电工学第5章-变压器优秀PPT.ppt

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1、 磁路是探讨局限于确定路径内的磁场问题，因此磁路是探讨局限于确定路径内的磁场问题，因此磁场的各个物理量也适用于磁路。磁路与电路一样，磁场的各个物理量也适用于磁路。磁路与电路一样，也是电工技术课程所探讨的基本对象。也是电工技术课程所探讨的基本对象。5.1 磁路磁路一、磁场的基本物理量一、磁场的基本物理量1.磁感应强度磁感应强度 B 若磁场内各点的若磁场内各点的 B 大小相等，方向相同则称为匀整磁场大小相等，方向相同则称为匀整磁场单位：单位：单位：单位：T T，GsGs，1T=101T=104 4GsGs表示磁场内某点的磁场强弱和方向的物理量，是一个表示磁场内某点的磁场强弱和方向的物理量，是一个矢

2、量矢量它与电流之间的方向用右螺旋定则确定，大小用它与电流之间的方向用右螺旋定则确定，大小用B=Fl I该点磁场作用于该点磁场作用于1米长，通有米长，通有1A电流的导体上的力电流的导体上的力F5.1 5.1 磁路磁路磁路磁路一、磁场的基本物理量一、磁场的基本物理量2.磁通磁通 单位：单位：单位：单位：WbWb对于匀整磁场对于匀整磁场 F=B A磁感应强度磁感应强度 B与垂直于磁场方向的面积与垂直于磁场方向的面积A的乘积的乘积称为通过该面积的磁通称为通过该面积的磁通 F=B F=B A标量标量B=AF F数值上为磁场方向相垂数值上为磁场方向相垂直的单位面积上的磁通直的单位面积上的磁通 B又称为又称

3、为磁通密度磁通密度3.磁场强度磁场强度 H 矢量矢量 方向与方向与B相同相同H=B/H代表电流本身所产生磁场的强弱，代表电流本身所产生磁场的强弱，反映电流励磁实力与介质性质无关反映电流励磁实力与介质性质无关B代表电流及介质被磁化代表电流及介质被磁化后所产生总磁场的强弱后所产生总磁场的强弱 真空真空磁导率磁导率 0 0=4=41010 7 7 HH/m m （亨亨亨亨/米）米）米）米）=HB B磁导率磁导率单位（单位（单位（单位（亨亨亨亨/米）米）米）米）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=102 105二、物质的磁性能二、物质的磁性能二、物质的磁性能二、物质的磁性能1

4、.高导磁性高导磁性磁性物质的磁性能磁性物质的磁性能磁性物质的磁性能磁性物质的磁性能物质物质非磁性物质非磁性物质磁性物质磁性物质顺磁性物质顺磁性物质反磁性物质反磁性物质 略略大于大于 0 0 略略小于小于 0 0按磁导率按磁导率 0 主磁通主磁通 L漏磁通漏磁通ui 磁路磁路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=102 105二、物质的磁性能二、物质的磁性能二、物质的磁性能二、物质的磁性能2.磁饱和性磁饱和性3.磁滞性磁滞性B-Hbca 不是常数不是常数 a b-B与与H成正比增加成正比增加b c-B随随H增加变缓增加变缓c 以后部分以后部分-B基本不随基本不随H增加增加

5、BH磁化曲线磁化曲线 =HB B磁导率磁导率HmHmBrHCBHBr HCB Br r剩磁强度剩磁强度-H H=0=0保留的保留的B BHC矫顽磁力矫顽磁力-使使B B=0=0的的H H磁磁性性物物质质硬磁物质硬磁物质Br、HC都大都大软磁物质软磁物质Br、HC都小都小矩磁物质矩磁物质Br大大、HC小小ees SNui 5.2 5.2 5.2 5.2 铁心线圈电路铁心线圈电路铁心线圈电路铁心线圈电路一、直流一、直流铁心线圈电路铁心线圈电路 UI=RP=UI=I2R铁心线圈的电压与电流铁心线圈的电压与电流之间的关系及其消耗的功率之间的关系及其消耗的功率d dte N d S dteS N uFm

6、=iN uR=iR(主磁通主磁通)S(漏磁通漏磁通)由由KVL：u=iR e eS u e eR和和 eS 很小很小ees SNui 磁动势磁动势5.2 5.2 5.2 5.2 铁心线圈电路铁心线圈电路铁心线圈电路铁心线圈电路二、沟通铁心线圈电路二、沟通铁心线圈电路1、电压电流关系、电压电流关系5.2 5.2 5.2 5.2 铁心线圈电路铁心线圈电路铁心线圈电路铁心线圈电路ees SNui 设设 =msin te=N mcos t=Emsin(t-90)Em=N m=2 f N m=EE =f N m2 =4.44 f N m 二、沟通铁心线圈电路二、沟通铁心线圈电路1、电压电流关系、电压电流

7、关系d dte N 5.2 5.2 5.2 5.2 铁心线圈电路铁心线圈电路铁心线圈电路铁心线圈电路ees SNui E=4.44 f N m 二、沟通铁心线圈电路二、沟通铁心线圈电路1、电压电流关系、电压电流关系E=j4.44fN mN N S LS i漏电抗漏电抗漏电感漏电感X=2 f LSU=E+（R+j X）I=E+ZI U=E若忽视漏电抗若忽视漏电抗结论：当结论：当U和和f确定时，沟通铁心线圈的确定时，沟通铁心线圈的 m基本不变基本不变 m=U4.44 f N 铁心损耗铁心损耗ees sNui 2、功率、功率S=UIQ=UIsin P=UIcos 铜损铜损Pcu=I2RPFe=Ph+

8、Pe有功功率：有功功率：磁滞损耗磁滞损耗涡流涡流损耗损耗交变磁化一周在铁心的单位体积所产生的交变磁化一周在铁心的单位体积所产生的磁滞损耗和磁滞回线所包围的面积成正比磁滞损耗和磁滞回线所包围的面积成正比硅钢片硅钢片 损耗损耗=铜损铜损+铁损铁损按用途分按用途分:电力变压器，特种用途变压器。电力变压器，特种用途变压器。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。按绕组数分按绕组数分:双绕组、多绕组及自耦变压器。双绕组、多绕组及自耦变压器。变压器是变换各种沟通电压的电器。它是利变压器是变换各种沟通电压的电器。它是利用电磁感应定律并通过磁路的耦合作用用电磁感应定律并通过磁路的耦合

9、作用,把某一把某一个数量级的沟通电压，变换成同频率的另一个数个数量级的沟通电压，变换成同频率的另一个数量级的沟通电压的能量变换装置。量级的沟通电压的能量变换装置。一、分类一、分类5.3 变压器的基本结构变压器的基本结构变压器铁心变压器铁心:硅钢片叠压而成。硅钢片叠压而成。铁心铁心线圈线圈二、构造二、构造壳式变压器壳式变压器心式变压器心式变压器铁心铁心线圈线圈变压器绕组变压器绕组:高强度漆包线绕制而成高强度漆包线绕制而成其它部件其它部件:油箱、冷却装置、爱护装置等油箱、冷却装置、爱护装置等5.4 变压器的工作原理变压器的工作原理一、空载运行及变压原理一、空载运行及变压原理e1es1 s1N1u1

10、AXd dte1-N1d S1 dteS1-N1d dte2-N2 N2e2u20axSZL一次绕组一次绕组二次绕组二次绕组 s1N1N2AXax AXax图形符号图形符号U1=E1 E2 E1U1 U20=U1U2=kN1N2一、空载运行及变压原理一、空载运行及变压原理U20=E2 I0U1U2E1E2 4.44 f N1 m 4.44 f N2 mN1N2=E2 U20E1 U1 ES1 结论结论 变比变比aSZL二、负载运行及变流原理二、负载运行及变流原理 s1N1N2AXx I1E2 U2 E1 U1 ES1 s2I2ui1N1 S1(漏磁通漏磁通)eS1E =4.44 f N mi1

11、R1 (主磁通主磁通)e1,e2 i2i2N2 ZLi2N2 2(对对 起阻碍作用起阻碍作用)S2(漏磁通漏磁通)eS2为保持主磁通为保持主磁通 不变不变,只有增大电流只有增大电流 i1(空载空载电流电流i0)二、负载运行及变流原理二、负载运行及变流原理aSRL s1N1N2AXx I1E2 U2 E1 U1 ES1 s2I2U U E E =4.44 4.44 f Nf N mm t t t i1i2 2e1 e2d dte1=N1 e2=N2 d dt设设 =msin te=N mcos t=Emsin(t-90)cos 2当当 ZL=RL(即即 cos )时时,i2 与与 e2 同相位同

12、相位 2=2msin(t-90)aSZLN1I1=N2 I2N1I1+N2 I2=N1I0 N1I1+N2 I2=0 N1I1=N2 I2二、负载运行及变流原理二、负载运行及变流原理 s1N1N2AXx I1E2 U2 E1 U1 ES1 s2I2I1I2 =N2N11 k(I0 小小)结论结论产生主磁通产生主磁通 的的磁动势磁动势有效值有效值I0=I1N(2.5)I2kZLU2U1I1Z0E变压器的外特性变压器的外特性cos =0.8cos =1变压器的外特性变压器的外特性 U2=f(I2)在一次绕组的电压在一次绕组的电压U1和负载的功率因数不变的状况下，和负载的功率因数不变的状况下，U2与

13、与I2的关系，称为的关系，称为0U2 I2 U20(2 3)%U2随随I2变更的程度，用电压调整率（电压变更率）表示变更的程度，用电压调整率（电压变更率）表示U1为额定值、负载功率因数不变的状况下，变压器从空为额定值、负载功率因数不变的状况下，变压器从空 载到满载，二次绕组电压变更的数值与空载电压的比值载到满载，二次绕组电压变更的数值与空载电压的比值 U%=U2NU2U2N100%ZL=U1I1I2三、变阻抗原理及阻抗匹配三、变阻抗原理及阻抗匹配kZLU2U1I1Z0ZL=U2I2ZL=kU2I2/k=k 2 U2I2=k 2 ZLZL=k 2 ZLE结论结论可利用变压器可利用变压器进行阻抗匹

14、配进行阻抗匹配例：已知例：已知E=120VE=120V，内阻，内阻R0=800R0=800，RL=8RL=8。（。（1 1）当折算）当折算到原边的等效电阻到原边的等效电阻R L=R0R L=R0时，求时，求k k和信号源输出的功率；和信号源输出的功率；（2 2）当将负载干脆与信号源联接时，信号源输出多大的）当将负载干脆与信号源联接时，信号源输出多大的功率功率kRLR0RLE+解：（解：（1）k=N1N2=R R L LR R L L=10信号源输出的功率信号源输出的功率P=ER R0 0+R R L L2R R L L=4.5W（2）当将负载干脆与信号源联接时）当将负载干脆与信号源联接时P=E

15、R R0 0+R R L L2R R L L=0.176WZL=k 2 ZL四、功率关系四、功率关系 损耗损耗 P=P1 P2=PCu+PFePCu=I1 R1+I2 R22 2 效率效率P2 P1 =100%P2+PCu+PFeP2 =100%=(90 99)%S1=U1 I1变压器工作时，一、二次绕组的视在功率为变压器工作时，一、二次绕组的视在功率为S2=U2 I2铬牌上变压器的容量为二次绕组的额定视在功率，通常铬牌上变压器的容量为二次绕组的额定视在功率，通常SN=U2N I2N=U1N I1N变压器从电源输入的有功功率为变压器从电源输入的有功功率为P1=U1 I1cos 1向负载输出的有

16、功功率为向负载输出的有功功率为P2=U2 I2cos 2PFe=Ph+Pe 例例 有一台额定容量有一台额定容量50kVA、额定电压、额定电压3300/220V的的 变压变压 器，高压绕组为器，高压绕组为6000匝，试求：（匝，试求：（1）低压绕组匝）低压绕组匝 数；（数；（2）高压边低压边额定电流；（）高压边低压边额定电流；（3）当原边保持额）当原边保持额 定电压不变，副边达到额定电流，输出功率定电压不变，副边达到额定电流，输出功率39kW，cos=0.8时的副边端电压时的副边端电压U2。解解（1）N2=N1U2NU1N=40060002203300=（3）P=U2I2Ncos I2N=K I1N=600040015.1=227API2N cos U2=391032270.8=215VSNU1N（2）I1N=15.1 A=5010333005.5 自耦变压器自耦变压器U1N1N2U2ZLI1I2IU1U2=N1N2=kI1I2N2N1=1k1.1.工作原理工作原理工作原理工作原理