变压器的相关性质及计算-PPT.ppt

《变压器的相关性质及计算-PPT.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《变压器的相关性质及计算-PPT.ppt（55页珍藏版）》请在淘文阁 - 分享文档赚钱的网站上搜索。

1、变压器的相关性质及计算2.2.了解变压器的基本结构、工作原理、运行特性和了解变压器的基本结构、工作原理、运行特性和绕组的同极性端，理解变压器额定值的意义；绕组的同极性端，理解变压器额定值的意义；3.3.掌握变压器电压、电流和阻抗变换作用；掌握变压器电压、电流和阻抗变换作用；44.了解三相电压的变换方法；了解三相电压的变换方法；本章要求：第6章 磁路与铁心线圈电路5.5.了解电磁铁的基本工作原理及其应用知识。了解电磁铁的基本工作原理及其应用知识。1.1.理解磁场的基本物理量的意义，了解磁性材料的理解磁场的基本物理量的意义，了解磁性材料的基本知识及磁路的基本定律，会分析计算交流铁基本知识及磁路的基

2、本定律，会分析计算交流铁心线圈电路；心线圈电路；3.1 磁路及其分析方法1.磁感应强度磁感应强度磁感应强度B B:表示磁场内某点磁场强弱和方向的物理量。表示磁场内某点磁场强弱和方向的物理量。磁感应强度磁感应强度BB的大小的大小:磁感应强度磁感应强度BB的方向的方向:与电流的方向之间符合右手螺旋定则。与电流的方向之间符合右手螺旋定则。磁感应强度磁感应强度BB的单位的单位:特斯拉特斯拉(TT)，11T=1Wb/mT=1Wb/m22 均匀磁场均匀磁场:各点磁感应强度大小相等，方向相同的各点磁感应强度大小相等，方向相同的 磁场，也称匀强磁场。磁场，也称匀强磁场。3.1.1 磁场的基本物理量2.磁通磁通

3、磁通：穿过垂直于：穿过垂直于BB方向的面积方向的面积SS中的磁力线总数。中的磁力线总数。说明说明:如果不是均匀磁场，则取如果不是均匀磁场，则取BB的平均值。的平均值。在在均匀磁场中均匀磁场中=B S=B S 或或 B=B=/SS 磁感应强度磁感应强度BB在数值上可以看成为与磁场方向垂直在数值上可以看成为与磁场方向垂直的单位面积所通过的磁通的单位面积所通过的磁通,故又称磁通密度。故又称磁通密度。磁通磁通 的单位的单位:韦韦伯伯(WbWb)1Wb=1V 1Wb=1Vss3.磁场强度磁场强度磁场强度HH：介质中某点的磁感应强度：介质中某点的磁感应强度 B B 与介质与介质 磁导率磁导率 之比。之比。

4、磁场强度磁场强度HH的单位的单位：安培安培/米（米（A/mA/m)真空的磁导率为常数，用真空的磁导率为常数，用 00表示，有：表示，有：4.磁导率磁导率磁导率：表示磁场媒质磁性的物理量，衡量物质：表示磁场媒质磁性的物理量，衡量物质 的导磁能力的导磁能力。相对磁导率相对磁导率 rr：任一种物质的磁导率任一种物质的磁导率 和真空的磁导率和真空的磁导率00的比值的比值。磁导率磁导率 的单位：亨的单位：亨/米（米（H/mH/m）物质的磁性1.1.非磁性物质非磁性物质 非磁性物质分子电流的磁场方向杂乱无章，几乎非磁性物质分子电流的磁场方向杂乱无章，几乎不受外磁场的影响而互相抵消，不具有磁化特性。不受外磁

5、场的影响而互相抵消，不具有磁化特性。非磁性材料的磁导率都是常数，有：非磁性材料的磁导率都是常数，有：所以磁通所以磁通 与产生此磁通的电流与产生此磁通的电流 I I 成正比，呈成正比，呈线性关系。线性关系。当磁场媒质是非磁性材料时，有：当磁场媒质是非磁性材料时，有：即即 BB与与 H H 成正比，呈线性关系。成正比，呈线性关系。由于由于O OH HB B 00 rr 11B B=00 H H()(I I)2.2.磁性物质磁性物质 磁性物质内部形成许多小区域，其分子间存在的一磁性物质内部形成许多小区域，其分子间存在的一种特殊的作用力使每一区域内的分子磁场排列整齐，种特殊的作用力使每一区域内的分子磁

6、场排列整齐，显示磁性，称这些小区域为磁畴。显示磁性，称这些小区域为磁畴。在外磁场作用下，磁畴方向发生变化，使之与外在外磁场作用下，磁畴方向发生变化，使之与外磁场方向趋于一致，物质整体显示出磁性来，称为磁场方向趋于一致，物质整体显示出磁性来，称为磁化。即磁性物质能被磁化。磁化。即磁性物质能被磁化。磁 磁畴 畴外 外磁 磁场 场 在没有外磁场作用的普通磁性物质中，各个磁畴排在没有外磁场作用的普通磁性物质中，各个磁畴排列杂乱无章，磁场互相抵消，整体对外不显磁性。列杂乱无章，磁场互相抵消，整体对外不显磁性。磁 磁畴 畴大家有疑问的，可以询问和交流可以互相讨论下，但要小声点 可以互相讨论下，但要小声点3

7、.1.2 磁性材料的磁性能1.高导磁性 磁性材料的磁导率通常都很高，即磁性材料的磁导率通常都很高，即 r r 1 1(如坡如坡莫合金，其莫合金，其 r r 可达可达 2210105 5)。磁性材料磁性材料能被强烈的磁化，能被强烈的磁化，具有很高的导磁性具有很高的导磁性能。能。磁性材料主要指铁、镍、钴及其合金等。磁性材料主要指铁、镍、钴及其合金等。磁性物质的高导磁性被广泛地应用于电工设备磁性物质的高导磁性被广泛地应用于电工设备中，如电机、变压器及各种铁磁元件的线圈中都中，如电机、变压器及各种铁磁元件的线圈中都放有铁心。放有铁心。磁性物质的高导磁性被广泛地应用于电工设备磁性物质的高导磁性被广泛地应

8、用于电工设备中，如电机、变压器及各种铁磁元件的线圈中都中，如电机、变压器及各种铁磁元件的线圈中都放有铁心。在这种具有铁心的线圈中通入不太大放有铁心。在这种具有铁心的线圈中通入不太大的励磁电流，便可以产生较大的磁通和磁感应强的励磁电流，便可以产生较大的磁通和磁感应强度。度。磁性物质由于磁化所产生的磁化磁场不会随着磁性物质由于磁化所产生的磁化磁场不会随着外磁场的增强而无限的增强。外磁场的增强而无限的增强。2.磁饱和性BBJJ 磁场内磁性物质的磁化磁场磁场内磁性物质的磁化磁场 的磁感应强度曲线；的磁感应强度曲线；BB0 0 磁场内不存在磁性物质时的磁场内不存在磁性物质时的 磁感应强度直线；磁感应强度

9、直线；BB BBJJ曲线和曲线和BB00直线的纵坐标相直线的纵坐标相 加即磁场的加即磁场的 BB-HH 磁化曲线。磁化曲线。O OH HB BB B0 0B BJ JB B a a b b磁化曲线磁化曲线磁性物质由于磁化所产生的磁化磁场不会随着磁性物质由于磁化所产生的磁化磁场不会随着外磁场的增强而无限的增强。当外磁场增大到一定外磁场的增强而无限的增强。当外磁场增大到一定程度时，磁性物质的全部磁畴的磁场方向都转向与程度时，磁性物质的全部磁畴的磁场方向都转向与外部磁场方向一致，磁化磁场的磁感应强度将趋向外部磁场方向一致，磁化磁场的磁感应强度将趋向某一定值。如图。某一定值。如图。BB-HH 磁化曲线

10、的特征：磁化曲线的特征：O Oaa段：段：B B 与与HH几乎成正比地增加；几乎成正比地增加；abab段：段：B B 的增加缓慢下来；的增加缓慢下来；bb点以后：点以后：BB增加很少，达到饱和。增加很少，达到饱和。O OH HB BB B0 0B BJ JB B a a b b 有磁性物质存在时，有磁性物质存在时，B B 与与 HH不成不成正比，磁性物质的磁导率正比，磁性物质的磁导率不是常不是常数，随数，随HH而变。而变。磁化曲线磁化曲线3.磁滞性 磁性材料在交变磁场中反复磁化，其磁性材料在交变磁场中反复磁化，其BB-HH关系曲线关系曲线是一条回形闭合曲线，称为磁滞回线。是一条回形闭合曲线，称

11、为磁滞回线。磁滞性：磁性材料中磁感应强度磁滞性：磁性材料中磁感应强度BB的变化总是滞后于的变化总是滞后于 外磁场变化的性质。外磁场变化的性质。磁滞回线 磁滞回线O OHHBBB Br rH Hcc剩磁感应强度剩磁感应强度BBrr(剩磁剩磁)：当线圈中电流减小到零当线圈中电流减小到零(HH=0)=0)时，铁心中的磁感应强度。时，铁心中的磁感应强度。矫顽磁力矫顽磁力HHcc：使使 B B=0=0 所需的所需的 H H 值。值。磁性物质不同，其磁滞回线磁性物质不同，其磁滞回线和磁化曲线也不同。和磁化曲线也不同。按磁性物质的磁性能，磁性材料分为三种类型：按磁性物质的磁性能，磁性材料分为三种类型：(1)

12、(1)软磁材料软磁材料 具有较小的矫顽磁力，磁滞回线较窄。一般用具有较小的矫顽磁力，磁滞回线较窄。一般用来制造电机、电器及变压器等的铁心。常用的有铸来制造电机、电器及变压器等的铁心。常用的有铸铁、硅钢、坡莫合金即铁氧体等。铁、硅钢、坡莫合金即铁氧体等。(2)(2)永磁材料永磁材料 具有较大的矫顽磁力，磁滞回线较宽。一般用具有较大的矫顽磁力，磁滞回线较宽。一般用来制造永久磁铁。常用的有碳钢及铁镍铝钴合金等。来制造永久磁铁。常用的有碳钢及铁镍铝钴合金等。(3)(3)矩磁材料矩磁材料 具有较小的矫顽磁力和较大的剩磁，磁滞回线具有较小的矫顽磁力和较大的剩磁，磁滞回线接近矩形，稳定性良好。在计算机和控制

13、系统中用接近矩形，稳定性良好。在计算机和控制系统中用作记忆元件、开关元件和逻辑元件。常用的有镁锰作记忆元件、开关元件和逻辑元件。常用的有镁锰铁氧体等。铁氧体等。3.1.3 磁路的分析方法1.磁路的概念 在电机、变压器及各种铁磁元件中常用磁性材料做在电机、变压器及各种铁磁元件中常用磁性材料做成一定形状的铁心。铁心的磁导率比周围空气或其它成一定形状的铁心。铁心的磁导率比周围空气或其它物质的磁导率高的多，磁通的绝大部分经过铁心形成物质的磁导率高的多，磁通的绝大部分经过铁心形成闭合通路，磁通的闭合路径称为磁路。闭合通路，磁通的闭合路径称为磁路。+NIfNSS直流电机的磁路 直流电机的磁路交流接触器的磁

14、路 交流接触器的磁路式中：式中：F=NIF=NI 为磁通势，由其产生磁通；为磁通势，由其产生磁通；RRmm 称为磁阻，表示磁路对磁通的阻碍作用；称为磁阻，表示磁路对磁通的阻碍作用；l l 为磁路的平均长度；为磁路的平均长度；S S 为磁路的截面积。为磁路的截面积。2.2.磁路的欧姆定律磁路的欧姆定律 若某磁路的磁通为若某磁路的磁通为，磁通势为磁通势为FF，磁阻为，磁阻为RRmm，则，则此即磁路的欧姆定律。此即磁路的欧姆定律。3.3.磁路与电路的比较磁路与电路的比较 磁路磁路磁通势 磁通势F F磁通 磁通 磁阻 磁阻电路电路电动势 电动势 E E电流密度 电流密度 J J 电阻 电阻磁感应强度

15、磁感应强度B B电流 电流 I I N NI I+_ _E EI IR R（11）磁滞损耗（）磁滞损耗（PPhh）由磁滞所产生的能量损耗称为磁滞损耗（由磁滞所产生的能量损耗称为磁滞损耗（PPhh）。）。磁滞损耗的大小：磁滞损耗的大小：单位体积内的磁滞损耗正比与单位体积内的磁滞损耗正比与磁滞回线的面积和磁场交变的频磁滞回线的面积和磁场交变的频率率 ff。O OHHBB 磁滞损耗转化为热能，引起磁滞损耗转化为热能，引起铁心发热。铁心发热。减少磁滞损耗的措施：减少磁滞损耗的措施：选用磁滞回线狭小的磁性材料制作铁心。变压器和选用磁滞回线狭小的磁性材料制作铁心。变压器和电机中使用的硅钢等材料的磁滞损耗较

16、低。电机中使用的硅钢等材料的磁滞损耗较低。设计时应适当选择值以减小铁心饱和程度。设计时应适当选择值以减小铁心饱和程度。功率损耗(2)(2)涡流损耗（涡流损耗（PPee）涡流损耗涡流损耗:由涡流所产生的功率损耗。由涡流所产生的功率损耗。涡流涡流：交变磁通在铁心内产生感：交变磁通在铁心内产生感应电动势和电流，称为涡流。涡流应电动势和电流，称为涡流。涡流在垂直于磁通的平面内环流。在垂直于磁通的平面内环流。涡流涡流损耗转化为热能，引起铁心发热。损耗转化为热能，引起铁心发热。减少涡流损耗措施：减少涡流损耗措施：提高铁心的电阻率。铁心用彼此提高铁心的电阻率。铁心用彼此绝缘的钢片叠成，把涡流限制在较绝缘的钢

17、片叠成，把涡流限制在较小的截面内。小的截面内。铁心线圈交流电路的有功功率为：铁心线圈交流电路的有功功率为：3.2 变压器 变压器是是输电,配电系统中不可缺少的重要电气设备，在电力系统和电子线路中应用广泛。变电压：电力系统 变阻抗：电子线路中的阻抗匹配变电流：电流互感器 变压器的主要功能有变压器的主要功能有：在能量传输过程中，当输送功率P=UI cos 及负载功率因数cos 一定时：电能损耗小节省金属材料（经济）3.2.1 概述U IP=I RlI S 电力工业中常采用高压输电低压配电，实现节能电力工业中常采用高压输电低压配电，实现节能并保证用电安全。具体如下：并保证用电安全。具体如下：发电厂1

18、0.5kV输电线220kV升压仪器36V降压实用电380/220V降压变电站 10kV降压降压变压器的结构变压器的磁路及机械骨架绕组：绕组：一次绕组一次绕组二次绕组二次绕组单相变压器+由高导磁硅钢片叠成厚0.35mm 或 0.5mm铁心变压器的电路变压器的电路一次绕组N1二次绕组N2铁心变压器的结构变压器的分类电压互感器电压互感器 电流互感器电流互感器 按用途分按用途分电力变压器电力变压器(输配电用输配电用)仪用变压器仪用变压器 整流变压器整流变压器 按相数分按相数分三相变压器三相变压器 单相变压器单相变压器 按制造方式按制造方式壳式壳式心式心式变压器符号变压器符号3.2.2 变压器的工作原理

19、单相变压器+一次绕组N1二次绕组N2铁心 一次、二次绕组互不相连，能量的传递靠磁耦合。一次、二次绕组互不相连，能量的传递靠磁耦合。当原绕组（一次绕组）接上电源后，交变电流当原绕组（一次绕组）接上电源后，交变电流即在铁心中产生交变磁场，磁感线绝大部分都在闭合的即在铁心中产生交变磁场，磁感线绝大部分都在闭合的铁心中通过，由于磁场线穿过副绕组，从而在副绕组中铁心中通过，由于磁场线穿过副绕组，从而在副绕组中产生感应电动势产生感应电动势,所以变压器是利用电磁感应原理，将所以变压器是利用电磁感应原理，将能量从一个绕组传输到另一个绕组而进行工作。能量从一个绕组传输到另一个绕组而进行工作。变压器的变压比变压器

20、的变压比,简称变比简称变比,用用KK来表示来表示(一)电压的变换(二)电流的变换由得:(三)阻抗变换由图可知：由图可知：结论：变压器一次侧的等效阻抗模，为二次侧所带负载的阻抗模的K 2 倍。+三相电压的变换三相电压的变换1)1)三相变压器的结构三相变压器的结构三相心式变压器的结构三相心式变压器的结构A B C3.3 3.3 三相电压的变换三相电压的变换ABCX YZab czyx1)1)三相变压器的结构三相变压器的结构高压绕组：A-X B-Y C-ZX、Y、Z：尾端A、B、C：首端低压绕组：a-x b-y c-za、b、c：首端x、y、z：尾端2)2)三相变压器的联结方式三相变压器的联结方式联结方式联结方式：高压绕组接法低压绕组接法三相配电变压器动力供电系统（井下照明）高压、超高压供电系统高压、超高压供电系统常用接法常用接法:（11）三相变压器）三相变压器Y/YY/Y00联结联结线电压之比：线电压之比：ACBbca+（22）三相变压器）三相变压器YY00/联结联结线电压之比：线电压之比：ACBabc+