铁心线圈及变压器简明.pptx

《铁心线圈及变压器简明.pptx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《铁心线圈及变压器简明.pptx（53页珍藏版）》请在淘文阁 - 分享文档赚钱的网站上搜索。

1、 第八章第八章 铁心线圈与变压器铁心线圈与变压器 本章介绍的基本物理量、基本定律以及磁性材料的磁性能。在此基础上重点讨论铁心线圈电路和变压器。第一节 磁路的基本概念和定律 电动机、继电器、电磁铁及变压器等电器都是基于电磁耦合的原理工作的，我们已经学过了电路，现在再来研究磁路。一、磁场的基本物理量1.磁通2.磁感应强度B3.磁场强度H4.导磁系数#8-1第1页/共53页一、磁场的基本物理量垂直穿过某一面积S 的磁力线的总根数。韦伯wb穿过单位面积的磁力线根数。特斯拉T wb/m2磁场中某点的B 与该点的磁导率的比值。1.磁通2.磁感应强度B3.磁场强度H4.导磁系数描述导磁能力大小的物理量。通常

2、使用相对导磁系数无量纲真空导磁系数第一节 磁路的基本概念和定律安/米，A/m,A/cm#8-1第2页/共53页磁动势第一节 磁路的基本概念和定律二、磁路的基本定律安培环路定律磁路欧姆定律与电路类似，磁路也有各种定律安培环路定律安培环路定律安培环路定律安培环路定律安培环路定律沿任一闭合路径，H 的线积分等于包围在这闭合路径内各电流的代数和若磁场均匀则有磁路欧姆定律磁路欧姆定律磁路欧姆定律磁路欧姆定律磁路欧姆定律磁路欧姆定律磁路欧姆定律磁路欧姆定律磁路欧姆定律磁路欧姆定律磁路欧姆定律磁路欧姆定律磁路欧姆定律无分支磁路平均长 l线圈N 匝IN磁通导磁系 数截面积S根据得磁路欧姆定律磁阻Rm基尔霍夫定

3、律#8-1第3页/共53页二、磁路的基本定律安培环路定律磁路欧姆定律基尔霍夫定律基尔霍夫定律基尔霍夫定律基尔霍夫定律基尔霍夫定律基尔霍夫定律基尔霍夫定律基尔霍夫定律基尔霍夫定律有分支磁路I1N1I2N21231.磁路的基尔霍夫磁通定律在节点A 处A 1+2-3=02.磁路的基尔霍夫磁压降定律任一闭合回路中均有：或磁压降的代数和等于磁动势的代数和#8-1第4页/共53页INH（I）B（）abcB铁磁材料 B-H，-H 曲线从曲线上能明显看出，不是常数导磁性工程上利用它来使磁通尽量地约束在有限的范围内，提高电磁设备的利用率，一般使用B-H 曲线的ab 段。磁滞B的变化滞后于H 的变化 如曲线的oa

4、 段o磁饱和当H 达到一定程度，B 不再随H 而增加，此为磁饱和。如曲线的cs 段。s若对铁心线圈而言，磁饱和意为当电流I 增加到一定程度，不再随之增加。关于磁滞祥看请点击#三、磁性材料的磁性能8-1第5页/共53页几点说明：1.磁阻Rm 的大小取决于磁路的尺寸和材料的磁导率。2.很大，但不是常数，因此 也不是常数。所以磁 路欧姆定律不能用来进行定量计算，只用做定性分析。通常磁路计算应用磁路基尔霍夫定律。3.磁路和电路有相似之处，但却有本质的区别。#8-1第6页/共53页第二节第二节 直流铁心线圈与直流电磁铁一、直流铁心线圈（磁路计算略）二、直流电磁铁1.构成铁心铁心线圈线圈衔铁衔铁2.工作原

5、理通电的铁心线圈对衔铁会产生吸力请看通电演示3.吸力磁动势主要降在空气隙上磁动势#电磁铁应用？8-2第7页/共53页直流电磁铁的特点1.励磁电流是由励磁线圈的外加电压U 和线圈电阻R 决定的2.无磁滞和涡流损耗，铁心可以使用整块的铸钢、软铁。电流是恒定的，无感应电动势产生。3.吸合后电磁力比吸合前大得多，但励磁电流不变。（因磁动势 NI 不变，磁阻Rm B ，所以吸力F）1.电流恒定，无感应电动势产生。2.无磁滞和涡流损耗，可使用整块铁心3.吸合后，励磁电流不变，F#8-2第8页/共53页第三节 交流铁心线圈与交流电磁铁一、交流铁心线圈的损耗P=PCU+Ph +Pe总损耗铜损涡流损耗铁损磁滞损

6、耗铜损PCU 线圈电阻上的损耗PCU=I 2R磁滞损耗其大小与铁心材料反复磁化后的磁滞回线面积成正比涡流损耗交变磁通穿过铁心时，铁心既导磁又导电，因铁心在交变磁通作用下产生感应电动势，从而在垂直于磁通方向的铁心平面内产生旋涡状的感应电流，叫涡流。涡流在铁心内电阻上产生的损耗称涡流损耗。减小涡流损耗的办法增大涡流通路的电阻即用薄的材料叠成铁心减小磁滞损耗的办法铁心尽量采用软磁材料#8-3第9页/共53页二、电压平衡方程式iNL交流铁心线圈大部分经铁心闭合线圈中磁通产生ee主磁通少部分经空气闭合产生eL漏磁通eLu线圈电阻上压降为 iR根据KVL得：或电压平衡方程式#8-3第10页/共53页#二、

7、电压平衡方程式有效值忽略了漏磁感应电动势 和线圈内阻压降 后,方程变为：或重要结论外加电压不变时，交流铁心线圈的铁心内主磁通最大值几乎是不变的。这是分析变压器和交流电动机时的重要概念。8-3第11页/共53页三、交流电磁铁铁心线圈衔铁 交流电磁铁也是一种电磁器件，结构形式与直流电磁铁类似。在工业部门应用极为广泛。如冶金工业中用于提放钢材的电磁吊车；夹持工件的电磁工作台；传递动力的电磁离合器；液压传动中的电磁阀；交流接触器及接触器等。铁心中的磁通是交变的，空气隙处的磁感应强度为：吸力平均值#8-3第12页/共53页三、交流电磁铁瞬时值有效值显然 f 是交变的，存在过零值。会出现吸合不牢的现象。通

8、常在尾端留一切口，套上铜环（或称磁环），铜环产生的感应电流阻碍的变化，致使穿过铜环的与其它存在一相位差，结果产生两个相位不同的电磁吸力，平均后，不再有过零点。见教材P156交流电磁 铁特点1.吸力是交变的，铁心需加分磁环。2.励磁电流吸合前大，吸合后减小。前后吸力不变3.铁心和衔铁均由硅钢片叠成，为减小铁损。#8-3第13页/共53页交、直流电磁铁的特点1.电流恒定，无感应电动势产生。2.无磁滞和涡流损耗，可使用整块铁心3.吸合后，励磁电流不变，F#交流电磁 铁特点1.吸力是交变的，铁心需加分磁环。2.励磁电流吸合前大，吸合后减小。前后吸力不变3.铁心和衔铁均由硅钢片叠成，为减小铁损。直流电磁

9、 铁特点8-3第14页/共53页一、变压器的用途、构造和分类变压器是基于电磁感应原理而制成的静止的电器设备用途变电压，变电流，变阻抗构造心式和壳式两种心式变压器壳式变压器分类单相，三相，多相；升压，降压；仪用电压、电流互感器；焊接变压器，自藕变压器。#有两个绕组也有两个绕组 第四节第四节 单相变压器单相变压器8-4第15页/共53页二、变压器的工作原理原边绕组N1名词介绍幅边绕组N2一次绕组N1二次绕组N2一次侧二次侧均指电源侧 均指负载侧什么是变压器任载运行？什么是变压器空载运行？uuZ2Z2s 一次侧接电源二次侧负载开路 一次侧接电源 二次侧接负载8-4第16页/共53页二、变压器的工作原

10、理变压器空载运行uZ2sI0空载电流U1U20此时的变压器相当 于交流铁心线圈变比二次侧额定电压空载运行的结论：原幅边电压之比等于原幅边匝数之比，等于常数k这 就 是 变 压 器 的 变 电 压 作 用8-4第17页/共53页uZ2sI0空载电流U1U20由 可见，当电源电压U1合频率f不变时，E1和m也都近于常数。也就是说，铁芯中主磁通的最大值在变压器空载或有负载时是差不多恒定的。因此，有负载时产生主磁通的一次、二次绕组的合成磁通势（N1i1+N2i2）应该和空载时产生主磁通的一次绕组的磁通势N1i0差不多相等。即：第18页/共53页uZ2变压器任载运行U1I1U2I2两边绕组中通过的磁通是

11、相同的只要U1不变，主磁通就不应该变，所以有：磁动势平衡方程式有载时原边磁动势 分为两部分1.产生主磁通 （励磁分量）I02.用来补偿I2N2（负载分量I2）,又称去磁一般 I0 很小，小型变压器只有2 3%I1，大的不过10%，当略去I0N1 后有：变电流作用任载运行结论：变电流作用任载后，电压比是否还等于变比 k?变电压作用还有一个作用是变阻抗幅边 Z2原边Z1变阻抗作用或8-4第19页/共53页二、变压器的工作原理空载运行结论：任载运行结论：变电流作用变电压作用变阻抗作用或总结8-4第20页/共53页例题例题：某阻抗为某阻抗为8的扬声器，接于输出变压器的副边，输出变压器的原边接电动势的扬

12、声器，接于输出变压器的副边，输出变压器的原边接电动势ES=10V，内阻内阻RS=200的信号源。设输出变压器为理想变压器，其原副绕组的匝数为的信号源。设输出变压器为理想变压器，其原副绕组的匝数为500/100，如图所示。试求如图所示。试求（1）扬声器的等效阻抗扬声器的等效阻抗R/和获得的功率和获得的功率；（2）扬声器直接接信号源所获扬声器直接接信号源所获得的功率。得的功率。RRSSİ(a)5：1RSSR(b)İ1Ku2R(c)RSS第21页/共53页解解：（1）8电阻接变压器等效电阻为电阻接变压器等效电阻为：获得的功率：获得的功率：第22页/共53页(2)若若8扬声器直接接信号源扬声器直接接信

13、号源（如图如图a所示所示），所获得的功率为所获得的功率为：第23页/共53页1)1)变压器的型号变压器的型号变压器的铭牌和技术数据变压器的铭牌和技术数据S J L 1000/10S J L 1000/10 变压器额定容量(KVA)铝线圈铝线圈 冷却方式冷却方式J:J:油浸自冷式油浸自冷式F:F:风冷式风冷式相数相数S:三相D:单相 高压绕组的额定电压高压绕组的额定电压(KV)(KV)第24页/共53页变压器的外特性和额定值2.额定值一般变压器的额定值在其名牌上给出。额定电压一次额定电压U1N正常时一次绕组所加电压的有效值。二次额定电压U2N一次电压为U1N时，变压器空载时对应二次侧的空载电压有

14、效值，即U20=U2N8-4单相单相：U U1N 1N，一次侧电压，一次侧电压，U U2N2N，二次侧空载时的电压，二次侧空载时的电压三相：三相：U U1N1N、U U2N2N，一次、二次侧的线电压一次、二次侧的线电压第25页/共53页变压器的外特性和额定值2.额定值一般变压器的额定值在其名牌上给出。额定电流一次额定电流I1N一次绕组加额定电压，正常工作时一次绕组允许长期通过的最大电流有效值。二次额定电流I2N一次绕组加额定电压，正常工作时二次绕组允许长期通过的最大电流有效值。8-4单相：一次、二次侧绕组允许的电流值单相：一次、二次侧绕组允许的电流值三相：一次、二次侧绕组线电流三相：一次、二次

15、侧绕组线电流第26页/共53页指二次侧的输出额定视在功率即：8-4 额定容量额定容量S SN N:传送功率的最大能力。传送功率的最大能力。单相：单相：三相：三相：注意：变压器几个功率的关系注意：变压器几个功率的关系(单相单相)容量：一次侧输入功率：输出功率：容量容量 S SN N 输出功率输出功率 P P2 2 一次侧输入功率一次侧输入功率 P P1 1 输出功率输出功率 P P2 2额定频率额定频率50HZ第27页/共53页三、变压器的外特性和额定值1.外特性电压保持不变，变压器任载后，由于一、二次侧均有电流通过，必然在一次侧、二次侧内阻抗上产生电压降，从而使二次电压随负载电流增加变小。称曲

16、线为变压器的外特性。变压器外特性电压调整率满载时电压空载电压一般在5%以内8-4第28页/共53页四、变压器的损耗和效率变压器损耗 p 分铁损 pFe 和铜损 pCu 1.铁损是交变的主磁通在铁心中产生磁滞损耗ph和涡流损耗pe之和又称为固定损耗2.铜损又称为可变损耗变压器一次侧、二次侧均有电阻，当有电流通过时，产生损耗3.效率一次侧输入功率p1，二次侧输出功率p2，效率为p=pFe+pCu小型变压器的效率为7085%，大型变压器效率可达98%8-4第29页/共53页5.2.3三相变压器三相变压器三相变压器一般采用芯式结构，在三相变压器一般采用芯式结构，在“”形铁芯形铁芯的三个铁芯柱上，每个铁

17、芯柱分别安放一相的原的三个铁芯柱上，每个铁芯柱分别安放一相的原边和副边绕组，即对应相的原副边绕组放在同一边和副边绕组，即对应相的原副边绕组放在同一铁芯柱上。铁芯柱上。ABCABCabcxyz第30页/共53页 三相原副边绕组根据需要，进行适当的三相联三相原副边绕组根据需要，进行适当的三相联结，星形或三角形联结；结，星形或三角形联结；如图，三相原边绕组已接为星形，副边尚未如图，三相原边绕组已接为星形，副边尚未联结；联结；当原边输入为三相对称电压时，三相副边绕当原边输入为三相对称电压时，三相副边绕组输出的三相电压也一定为三相对称电压；组输出的三相电压也一定为三相对称电压；原副边绕组的输出电压也取决

18、于原副边绕组原副边绕组的输出电压也取决于原副边绕组的匝数比。的匝数比。第31页/共53页 变压器的原副边绕组的同名端变压器的原副边绕组的同名端 变压器三相绕组的星形、三角形接法不是随变压器三相绕组的星形、三角形接法不是随便进行的便进行的;在接入之前必须先标出变压器原副边绕组的在接入之前必须先标出变压器原副边绕组的同名端，再按一定的规定进行星形、三角形联结，同名端，再按一定的规定进行星形、三角形联结，否则，三相变压器不能正常工作甚至被损坏。否则，三相变压器不能正常工作甚至被损坏。第32页/共53页 同一铁芯（相连同一磁通）的两个（或多个）同一铁芯（相连同一磁通）的两个（或多个）原副绕组中，某一瞬

19、时具有原副绕组中，某一瞬时具有 相同极性的出线端称相同极性的出线端称为为同名端。同名端。对于变压器的原副边绕组（三相变压器中取对于变压器的原副边绕组（三相变压器中取出其中一相），其原绕组与副绕组相连着同一个出其中一相），其原绕组与副绕组相连着同一个主磁通。当磁通交变时，都会在原副绕组中产生主磁通。当磁通交变时，都会在原副绕组中产生感生电动势，一个绕组的某一端点的电位为正感生电动势，一个绕组的某一端点的电位为正时，另一绕组的两个端点必然有一个端点的电位时，另一绕组的两个端点必然有一个端点的电位也是正的。这两个相应得同极性电位端即为同名也是正的。这两个相应得同极性电位端即为同名端。端。第33页/共

20、53页 绕组的同名端取决于绕组的绕向，三相变压绕组的同名端取决于绕组的绕向，三相变压器或多绕组的单相变压器的出线端，一般都器或多绕组的单相变压器的出线端，一般都*标出标出同名端。同名端。变压器绕组的同名端可以通过实验的方法测变压器绕组的同名端可以通过实验的方法测得。得。一般三相变压器中，以一般三相变压器中，以A A、B B、C C和和a a、b b、c c分分别表示原副绕组的首端，别表示原副绕组的首端，X X、Y Y、Z Z和和x x、y y、z z分别分别表示原副绕组的尾端，即表示原副绕组的尾端，即A A和和a a、B B和和b b、C C和和c c互为互为同名端，同理，同名端，同理，X X

21、和和x x、Y Y和和y y、Z Z和和z z也互为同名端。也互为同名端。第34页/共53页同名端的实验判别方法同名端的实验判别方法交流测定法交流测定法 接线如图（a）所示，当一侧绕组加上交流电压时（通常加在高压侧）。（a）4+-3u12V第35页/共53页 若电压表中的读数高于所加的电压，则若电压表中的读数高于所加的电压，则该读数为两个绕组中的感应电势之和，说该读数为两个绕组中的感应电势之和，说明两个绕组为正向串联，即被连接的两端明两个绕组为正向串联，即被连接的两端为异名端；为异名端；若电压表的读数低于所加的电压，则为若电压表的读数低于所加的电压，则为两个绕组中的感应电动势之差，即被连接两个

22、绕组中的感应电动势之差，即被连接的两端为同名端。的两端为同名端。第36页/共53页直流测定法直流测定法的接线图的接线图 接线如图（接线如图（b b）所示，一侧绕组接直流）所示，一侧绕组接直流电源（通常在低压侧）；电源（通常在低压侧）；若开关若开关S S合上瞬间，另一侧所接的直流合上瞬间，另一侧所接的直流毫安表的指针正偏，则与电流表正极的连毫安表的指针正偏，则与电流表正极的连接端与另一绕组中与电源正极的连接端为接端与另一绕组中与电源正极的连接端为同名端。同名端。若指针反偏，则该端的为异名端。若指针反偏，则该端的为异名端。4+-3S2OOA（b）1第37页/共53页三相变压器的连接组别三相变压器的

23、连接组别 三相变压器以及三相组合变压器，由于首尾端三相变压器以及三相组合变压器，由于首尾端的的标志不同和原副绕组星形、三角形接法的不同，使标志不同和原副绕组星形、三角形接法的不同，使得得三相变压器原副边对于相产生各种不同的相位差，三相变压器原副边对于相产生各种不同的相位差，形形成了三相变压器的各种不同连接组别，分别以相应成了三相变压器的各种不同连接组别，分别以相应的的符号表示符号表示 。比如比如Y/Y-12、Y/-11、Y0/-11连接等，连接等，是船舶三相变压器常用的连接组别。是船舶三相变压器常用的连接组别。星形连接三角形连接带中线星形连接第38页/共53页1212表示副边电压与原边电压同相

24、位表示副边电压与原边电压同相位1111表示副边电压滞后原边电压表示副边电压滞后原边电压3030度相位角。度相位角。abcABCBCAabc(a)ABCBCAabcabc(b)第39页/共53页 使用时，改变滑动端的位置，便可得到不同的使用时，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是根据此原理输出电压。实验室中用的调压器就是根据此原理制作的。制作的。注意：一次、二次侧千万不能对调使用，注意：一次、二次侧千万不能对调使用，以防变压器损坏。因为以防变压器损坏。因为N N变小时，磁通增大，电流变小时，磁通增大，电流会迅速增加。会迅速增加。特殊变压器特殊变压器1.1.1.1.自耦

25、变压器自耦变压器自耦变压器自耦变压器ABP+ABP+第40页/共53页1.二次侧不能短路，二次侧不能短路，以防产生过流以防产生过流；2.2.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，以防在绝缘损坏时，在二次绝缘损坏时，在二次侧出现高压。侧出现高压。使用注意事项使用注意事项：电压表被测电压=电压表读数 N1/N22.2.2.2.电压互感器电压互感器电压互感器电压互感器 实现用低量程的电压表测量高电压实现用低量程的电压表测量高电压VR N1（匝数多）保险丝 N2（匝数少）u（被测电压）第41页/共53页电流表被测电流=电流表读数 N2/N11.二次侧不能开路，二次侧不能开路，以防产

26、生高电压；以防产生高电压；2.2.铁心、低压绕组的铁心、低压绕组的一端接地，以防在绝一端接地，以防在绝缘损坏时，在二次侧缘损坏时，在二次侧出现过压。出现过压。使用注意事项使用注意事项：3.3.3.3.电流互感器电流互感器电流互感器电流互感器实现用低量程的电流表测量大电流实现用低量程的电流表测量大电流（被测电流）N N1 1（匝数少匝数少）N N2 2（匝数多匝数多）ARi1i2第42页/共53页第八章结束课后练习第43页/共53页 第八章习题解答第八章习题解答第44页/共53页铁心线圈衔铁直流电磁铁通电演示返回衔铁的吸合应是瞬间完成#通电演示铁心线圈衔铁第45页/共53页关于磁滞 当外电场H 值作正负变化使铁磁材料反复磁化过程中，B 的变化总是落后于H 的变化。铁磁材料反复磁化后，得到近似对称原点的闭合曲线，叫磁滞回线。不同的磁性材料，其磁滞回线形状不同HBHB软磁材料HB硬磁材料#返回第46页/共53页返回第47页/共53页返回第48页/共53页返回第49页/共53页第50页/共53页第51页/共53页箱式变压器-简称：箱变第52页/共53页感谢您的观看！第53页/共53页