工信版(中职）电工电子技术及应用第四章 磁路与变压器教学课件.ppt

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1、YCF(中职）电工电子技术及应用第四章 磁路与变压器教学课件第四章第四章 磁路与变压器磁路与变压器第一节第一节 磁路的基本知识磁路的基本知识第二节第二节 变压器变压器第三节第三节 几种常用变压器几种常用变压器第一节第一节 磁路的基本知识磁路的基本知识一、磁路一、磁路 由铁芯制成，使磁通集中能过的回路称磁路。如由铁芯制成，使磁通集中能过的回路称磁路。如图图4-1所示。所示。铁芯中的磁通铁芯中的磁通称为主磁通。称为主磁通。若用若用表示磁通，线圈中电流有效值表示磁通，线圈中电流有效值I与线圈匝数与线圈匝数N的乘积的乘积表示磁动势，表示磁动势，Rm表示磁阻。磁路与电路对照如表示磁阻。磁路与电路对照如表

2、表4-1所示。所示。下一页下一页第一节第一节 磁路的基本知识磁路的基本知识二、磁滞现象二、磁滞现象 当铁芯线圈通入交流电时，铁芯中的磁畴会随交流电的变当铁芯线圈通入交流电时，铁芯中的磁畴会随交流电的变化而被反复磁化。但由于磁畴本身存在化而被反复磁化。但由于磁畴本身存在“惯性惯性”，使得磁通，使得磁通的变化滞后于电流的变化。这种现象称为磁滞。反复磁化形的变化滞后于电流的变化。这种现象称为磁滞。反复磁化形成的封闭曲线称为磁滞回线。如成的封闭曲线称为磁滞回线。如图图4-4所示。所示。外磁场不断克服磁畴的外磁场不断克服磁畴的“惯性惯性”要消耗一定的能量，称磁要消耗一定的能量，称磁滞损耗。磁滞损耗是引起

3、铁芯发热的原因之一。在交流供电滞损耗。磁滞损耗是引起铁芯发热的原因之一。在交流供电用电设备中，应选择磁滞损耗小的铁磁材料，称软磁材料。用电设备中，应选择磁滞损耗小的铁磁材料，称软磁材料。相反，磁滞损耗较大的铁磁材料称硬磁材料。不同铁磁材料相反，磁滞损耗较大的铁磁材料称硬磁材料。不同铁磁材料可用专门仪器测出其磁滞回线进行比较，以区分各属于何性。可用专门仪器测出其磁滞回线进行比较，以区分各属于何性。表表4-3对硬、软磁材料进行了比较、对硬、软磁材料进行了比较、下一页下一页上一页上一页第一节第一节 磁路的基本知识磁路的基本知识三、涡流三、涡流 交变的磁通穿过铁芯导体时，根据法拉第电磁感应定律，交变的

4、磁通穿过铁芯导体时，根据法拉第电磁感应定律，在其内部产生旋涡形的电流，称为涡流、如在其内部产生旋涡形的电流，称为涡流、如图图4-5(a)所示所示 涡流会使铁芯发热并消耗能量，称涡流损耗，为厂减少涡涡流会使铁芯发热并消耗能量，称涡流损耗，为厂减少涡流损耗，铁芯通常采用彼此绝缘的硅钢片叠成，而且所用的流损耗，铁芯通常采用彼此绝缘的硅钢片叠成，而且所用的硅钢片中含有少量的硅硅钢片中含有少量的硅(0.8%-4.8%)，如，如图图4-5(b)所示。所示。下一页下一页上一页上一页第一节第一节 磁路的基本知识磁路的基本知识四、交流铁芯线圈电路四、交流铁芯线圈电路 图图4-6为交流铁芯线圈电路。由于线圈中有铁

5、芯存在，使线为交流铁芯线圈电路。由于线圈中有铁芯存在，使线圈的外加电压与线圈中的电流是非线性关系。这种非线性关圈的外加电压与线圈中的电流是非线性关系。这种非线性关系主要是因为磁通与电流的非线性关系造成的。其非线性关系主要是因为磁通与电流的非线性关系造成的。其非线性关系可由磁化曲线分析得出。而电压与磁通的关系由以下公式系可由磁化曲线分析得出。而电压与磁通的关系由以下公式得出。得出。式中式中 U加在铁芯线圈上的电压的有效值加在铁芯线圈上的电压的有效值;N线圈匝数线圈匝数;f电源频率电源频率;m铁芯中交变磁通的幅值。铁芯中交变磁通的幅值。上一页上一页返返 回回第二节第二节 变压器变压器一、变压器的基

6、本结构一、变压器的基本结构1.线圈线圈 线圈又称为绕组。线圈又称为绕组。接电源的绕组称为原绕组接电源的绕组称为原绕组(或初级绕组、一次绕组或初级绕组、一次绕组)，接负载，接负载的绕组称为副绕组的绕组称为副绕组(或次级绕组、二次绕组或次级绕组、二次绕组)。2.铁芯铁芯 变压器铁芯的作用是构成磁路。变压器铁芯的作用是构成磁路。变压器的铁芯一般分为心式和壳式两大类。如变压器的铁芯一般分为心式和壳式两大类。如图图4-7所示。所示。心式变压器在两侧铁芯柱上放置线圈，壳式变压器在中间铁心式变压器在两侧铁芯柱上放置线圈，壳式变压器在中间铁芯柱上放置线圈。芯柱上放置线圈。下一页下一页第二节第二节 变压器变压器

7、二、变压器的工作原理二、变压器的工作原理 图图4-8为变压器空载运行原理图。变压器空载运行是指原为变压器空载运行原理图。变压器空载运行是指原绕组接电源，副绕组开路的状态。绕组接电源，副绕组开路的状态。理想状态下，变压器的电压变换关系为理想状态下，变压器的电压变换关系为 当副绕组接入负载当副绕组接入负载Z2时，称有载运行。时，称有载运行。图图4-9为变压器的有为变压器的有载运行原理图。载运行原理图。在理想情况下，输入变压器的功率全部消耗在负载上，有在理想情况下，输入变压器的功率全部消耗在负载上，有下一页下一页上一页上一页第二节第二节 变压器变压器二、变压器的工作原理二、变压器的工作原理 在在图图

8、4-10中，副绕组接入阻抗值为中，副绕组接入阻抗值为|Z2|的负载，从原绕组看的负载，从原绕组看进去等效阻抗值为进去等效阻抗值为|Z1|，有，有下一页下一页上一页上一页第二节第二节 变压器变压器三、变压器的外特性三、变压器的外特性 在电源电压和负载功率因数不变的条件下，变压器副绕组在电源电压和负载功率因数不变的条件下，变压器副绕组电压电压U2与电流与电流I2的关系称为变压器的外特性。变压器副绕组的关系称为变压器的外特性。变压器副绕组所接负载变化时，电压所接负载变化时，电压U2将随负载电流将随负载电流I2的增加而下降，如的增加而下降，如图图4-11所示。所示。下一页下一页上一页上一页第二节第二节

9、 变压器变压器四、变压器的损耗及效率四、变压器的损耗及效率 变压器主要有两部分功率损耗，铁损耗和铜损耗。变压器主要有两部分功率损耗，铁损耗和铜损耗。变压器铁芯中的磁滞损耗和涡流损耗称为铁损耗。当外加变压器铁芯中的磁滞损耗和涡流损耗称为铁损耗。当外加电压一定时，工作磁通一定，铁损耗是不变的，也称为固定电压一定时，工作磁通一定，铁损耗是不变的，也称为固定损耗。损耗。变压器绕组有电阻，电流通过绕组时功率损耗称为铜损耗。变压器绕组有电阻，电流通过绕组时功率损耗称为铜损耗。铜损耗的大小随通过绕组中的电流变化而变化，也称铜损耗铜损耗的大小随通过绕组中的电流变化而变化，也称铜损耗为可变损耗。为可变损耗。变压

10、器的输出功率与输入功率之比称为变压器的效率。变变压器的输出功率与输入功率之比称为变压器的效率。变压器的效率常用下式确定压器的效率常用下式确定上一页上一页返返 回回第三节第三节 几种常用变压器几种常用变压器一、自藕变压器一、自藕变压器 在普通的变压器中，原、副绕组之间仅有磁藕合，而无直在普通的变压器中，原、副绕组之间仅有磁藕合，而无直接的电联系。而自藕变压器原、副绕组共用一部分绕组，它接的电联系。而自藕变压器原、副绕组共用一部分绕组，它们之间不仅有磁藕合，还有电的联系，其原理图如们之间不仅有磁藕合，还有电的联系，其原理图如图图4-12所所示。示。图图4-13表示用自锅变压器给携带式行灯提供表示用

11、自锅变压器给携带式行灯提供12V的工作电的工作电压的电路图。图压的电路图。图(a)的接法是错误的。正确的接法见图的接法是错误的。正确的接法见图(b)。自锅变压器也可以用于升压，接法如自锅变压器也可以用于升压，接法如图图4-14所示所示下一页下一页第三节第三节 几种常用变压器几种常用变压器一、自藕变压器一、自藕变压器 自自藕藕变压器还可以把抽头制成能够沿线圈自由滑动的触点，变压器还可以把抽头制成能够沿线圈自由滑动的触点，可平滑调节副绕组电压。其铁芯制成环形，靠手柄转动滑动可平滑调节副绕组电压。其铁芯制成环形，靠手柄转动滑动触点来调压。触点来调压。图图4-15为实验室常用的低压小容量的自为实验室常

12、用的低压小容量的自藕藕变压变压器。器。自自藕藕变压器可以制成三相结构，绕组作星形连接，用于改变压器可以制成三相结构，绕组作星形连接，用于改变三相交流电压。常用于三相异步中动机的降压启动。变三相交流电压。常用于三相异步中动机的降压启动。图图4-16为三相自藕变压器的结构图为三相自藕变压器的结构图下一页下一页上一页上一页第三节第三节 几种常用变压器几种常用变压器二、电焊变压器二、电焊变压器 电弧焊接是在焊条与焊件之间燃起电弧，用电弧的高温使电弧焊接是在焊条与焊件之间燃起电弧，用电弧的高温使金属熔化进行焊接。电焊变压器就是为满足电弧焊接的需要金属熔化进行焊接。电焊变压器就是为满足电弧焊接的需要而设计

13、制造的特殊的变压器。而设计制造的特殊的变压器。图图4-17是其原理图。是其原理图。三、电力变压器三、电力变压器 电力系统一般均采用三相制，所以电力变压器均系三相变电力系统一般均采用三相制，所以电力变压器均系三相变压器。三相变压器的工作原理与单相变压器相同。压器。三相变压器的工作原理与单相变压器相同。图图4-18为为三相变压器的结构图。三相变压器的结构图。下一页下一页上一页上一页第三节第三节 几种常用变压器几种常用变压器四、互感器四、互感器 在电工测量中，被测量的电量经常是高电压或大电流。为在电工测量中，被测量的电量经常是高电压或大电流。为了保证测量者的安全，必须将待测电压或电流按一定比例降了保

14、证测量者的安全，必须将待测电压或电流按一定比例降低，以便于测量。用于测量的变压器称为仪用互感器。按用低，以便于测量。用于测量的变压器称为仪用互感器。按用途可分为电压互感器和电流互感器。途可分为电压互感器和电流互感器。图图4-20是接有电压互感器和电流互感器测量电压和电流的是接有电压互感器和电流互感器测量电压和电流的电路图。电路图。1.电压互感器电压互感器 电压互感器的原绕组接待测高压，副绕组接电压表。其工电压互感器的原绕组接待测高压，副绕组接电压表。其工作原理为作原理为下一页下一页上一页上一页第三节第三节 几种常用变压器几种常用变压器四、互感器四、互感器2.电流互感器电流互感器 电流互感器的原

15、绕组串联在待测电路中，待测电路的电流电流互感器的原绕组串联在待测电路中，待测电路的电流I1,即为原绕组电流。副绕组接电流表，流过电流为即为原绕组电流。副绕组接电流表，流过电流为I2，其工，其工作原理为作原理为上一页上一页返返 回回图图4-1 磁路磁路返返 回回表表4-1 磁路与电路对照表磁路与电路对照表返返 回回图图4-4 磁滞回线磁滞回线返返 回回表表4-3 硬、软磁材料比较表硬、软磁材料比较表下一页下一页表表4-3 硬、软磁材料比较表硬、软磁材料比较表返返 回回图图4-5 涡流涡流返返 回回图图4-6 交流铁芯线圈电路交流铁芯线圈电路返返 回回图图4-7 变压器的结构和图形符号变压器的结构

16、和图形符号返返 回回图图4-8 变压器空载运行原理图变压器空载运行原理图返返 回回图图4-9 变压器有载运行原理图变压器有载运行原理图返返 回回图图4-10 负载阻抗的等效变换负载阻抗的等效变换返返 回回图图4-11 变压器外特性曲线变压器外特性曲线返返 回回图图4-12 自藕变压器工作原理自藕变压器工作原理返返 回回图图4-13 自藕变压器的使用自藕变压器的使用返返 回回图图4-14 可用于升压的自藕变压器原可用于升压的自藕变压器原理图理图返返 回回图图4-15 实验室用自藕变压器实验室用自藕变压器返返 回回图图4-16 三相自藕变压器三相自藕变压器返返 回回图图4-17 电焊变压器原理图电焊变压器原理图返返 回回图图4-18 三相变压器结构三相变压器结构返返 回回图图4-20 仪用互感器仪用互感器返返 回回