磁路与变压器(精品).ppt

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1、电工基础n n第一章第一章第一章第一章 基础知识基础知识基础知识基础知识 n n第二章第二章第二章第二章 直流电路直流电路直流电路直流电路n n第三章第三章第三章第三章 正弦交流电路正弦交流电路正弦交流电路正弦交流电路n n第四章第四章第四章第四章 三相电路三相电路三相电路三相电路n n第五章第五章第五章第五章 磁路与变压器磁路与变压器磁路与变压器磁路与变压器上一页下一页返 回第第5 5章章 磁路与变压器磁路与变压器n n5.1 5.1 变压器的工作原理变压器的工作原理n n5.2 5.2 变压器的应用变压器的应用n n5.4 5.4 磁路在其他方面的应用磁路在其他方面的应用上一页下一页返 回

2、实例引入：市电给实例引入：市电给6V6V小灯泡供电方案小灯泡供电方案(a)电阻器分压供电方案电阻器分压供电方案 (b)变压器降压供电方案变压器降压供电方案 图图5.1 两种供电方案两种供电方案上一页下一页返 回5.1 5.1 变压器的工作原理变压器的工作原理n n5.1.1 5.1.1 分类及型号分类及型号n n1.1.按电压的升降分类：有升压变压器和降压变按电压的升降分类：有升压变压器和降压变压器两种。压器两种。n n2.2.按相数分类：有单相变压器、三相变压器及按相数分类：有单相变压器、三相变压器及多相变压器。多相变压器。上一页下一页返 回n n3.3.按用途分类：有用于供配电系统中的电力

3、变压器；有按用途分类：有用于供配电系统中的电力变压器；有用于测量和继电保护的仪用变压器（电压互感器和电用于测量和继电保护的仪用变压器（电压互感器和电流互感器）；有产生高电压供电设备的耐压试验用的流互感器）；有产生高电压供电设备的耐压试验用的试验变压器；有电炉变压器、电焊变压器和整流变压试验变压器；有电炉变压器、电焊变压器和整流变压器等特殊用途的变压器。器等特殊用途的变压器。n n4.4.按冷却方式及冷却的介质分类：有以空气冷却的干式按冷却方式及冷却的介质分类：有以空气冷却的干式变压器；有以油冷却的油浸变压器；有以水冷却的水变压器；有以油冷却的油浸变压器；有以水冷却的水冷式变压器。冷式变压器。上

4、一页下一页返 回 目前我国生产的中小型变压器主要目前我国生产的中小型变压器主要有有S S5 5、SLSL5 5、SFSF5 5、SZSZ5 5、SZLSZL5 5等系列。这些符号的含义是：等系列。这些符号的含义是：SS三相；三相；DD单相；单相；FF风冷；风冷；WW水冷；水冷；ZZ有载调压；有载调压；LL铝线圈变压器。铝线圈变压器。例如某变压器型号为例如某变压器型号为S S L L 7 7500500/1010 高压侧电压高压侧电压10kV10kV 额定容量额定容量S SN N=500kVA=500kVA 设计序号为设计序号为7 7 铝线圈铝线圈 三相变压器三相变压器上一页下一页返 回5.1.

5、2 5.1.2 变压器的结构变压器的结构(a)结构示意图结构示意图 (b)符号符号图图5.2 变压器结构示意图及表示符号变压器结构示意图及表示符号上一页下一页返 回(a)口型口型 (b)EI型型 (c)F型型 (d)C型型 图图5.3 变压器的铁芯变压器的铁芯上一页下一页返 回(a)芯式变压器芯式变压器 （b）壳式变压器壳式变压器图图5.4 变压器的结构形式变压器的结构形式上一页下一页返 回5.1.3 5.1.3 变压器的额定值变压器的额定值 变压器的额定值是保证变压器能够长期可变压器的额定值是保证变压器能够长期可靠地运行工作，并且有良好的工作性能的技术靠地运行工作，并且有良好的工作性能的技术

6、限额，它也是厂家设计制造和试验变压器的依限额，它也是厂家设计制造和试验变压器的依据，其内容包括以下几个方面：据，其内容包括以下几个方面：上一页下一页返 回1.1.额定电压额定电压U U1N1N/U/U2N2Nn nU U1N1N、U U2N2N分别为原、副边额定电压，是指变压分别为原、副边额定电压，是指变压器空载时端电压的保证值，以有效值表示，对器空载时端电压的保证值，以有效值表示，对三相变压器来说，均指线电压，单位三相变压器来说，均指线电压，单位是是V V或或kVkV。上一页下一页返 回2.2.额定电流额定电流I I1N1N/I/I2N2Nn nI I1N1N和和I I2N2N分别为原、副边

7、额定电流，是指变压器分别为原、副边额定电流，是指变压器连续运行时原、副绕组允许通过的最大电流有连续运行时原、副绕组允许通过的最大电流有效值。三相变压器的额定电流是指线电流，单效值。三相变压器的额定电流是指线电流，单位为位为A A。上一页下一页返 回3.3.额定容量额定容量S SNNn nS SN N是变压器在额定状态下的电功率输出能力。单是变压器在额定状态下的电功率输出能力。单位以位以V V A A或或kVkV A A表示。表示。n n对于单相变压器对于单相变压器S SN N=U=U1N1NI I1N1N=U=U2N2NI I2N2N （5-15-1）n n对于三相变压器对于三相变压器 S S

8、N N=U=U1N1NI I1N1N=U=U2N2NI I2N2N（5-25-2）上一页下一页返 回4.4.额定频率额定频率f fNNn n是指变压器应接入的电源频率。我国电力系统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的标准频率为50Hz50Hz。上一页下一页返 回 例例例例5-15-1 某照明变压器的额定容量为某照明变压器的额定容量为500V500V A A，额定电压为额定电压为220V/36V220V/36V。求：求：（1 1）原、副边的额定电流；）原、副边的额定电流；（2 2）在副边最多可接）在副边最多可接36V36V、100W100W的白炽灯几盏？的白炽灯几盏？解解解解:

9、（1 1）原边额定电流）原边额定电流 I I1N1N=S=SN N/U/U1N1N=500/220=2.27A=500/220=2.27A 副边额定电流副边额定电流 I I2N2N=S=SN N/U/U2N2N=500/36=13.9A=500/36=13.9A （2 2）每盏白炽灯的额定电流每盏白炽灯的额定电流 I IN N=P/U=100/36=2.78A=P/U=100/36=2.78A 最多允许接白炽灯的盏数为最多允许接白炽灯的盏数为13.9/2.78=513.9/2.78=5盏盏上一页下一页返 回5.1.4 5.1.4 工作原理工作原理1 1磁动磁动势势F F F=N F=N1 1i

10、 i1 1 （5-35-3）磁通就是由它产生的，它的单位是安培磁通就是由它产生的，它的单位是安培（A A）。）。2 2磁通磁通 磁通是指通过与磁场方向垂直的某一面积上的磁力线磁通是指通过与磁场方向垂直的某一面积上的磁力线总数，它的国际单位是总数，它的国际单位是WbWb，以前在工程上有时用电磁以前在工程上有时用电磁制单位制单位MMX X，则有他们之间的换算公式则有他们之间的换算公式 1Wb=101Wb=108 8MMX X =F/=F/R Rmm （5-45-4）式（式（5-45-4）在形式上与电路的欧姆定律相似，式）在形式上与电路的欧姆定律相似，式中中R Rmm为为磁阻。磁阻。上一页下一页返

11、回表表5-15-1磁路与电路的对比磁路与电路的对比 磁路磁路电路电路磁动势F=IN电动势E磁通电流I磁感应强度B=/S电流密度J=I/S磁阻Rm=l/S电阻R=l/S磁导率电阻率上一页下一页返 回3 3磁感应强度磁感应强度B BB=B=/S /S （5-55-5）如果磁场内各点的磁感应强度如果磁场内各点的磁感应强度B B大小相等，大小相等，方向相同，这样的磁场则称为均匀磁场。方向相同，这样的磁场则称为均匀磁场。上一页下一页返 回4 4磁导率磁导率 n n磁导率磁导率 是表征物质导磁能力的物理量，它表是表征物质导磁能力的物理量，它表明了物质对磁场的影响程度。明了物质对磁场的影响程度。表5-2 主

12、要导磁物质的相对磁导率 物质r（H/m）物质r（H/m）空气1000 000 365硅钢片103铝1000 214坡莫合金104上一页下一页返 回5 5磁场强度磁场强度H Hn n磁场强度磁场强度H H也是表征磁场强弱和方向的物理量，也是表征磁场强弱和方向的物理量，但它不包括磁介质因磁化而产生的磁场，它的但它不包括磁介质因磁化而产生的磁场，它的国际单位国际单位是是A/mA/m。故故 H=B/H=B/（5-75-7）上一页下一页返 回图5.5 磁性媒质的磁化曲线 上一页下一页返 回5.1.5 5.1.5 铁磁材料的磁性能铁磁材料的磁性能n n1 1高导磁性高导磁性 （a）磁化前磁化前 (b)磁化

13、后磁化后图图5.6 铁磁材料的磁化铁磁材料的磁化上一页下一页返 回n n2 2磁饱和性磁饱和性n n3 3磁滞性磁滞性图图5.7 磁滞回线磁滞回线上一页下一页返 回5.2 5.2 变压器的应用变压器的应用n n5.2.1 5.2.1 空载运行和电压变换空载运行和电压变换 图图5.8 变压器的空载运行变压器的空载运行上一页下一页返 回n n由法拉第电磁感应定律可得由法拉第电磁感应定律可得 ，（5-85-8）n ne e1 1，e e2 2的有效值分别为的有效值分别为n n E E1 1=4.44fN=4.44fN1 1mm，E E2 2=4.44fN=4.44fN2 2m m （5-95-9）n

14、 n式中式中f f为交流电源的频率为交流电源的频率，mm为主磁通的最大值。为主磁通的最大值。上一页下一页返 回 若略去漏磁通的影响，不考虑绕组上电阻若略去漏磁通的影响，不考虑绕组上电阻的压降，则可认为原、副绕组上电动势的有效的压降，则可认为原、副绕组上电动势的有效值近似等于原、副绕组上电压的有效值，即值近似等于原、副绕组上电压的有效值，即 U U1 1EE1 1，U U2020EE2 2将式（将式（5-95-9）代入，得）代入，得 （5-105-10）上一页下一页返 回 由式（由式（5-105-10）可见，变压器空载运行时，原、）可见，变压器空载运行时，原、副绕组上电压的比值等于两者的匝数比，

15、这个比副绕组上电压的比值等于两者的匝数比，这个比值值K K称为变压器的变压比或变比。当原、副绕组称为变压器的变压比或变比。当原、副绕组匝数不同时，变压器就可以把某一数值的交流电匝数不同时，变压器就可以把某一数值的交流电压变换为同频率的另一数值的电压，这就是变压压变换为同频率的另一数值的电压，这就是变压器的电压变换作用。当原绕组匝数器的电压变换作用。当原绕组匝数N N1 1比副绕组匝比副绕组匝数数N N2 2多时，多时，K1K1，这种变压器称为降压变压器；这种变压器称为降压变压器；反之，若反之，若N N1 1NN2 2，K1K1，则为升压变压器。则为升压变压器。上一页下一页返 回应用一：自耦变压

16、器应用一：自耦变压器n n图图5.95.9所示的是一种自耦调压器，其结构特点是所示的是一种自耦调压器，其结构特点是副绕组为原绕组的一部分。原、副边电压之比副绕组为原绕组的一部分。原、副边电压之比是是 n n 实验室中常用的调压器就是一种可改变副绕实验室中常用的调压器就是一种可改变副绕组匝数的自耦变压器，其外形和实际电路如图组匝数的自耦变压器，其外形和实际电路如图5.95.9所示。所示。上一页下一页返 回(a)(a)符号符号 (b)(b)外形外形 (c)(c)实际电路实际电路 图图5.9 自耦调压器自耦调压器上一页下一页返 回应用二：电压互感器应用二：电压互感器(a)构造构造 (b)接线图接线图

17、图图5.10 电压互感器电压互感器上一页下一页返 回n nU U1 1/U/U2 2=K=K，所以所以U U1 1=KU=KU2 2。n n（1 1）使测量仪表与高压电路分开，以保证工使测量仪表与高压电路分开，以保证工作安全；作安全；n n（2 2）扩大测量仪表的量程。）扩大测量仪表的量程。上一页下一页返 回5.2.2 负载运行和电流变换图图5.11 变压器的负载运行变压器的负载运行上一页下一页返 回n n副边电流有效值的关系为副边电流有效值的关系为上一页下一页返 回 例例例例5-2 5-2 已知一变压器已知一变压器N N1 1=800=800，N N2 2=200=200，U U1 1=22

18、0V=220V，I I2 2=8A=8A，负载为纯电阻，忽略变压器的漏磁和损耗，求负载为纯电阻，忽略变压器的漏磁和损耗，求变压器的副边电压变压器的副边电压U U2 2，原边电流原边电流I I1 1。解：解：解：解：变压比变压比 K=NK=N1 1/N/N2 2=800/200=4=800/200=4 副边电压副边电压 U U2 2=U=U1 1/K=220/4=55V/K=220/4=55V 原边电流原边电流 I I1 1=I=I2 2/K=8/4=2A/K=8/4=2A 输入功率输入功率 S S1 1=U=U1 1I I1 1=440VA=440VA 输出功率输出功率 S S2 2=U=U2

19、 2I I2 2=440VA=440VA 可见当变压器的功率损耗忽略不计时，它的输入可见当变压器的功率损耗忽略不计时，它的输入功率与输出功率相等，这是符合能量守恒定律的。功率与输出功率相等，这是符合能量守恒定律的。上一页下一页返 回应用一：电流互感器应用一：电流互感器（a）构造构造 (b)接线图接线图 图图5.12 电流互感器电流互感器上一页下一页返 回由于由于 （KiKi称为变流比）称为变流比）所以所以 I I1 1=K=Ki iI I2 2为了安全起见应采取：为了安全起见应采取：（1 1）电流互感器副线圈的一端和铁壳必须接地。）电流互感器副线圈的一端和铁壳必须接地。（2 2）使用电流互感器

20、时，副绕组电路是不允许）使用电流互感器时，副绕组电路是不允许断开的。断开的。上一页下一页返 回应用二：钳形电流表应用二：钳形电流表n n利用钳表可以随时随地测量线路中的电流，利用钳表可以随时随地测量线路中的电流，图图5.13 钳表原理图钳表原理图上一页下一页返 回5.2.3 5.2.3 阻抗变换阻抗变换n n应用：阻抗匹配应用：阻抗匹配n n在电子电路中，为了提高信号的传输功率和效率，常在电子电路中，为了提高信号的传输功率和效率，常用变压器将负载阻抗变换为适当的数值，以取得最大用变压器将负载阻抗变换为适当的数值，以取得最大的传输功率和效率，这种做法称为阻抗匹配。的传输功率和效率，这种做法称为阻

21、抗匹配。(a)变压器电路变压器电路 (b)等效电路等效电路图图5.14 变压器的阻抗变换作用变压器的阻抗变换作用 上一页下一页返 回 例例例例5-3 5-3 图图5.155.15所示电路中，某交流信号源的电动势所示电路中，某交流信号源的电动势E=120VE=120V，内阻内阻R R0 0=800=800，负载电阻负载电阻R RL L=8=8。试求：试求：（1 1）如图）如图5.15(a)5.15(a)所示，信号源输出多大功率？负载电阻所示，信号源输出多大功率？负载电阻R RL L吸收多大功率？信号源的效率多大？吸收多大功率？信号源的效率多大？（2 2）若要信号源输给负载的功率达到最大，负载电阻

22、应等）若要信号源输给负载的功率达到最大，负载电阻应等于信号源内阻。今用变压器进行阻抗变换，则变压器的于信号源内阻。今用变压器进行阻抗变换，则变压器的匝数比应选多少？阻抗变换后信号源的输出功率多大？匝数比应选多少？阻抗变换后信号源的输出功率多大？负载吸收的功率多大？此时信号源的效率又为多少？负载吸收的功率多大？此时信号源的效率又为多少？上一页下一页返 回(a)负载与信号源直接相连负载与信号源直接相连 (b)变压器进行阻抗变换变压器进行阻抗变换图图5.15 例例5-3的电路的电路上一页下一页返 回解：解：解：解：（1 1）由图）由图5.15(a)5.15(a)可得信号源的输出功率为可得信号源的输出

23、功率为 负载吸收的功率负载吸收的功率 效率效率=9=9 上一页下一页返 回（2 2）如图）如图5.15(b)5.15(b)所示，变压器把负载所示，变压器把负载R RL L变换为变换为等效电阻等效电阻变压器的匝数比应为变压器的匝数比应为 这时信号源输出功率为：这时信号源输出功率为：负载吸收的功率为：负载吸收的功率为：效率为：效率为：=50=50上一页下一页返 回 经过（经过（1 1）（）（2 2）两题的计算和比较后我们）两题的计算和比较后我们发现，利用变压器进行阻抗变换后，电源效率发现，利用变压器进行阻抗变换后，电源效率由由9 9增加到增加到5050。如果在电源输出同一信号功。如果在电源输出同一

24、信号功率下，负载将会得到最大的输出功率，这就是率下，负载将会得到最大的输出功率，这就是电子线路中的阻抗匹配。电子线路中的阻抗匹配。上一页下一页返 回5.2.4 5.2.4 变压器的外特性及变压器的效率变压器的外特性及变压器的效率 =图图5.16 变压器的外特性变压器的外特性图图5.17 变压器效率与负载的关系变压器效率与负载的关系上一页下一页返 回5.4 5.4 磁路在其他方面的应用磁路在其他方面的应用n n5.4.1 5.4.1 万用表的表头万用表的表头图图5.21 磁电式仪表磁电式仪表 图图5.22 磁电式仪表的转矩磁电式仪表的转矩上一页下一页返 回5.4.2 5.4.2 电磁铁电磁铁图图

25、5.23 电磁铁结构型式电磁铁结构型式上一页下一页返 回实训七：单相变压器高低压绕组实训七：单相变压器高低压绕组及同名端判别及同名端判别n n一、实训目的一、实训目的n1.学习单相变压器高、低压绕组的判别方法；n2.学习单相变压器同名端的判定。n n二、原理说明二、原理说明n即在某一瞬间当原绕组的某一端电位为正时，副绕组也必然有一个电位为正的对应端，这两个对应端就叫做同极性端，或者叫做同名端。通常在同极性端旁标注以相同的符号，如“*”或“”。上一页下一页返 回（a）绕法绕法1 (b)绕法绕法2图图5.24 变压器的同极性端变压器的同极性端上一页下一页返 回3 3交流法测绕组极性交流法测绕组极性

26、(a)交流法交流法 (b)直流法直流法图图5.25 测定变压器绕组的极性测定变压器绕组的极性上一页下一页返 回4 4直流法测绕组极性直流法测绕组极性 用直流法测定绕组极性的电路如图用直流法测定绕组极性的电路如图5.255.25（b b）所示。当开关所示。当开关S S闭合瞬间，如果毫安闭合瞬间，如果毫安表的指针正向偏转，则表的指针正向偏转，则1 1和和3 3是同极性端；反向是同极性端；反向偏转时，则偏转时，则1 1和和4 4是同极性端。是同极性端。上一页下一页返 回三、预习要求三、预习要求 n n1.1.降压变压器原边绕组的直流电阻一定降压变压器原边绕组的直流电阻一定 （大于（大于/小于小于/等

27、于）副边绕组的直流电阻。等于）副边绕组的直流电阻。n n2.2.判断变压器原、副边绕组同名端的方法有判断变压器原、副边绕组同名端的方法有 法和法和 法。法。n n3.3.标出图标出图5.265.26中绕组中绕组1 1与与2 2的同名端。的同名端。图图5.26 变压器绕组同名端判别示意图变压器绕组同名端判别示意图上一页下一页返 回四、操作步骤四、操作步骤n n1.1.用万用表电阻挡测出给定变压器两边绕组的电阻值，用万用表电阻挡测出给定变压器两边绕组的电阻值，并指出哪端是高压侧，哪端是低压侧。并指出哪端是高压侧，哪端是低压侧。表表5-6 5-6 变压器电阻测量变压器电阻测量绕组电阻（）高压侧还是低

28、压侧12上一页下一页返 回2.2.交流法测单相变压器同名端交流法测单相变压器同名端 为安全起见，利用自耦调压器供给为安全起见，利用自耦调压器供给30V30V交交流电（以万用表交流挡测出结果为准）加于单流电（以万用表交流挡测出结果为准）加于单相变压器一个绕组的两端，按交流法找出单相相变压器一个绕组的两端，按交流法找出单相变压器的同名端。变压器的同名端。上一页下一页返 回3.3.直流法测单相变压器同名端直流法测单相变压器同名端n n按直流法测同名端，并用交流法结果加以验证。按直流法测同名端，并用交流法结果加以验证。注意：注意：n n（1 1）用万用表直流毫安挡测量，注意避免反）用万用表直流毫安挡测

29、量，注意避免反偏电流过大时损坏指针，故最好先选择直流毫偏电流过大时损坏指针，故最好先选择直流毫安最大挡，再逐步减小；安最大挡，再逐步减小；n n（2 2）观察开关闭合瞬间指针偏转情况，因为）观察开关闭合瞬间指针偏转情况，因为在开关闭合以后，直流电产生的恒定磁通，副在开关闭合以后，直流电产生的恒定磁通，副绕组没有感应电动势产生，也就没有感应电流绕组没有感应电动势产生，也就没有感应电流通过毫安表。通过毫安表。上一页下一页返 回五、分析思考五、分析思考n n图图5.275.27所示的变压器，共可获得多少组输出电压？其值所示的变压器，共可获得多少组输出电压？其值各为多少？各为多少？n n试确定图试确定图5.285.28中变压器的原绕组中变压器的原绕组1-21-2和副绕组和副绕组3-43-4、5-65-6的的同极性端。同极性端。图图5.27 5.27 思考题思考题1的电路图的电路图 图图5.28 5.28 思考题思考题2的电路图的电路图上一页下一页返 回