磁两种接法下线圈工作情况的分析两种接法下线圈工作情况的分析1324本讲稿第四十五页，共五十七页问题问题1：在在110V 情况下，如果只用一个绕组（情况下，如果只用一个绕组（N），行不行？），行不行？答：答：不行（两绕组必须并绕）不行

23、（两绕组必须并绕）原边有两个相同绕组的电源变压器原边有两个相同绕组的电源变压器（220/110220/110），使用中应注意的问题：），使用中应注意的问题：13241,32,4N正确接法正确接法若两种接法铁心中的磁通相等，则：若两种接法铁心中的磁通相等，则：因为：因为：本讲稿第四十六页，共五十七页问题问题2：如果两绕组的极性端接错，结果如何？如果两绕组的极性端接错，结果如何？结论：结论：在极性不明确时，一定在极性不明确时，一定要先测定极性再通电。要先测定极性再通电。答：答：有可能烧毁变压器有可能烧毁变压器两个线圈中的磁通抵消两个线圈中的磁通抵消烧毁烧毁原因：原因：1324 原边有两个相同绕组的

24、电源变压器原边有两个相同绕组的电源变压器（220/110220/110），使用中应注意的问题：），使用中应注意的问题：本讲稿第四十七页，共五十七页方法一：方法一：交流法交流法同极性端的测定方法同极性端的测定方法1、把两个线圈的任意两端、把两个线圈的任意两端(2-4)连连接接,然后在然后在 1、2 上加一小电压上加一小电压 u。2、分别测量：、分别测量：U12、U34、U131234V1234V结论结论若若 U13=U12-U34，说明，说明 1 与与 3或或 2 与与 4是同极性端是同极性端 若若U13=U12+U34，说明，说明 1与与4或或2 与与 3 是同极性端是同极性端本讲稿第四十八页

25、，共五十七页方法二：方法二：直流法直流法mA+_1234S+-设设S闭合时闭合时i、增加。感增加。感应电动势的方向，阻止应电动势的方向，阻止 的增加。的增加。如果当如果当 S闭合时，闭合时，mA 表正偏，则表正偏，则 13 为同极性端为同极性端;结论结论如果当如果当 S 闭合时，闭合时，mA 表反偏，则表反偏，则 14 为同极性端为同极性端e1e2同极性端的测定方法同极性端的测定方法本讲稿第四十九页，共五十七页自耦变压器自耦变压器ABP八、特殊变压器简介八、特殊变压器简介 使用时，改变滑动端的位置，便可得到不同的输出电压。实使用时，改变滑动端的位置，便可得到不同的输出电压。实验室中用的调压器就

26、是根据此原理制作的。验室中用的调压器就是根据此原理制作的。本讲稿第五十页，共五十七页本讲稿第五十一页，共五十七页使用注意事项使用注意事项1、原、副边千万不能对调使用，否则会烧坏。、原、副边千万不能对调使用，否则会烧坏。2、应先将滑动头旋至零位后再接通电源，然后调输出电压至所需值。、应先将滑动头旋至零位后再接通电源，然后调输出电压至所需值。用毕，再回零位。用毕，再回零位。3、公共端必须接中性线（零线）。否则，即使输出电压很低，、公共端必须接中性线（零线）。否则，即使输出电压很低，人触及输出的任一端时，都有触电的危险。人触及输出的任一端时，都有触电的危险。规定：安全变压器一定要用双绕组变压器。规定

27、：安全变压器一定要用双绕组变压器。自耦变压器自耦变压器本讲稿第五十二页，共五十七页1.副边不能短路，以副边不能短路，以 防产生过流；防产生过流；2.铁心、低压绕组的铁心、低压绕组的 一端接地，以防在一端接地，以防在 绝缘损时，在副边绝缘损时，在副边 出现高压。出现高压。使用注意：使用注意：VR N1（匝数多匝数多）保险丝保险丝 N2（匝数少匝数少）u（被测电压被测电压）电压表电压表电压互感器电压互感器用低量程的电压表测高电压用低量程的电压表测高电压本讲稿第五十三页，共五十七页本讲稿第五十四页，共五十七页（被测电流）（被测电流）N1（匝数少匝数少）N2（匝数多匝数多）ARi1i2电流表电流表1.副边不能开路，以副边不能开路，以 防产生高电压；防产生高电压；2.铁心、低压绕组的铁心、低压绕组的 一端一端 接地，以防在接地，以防在 绝缘损坏时，在副绝缘损坏时，在副 边出现过压。边出现过压。使用注意：使用注意：用低量程的电流表测大电流用低量程的电流表测大电流电流互感器电流互感器本讲稿第五十五页，共五十七页本讲稿第五十六页，共五十七页结结 束束本讲稿第五十七页，共五十七页