电工学-第5章变压器-精品文档资料整理.ppt
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1、电工技术电工技术1 1第第 5 章章 变变 压压 器器5.1 磁磁 路路 5.2 电磁铁电磁铁 5.3 变压器的工作原理变压器的工作原理 5.4 变压器的基本结构变压器的基本结构 5.5 三相变压器三相变压器 *5.6 仪用互感器仪用互感器 *5.7 自耦变压器自耦变压器 *5.8 三绕组变压器三绕组变压器 *5.9 绕组的极性绕组的极性 下一章下一章 上一章上一章 返回主页返回主页 5.10 应用实例应用实例 第第第第5 5章章章章 变变变变压压压压器器器器 2高等教育出版社高等教育出版社5.1 磁磁 路路一、磁场的基本物理量一、磁场的基本物理量 单位:特单位:特 斯拉斯拉 (T),1 T=
2、1 Wb/m2 1.1.磁通磁通磁通磁通 磁场中穿过某一截面积磁场中穿过某一截面积 A 的磁感线数。的磁感线数。单位:韦单位:韦伯伯(Wb)。)。2.2.磁感应强度磁感应强度磁感应强度磁感应强度 BB 描述介质中的实际磁场强弱和方向。描述介质中的实际磁场强弱和方向。B 是一个矢量,其方向为磁场的方向是一个矢量,其方向为磁场的方向 大小:大小:磁场是由电流产生的,磁场用磁感线描述。磁场是由电流产生的,磁场用磁感线描述。磁通密度磁通密度 AB=第第第第5 5章章章章 变变变变压压压压器器器器 3高等教育出版社高等教育出版社3.3.磁场强度磁场强度磁场强度磁场强度 HH H 是进行磁场计算引进的辅助
3、物理量。是进行磁场计算引进的辅助物理量。H 是一个矢量,是一个矢量,其方向其方向 B 与相同。与相同。H 与与 B 的区别:的区别:(1)H I,与介质的性质无关。,与介质的性质无关。(2)B 与电流的大小和介质的性质均有关。与电流的大小和介质的性质均有关。单位:安单位:安/米(米(A/m)。)。4.4.磁导率磁导率磁导率磁导率 是用来表示媒质导磁能力的物理量。是用来表示媒质导磁能力的物理量。BH =(H/m)真空中的磁导率:真空中的磁导率:0=4 107 H/m 第第第第5 5章章章章 变变变变压压压压器器器器 4高等教育出版社高等教育出版社二、物质的磁性能二、物质的磁性能 0(为常数)为常
4、数)(1)顺磁物质顺磁物质 例如变压器油和空气:例如变压器油和空气:略大于略大于 0。(2)反磁物质反磁物质 例如铜和铋:例如铜和铋:略小于略小于 0。自然界的物质按磁导率分类:自然界的物质按磁导率分类:非磁性物质、磁性物质。非磁性物质、磁性物质。非磁性物质:非磁性物质:磁性物质的磁性能主要有以下三点。磁性物质的磁性能主要有以下三点。第第第第5 5章章章章 变变变变压压压压器器器器 5高等教育出版社高等教育出版社 i 1.1.高导磁性高导磁性高导磁性高导磁性 0,r 1 常用磁性材料的磁导率常用磁性材料的磁导率 铸钢:铸钢:1 000 0 硅钢片:硅钢片:(6 000 7 000)0 坡莫合金
5、:坡莫合金:(20 000 200 000)0 磁性物质的高导磁性磁性物质的高导磁性 被广泛应用于变压器被广泛应用于变压器 和电机中。和电机中。u主磁通主磁通 漏磁通漏磁通 铁心铁心 励磁绕组励磁绕组 主磁通主磁通 漏磁通。漏磁通。第第第第5 5章章章章 变变变变压压压压器器器器 6高等教育出版社高等教育出版社2.2.磁饱和性磁饱和性磁饱和性磁饱和性B HO 初始磁化曲线初始磁化曲线 3.3.磁滞性磁滞性磁滞性磁滞性 剩磁剩磁 矫顽矫顽 磁力磁力 HmHm Hc Hc B HOBrBr 磁滞回线磁滞回线BHO 基本磁基本磁 化曲线化曲线 第第第第5 5章章章章 变变变变压压压压器器器器 7高等
6、教育出版社高等教育出版社 磁性物质的分类:磁性物质的分类:硬磁物质、软磁物质、矩磁物质硬磁物质、软磁物质、矩磁物质。铸铁和硅钢的磁化曲线铸铁和硅钢的磁化曲线 第第第第5 5章章章章 变变变变压压压压器器器器 8高等教育出版社高等教育出版社三、磁三、磁路欧姆定律路欧姆定律 c Ac lc 0A0l0UI 根据全电流定律:根据全电流定律:Bc=Ac Hc=Bc c 1 Ac=B0=A0 H0=B0 0 0 A0=铁心中:铁心中:气隙中:气隙中:H dl=I 第第第第5 5章章章章 变变变变压压压压器器器器 9高等教育出版社高等教育出版社左边左边=H1 l1H0 l0 l0 0 A0 lc c Ac
7、=()l0 0 A0 lc c Ac =(RmcRm0)=Rm Rm=RmcRm0l0 0 A0 lc c Ac=不是常数不是常数 Rmc、Rm0、Rm 铁心、空气隙、磁路的磁阻。铁心、空气隙、磁路的磁阻。右边右边=I=N I 或或 I=F(磁通势)磁通势)磁路欧姆定律磁路欧姆定律:Rm =F =FRm或或 第第第第5 5章章章章 变变变变压压压压器器器器 10高等教育出版社高等教育出版社 磁路中的气隙的影响磁路中的气隙的影响 因为因为 1 0,所以所以 Rm0 Rm1 当当F 一定时,一定时,因因 Rm0 的存在,使的存在,使 大大减小。大大减小。若要保持若要保持 一定,则需增大磁通势一定,
8、则需增大磁通势 F。第第第第5 5章章章章 变变变变压压压压器器器器 11高等教育出版社高等教育出版社5.2 电电 磁磁 铁铁 电磁铁的常见结构形式电磁铁的常见结构形式 电磁铁的种类:电磁铁的种类:直流电磁铁、交流电磁铁。直流电磁铁、交流电磁铁。励磁励磁 线圈线圈 铁心铁心 衔铁衔铁 励磁励磁 线圈线圈 衔铁衔铁 铁心铁心 铁心铁心 励磁励磁 线圈线圈 衔铁衔铁 衔铁衔铁 铁心铁心 励磁励磁 线圈线圈 第第第第5 5章章章章 变变变变压压压压器器器器 12高等教育出版社高等教育出版社一、直流电磁一、直流电磁铁铁 U S N N SIf U I N I URI=(1)电压与电流的关系电压与电流的
9、关系(2)线圈的功率:线圈的功率:P=R I 2 2.2.电磁吸力电磁吸力电磁吸力电磁吸力 衔铁吸合后衔铁吸合后磁阻磁阻 1.1.直流直流直流直流铁心线圈电路铁心线圈电路铁心线圈电路铁心线圈电路 I 不变不变 f 第第第第5 5章章章章 变变变变压压压压器器器器 13高等教育出版社高等教育出版社二、交流电磁二、交流电磁铁铁 1.1.交流交流交流交流铁心线圈电路铁心线圈电路铁心线圈电路铁心线圈电路u i Ni e d dt=N d dte =N didt=L (1)电压与电流关系电压与电流关系设设 =m sin t则则 e=N m cos t =N m sin(t90o)Em=N m =2 f
10、N m u i f e 第第第第5 5章章章章 变变变变压压压压器器器器 14高等教育出版社高等教育出版社E=4.44 f N m 漏磁通磁路对应的电感漏磁通磁路对应的电感 N iL =漏感抗(漏电抗)漏感抗(漏电抗)X=L =2 f L U=URE E =Ej L IRI=E(Rj L )I=EZ I 漏阻抗漏阻抗 E=j4.44 f Nm u i e 第第第第5 5章章章章 变变变变压压压压器器器器 15高等教育出版社高等教育出版社U=E 忽略漏阻抗,有忽略漏阻抗,有U4.44 f N m=则则 当当 U、f 一定时,一定时,m 基本不变。基本不变。(2)功率功率视在功率视在功率:S=U
11、I无功功率无功功率:Q=S sin 有功功率有功功率:P=S cos =PCuPFe 铜损耗铜损耗 铁损耗铁损耗=RI2+(PhPe)磁滞损耗磁滞损耗 涡流损耗涡流损耗 第第第第5 5章章章章 变变变变压压压压器器器器 16高等教育出版社高等教育出版社 磁滞损耗磁滞损耗 Ph 涡流损耗涡流损耗 Pe 铁损耗使铁心发热。铁损耗使铁心发热。减小铁损耗的方法减小铁损耗的方法 使用软磁材料减小使用软磁材料减小Ph;增大铁心的电阻率,增大铁心的电阻率,减小涡流及其损耗减小涡流及其损耗;用很薄的硅钢片叠成铁心,用很薄的硅钢片叠成铁心,减小涡流及其损耗减小涡流及其损耗。(a)(b)第第第第5 5章章章章 变
12、变变变压压压压器器器器 17高等教育出版社高等教育出版社(1)变化变化 f 变化变化 电磁吸力用平均值衡量。电磁吸力用平均值衡量。m 不变不变 fm 不变。不变。(2)衔铁吸合后衔铁吸合后磁阻磁阻 起动电流起动电流 工作电流。工作电流。3.3.结构特点结构特点结构特点结构特点(1)铁心和衔铁用硅钢片叠成。铁心和衔铁用硅钢片叠成。(2)加短路环消除衔铁的振动。加短路环消除衔铁的振动。2.2.电磁吸力电磁吸力电磁吸力电磁吸力 m 不变不变 磁通势磁通势 励磁电流励磁电流 Of t f fm 平均吸力平均吸力 第第第第5 5章章章章 变变变变压压压压器器器器 18高等教育出版社高等教育出版社 例例5
13、.2.1 一铁心线圈,加上一铁心线圈,加上 12 V 直流电压时,电直流电压时,电 流为流为1 A;加上;加上 110 V 交流电压时,电流为交流电压时,电流为 2 A,消耗的,消耗的 功率为功率为 88 W。求后一种情况下线圈的铜损耗、铁损耗和。求后一种情况下线圈的铜损耗、铁损耗和 功率因数。功率因数。解解 由直流电压和电流求得线圈的电阻为由直流电压和电流求得线圈的电阻为 由交流电流求得线圈的铜损耗为由交流电流求得线圈的铜损耗为 PCu=RI2=1222 W=48 W 由有功功率和铜损耗求得线圈的铁损耗为由有功功率和铜损耗求得线圈的铁损耗为 PFe=PPCu=(88 48)W=40 W 功率
14、因数为功率因数为R=12 U I 12 1 =cos =0.4 P UI 88 1102 第第第第5 5章章章章 变变变变压压压压器器器器 19高等教育出版社高等教育出版社 u2 e1 e2 u1ZL i2i1 1 2 5.3 变压器的工作原理变压器的工作原理 电磁关系电磁关系 一次绕组一次绕组 二次绕组二次绕组 用图形符号表示用图形符号表示 的变压器电路的变压器电路 ZL U1I1 I2 U2 E1 E2 第第第第5 5章章章章 变变变变压压压压器器器器 20高等教育出版社高等教育出版社一、电压变换一、电压变换 =E1Z1I11.1.一次侧电压方程一次侧电压方程一次侧电压方程一次侧电压方程
15、R1、X1 和和 Z1 一次绕组的电阻、漏电抗和漏阻抗。一次绕组的电阻、漏电抗和漏阻抗。U2=ZLI2 E1=j4.44 f N1 m U1=E1(R1jX1)I1 2.二次侧电压方程二次侧电压方程 E1=j4.44 f N1 m=E2Z2I2 U2=E2(R2jX2)I2 R2、X2 和和 Z2 二次绕组的电阻、漏电抗和漏阻抗。二次绕组的电阻、漏电抗和漏阻抗。第第第第5 5章章章章 变变变变压压压压器器器器 21高等教育出版社高等教育出版社 规定规定 U1=U1N 时时,U20=U2N。如铭牌上标注:如铭牌上标注:10 000/230 V U1N/U2N=N1 N2E1 E2k=I2=0I1
16、=I010%I1N U2=U20=E2U1E1 =k U1U2 N1N23.3.电压比电压比电压比电压比 变压器空载时变压器空载时 一般一般 U2N 比满载时的比满载时的 电压高电压高 5%10%。第第第第5 5章章章章 变变变变压压压压器器器器 22高等教育出版社高等教育出版社U2=E2Z2I2 当当 U1=U1N,cos 2 不变时:不变时:U2=f(I2)U2 I2OU2Ncos 2=1cos 2=0.8(感性感性)cos 2=0.8(容性容性)VR=U2NU2 U2N100%电力变压器:电力变压器:VR 5%4.4.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 电压调整率电
17、压调整率 第第第第5 5章章章章 变变变变压压压压器器器器 23高等教育出版社高等教育出版社 例例5.3.1 某单相变压器的额定电压为某单相变压器的额定电压为 10 000/230 V 接在接在 10 000 V 的交流电源上向一电感性负载供电,电压的交流电源上向一电感性负载供电,电压 调整率为调整率为 0.03,求变压器的电压比、空载和满载时的二,求变压器的电压比、空载和满载时的二 次电压。次电压。解解 变压器的电压比为变压器的电压比为 空载时的二次电压为空载时的二次电压为 U20=U2N=230 V 满载时的二次电压为满载时的二次电压为 U2=U2N(1 VR)=230(1 0.03)V=
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