第4章磁路与变压器.ppt

第第1章章4.1 铁芯线圈、磁路铁芯线圈、磁路4.2 变压器的基本结构和工作原理变压器的基本结构和工作原理4.3 三相电力变压器三相电力变压器4.4 特殊变压器特殊变压器第第1章章+(a)电磁铁的磁路 (b)变压器的磁路 (c)直流电机的磁路 实际电路中有大量电感元件的线圈中有铁实际电路中有大量电感元件的线圈中有铁心。线圈通电后铁心就构成磁路，磁路又影响电心。线圈通电后铁心就构成磁路，磁路又影响电路。因此电工技术不仅有电路问题，同时也有磁路。因此电工技术不仅有电路问题，同时也有磁路问题。路问题。第第2页页iu电路部分电路部分磁路部分磁路部分 f 在铁芯中激发按正在铁芯中激发按正弦规律变化，沿铁芯弦规律变化，沿铁芯闭合的工作磁通闭合的工作磁通。磁场中磁场中 等于磁感应强度等于磁感应强度B与垂直于磁场方与垂直于磁场方向的面积向的面积S的乘积，单位是的乘积，单位是(Wb)。BS1Wb=108Mx第第2页页 真空真空的磁导率：的磁导率：H/m10470 非铁磁物质的磁导率与真空极为接近，铁磁物质非铁磁物质的磁导率与真空极为接近，铁磁物质的磁导率远大于真空的磁导率。的磁导率远大于真空的磁导率。：无量纲）（r0r 物质磁导率与真空磁导率的比值。物质磁导率与真空磁导率的比值。第第2页页r1的物质，如铜、铝、橡胶、空 气、塑料等。r1的物质，如铁、镍、钴、钢、合金钢、坡莫合金等。彼此之间的相对磁导率如铸铁的r200400；铸钢的r5002200；硅钢的r700010000；坡莫合金的r20000200000。磁阻磁阻第第2页页 1.是表征磁场中某点强弱和方向的物理量。是表征磁场中某点强弱和方向的物理量。B的大小与磁场周围介质的的大小与磁场周围介质的磁导率磁导率2.是表征电流的磁场强弱和方向的物理量。是表征电流的磁场强弱和方向的物理量。H的大小与磁场周围介质的的大小与磁场周围介质的磁导率磁导率磁路的截面积。磁路的长度；其中SlSlRRINRFmmm:第第2页页 铁磁材料内部往往有相邻的几百个分子铁磁材料内部往往有相邻的几百个分子电流圈流向一致，因此在这些极小的区域内电流圈流向一致，因此在这些极小的区域内就形成了一个个天然的磁性区域就形成了一个个天然的磁性区域。铁磁材料内部的铁磁材料内部的磁畴排列磁畴排列，因此，因此对外不显示磁性。对外不显示磁性。铁磁材料之所以具有高导磁铁磁材料之所以具有高导磁性，是因为在它们的内部具有一性，是因为在它们的内部具有一种特殊的物质结构种特殊的物质结构。磁畴是怎么磁畴是怎么形成的？形成的？磁畴因受外磁磁畴因受外磁场作用而顺着外磁场作用而顺着外磁场的方向发生归顺场的方向发生归顺性重新排列，在内性重新排列，在内部形成一个很强的部形成一个很强的。第第2页页磁滞回线中磁滞回线中H为为零时零时B并不为零并不为零 的现象说明铁的现象说明铁磁材料具有磁材料具有。BH0cbaoa段是段是ab段是段是bc段是磁化曲线的段是磁化曲线的C点以后是点以后是起始磁化起始磁化曲线反映曲线反映了什么？了什么？起始磁化曲线的起始磁化曲线的ab段反映了铁磁材料的段反映了铁磁材料的；c点以后说明铁磁材料具有点以后说明铁磁材料具有。磁滞回线中磁滞回线中B的变化总的变化总是落后于是落后于H的变化的变化说明说明铁磁材料具有铁磁材料具有铁磁材料反复磁化一周铁磁材料反复磁化一周所构成的曲线称为所构成的曲线称为。第第2页页 铁心线圈中通过交变电流时，铁心线圈中通过交变电流时，H的大的大小和方向都会改变，铁心在交变磁场中反复磁化的过小和方向都会改变，铁心在交变磁场中反复磁化的过程中，程中，B的变化总是滞后于的变化总是滞后于H的变化，这种现象称为的变化，这种现象称为；当；当H减为零时减为零时B并不为零。并不为零。磁导率可达磁导率可达102104，由铁磁材料组成的，由铁磁材料组成的磁路磁阻很小，在线圈中通入较小的电流即可获得较磁路磁阻很小，在线圈中通入较小的电流即可获得较大的磁通大的磁通。B不会随不会随H的增强而无限增强，的增强而无限增强，H增大到增大到一定值时，一定值时，B不能继续增强。不能继续增强。第第2页页 涡流在铁芯中涡流在铁芯中造成的热量损耗。造成的热量损耗。根据电流的热效应，根据电流的热效应，涡流通过铁芯将使铁芯发涡流通过铁芯将使铁芯发热，严重时会造成设备烧热，严重时会造成设备烧损。损。铁磁材料反复磁化时，内部磁畴的极性取向随着外铁磁材料反复磁化时，内部磁畴的极性取向随着外磁场的交变来回翻转，在翻转的过程中，由于磁畴间相互摩擦而引磁场的交变来回翻转，在翻转的过程中，由于磁畴间相互摩擦而引起的能量损耗称为起的能量损耗称为。在交变磁场作用下，整块铁芯中产在交变磁场作用下，整块铁芯中产生的旋涡状感应电流称为生的旋涡状感应电流称为。涡流对电涡流对电气设备有气设备有何影响？何影响？为减小涡流损耗，常用硅钢片叠为减小涡流损耗，常用硅钢片叠压制成电机电器的铁芯。压制成电机电器的铁芯。第第2页页 具有具有 特特点的铁磁材料。矩磁材料点的铁磁材料。矩磁材料。具有具有 特点的铁磁材料。硬磁材料特点的铁磁材料。硬磁材料。具有具有 特点的铁磁材料。特点的铁磁材料。软磁材料软磁材料。第第2页页 由主磁通原理可知，发生机械故障时电源电压和电源频率由主磁通原理可知，发生机械故障时电源电压和电源频率并没有发生变化，因此磁路中的主磁通应基本维持不变。并没有发生变化，因此磁路中的主磁通应基本维持不变。例：例：一个交流电磁铁，由于机械故障造成通电后不能吸合，结一个交流电磁铁，由于机械故障造成通电后不能吸合，结果把线圈烧坏，试分析原因。果把线圈烧坏，试分析原因。分析分析 根据磁路欧姆定律：根据磁路欧姆定律：mRiN 由式可得：交流电磁铁由于卡住而不能吸合，由式可得：交流电磁铁由于卡住而不能吸合，造成磁路中的造成磁路中的，而，而，因，因此电流此电流，结果使，结果使。铁。铁损不仅造成能量损耗，还可造成电机、损不仅造成能量损耗，还可造成电机、电器的铁芯发热，若电器的铁芯发热，若将造成将造成。何谓铁损何谓铁损？铁损对？铁损对电器有何电器有何影响？影响？第第2页页第第2页页TrN1i10u1AXN2|ZL|u20Saxx由硅钢片叠由硅钢片叠压制成的变压制成的变压器铁心磁压器铁心磁路。路。变压器变压器一次侧一次侧绕组绕组（原边）（原边）变压器变压器二次侧二次侧绕组绕组（副边）（副边）变压器图变压器图形符号形符号 是一种能变换电压、变换电流、变换阻抗的是一种能变换电压、变换电流、变换阻抗的。变压器在传递电能的过程中。变压器在传递电能的过程中。1.第第2页页N1i10u1AXN2|ZL|u20Saxx 变压器的变压器的，这种运行状态称为，这种运行状态称为。变压器空载时原边电流变压器空载时原边电流，在铁心，在铁心磁路中产生按正弦规律变化的磁通磁路中产生按正弦规律变化的磁通，当当穿过两线圈时，分别感应电压：穿过两线圈时，分别感应电压：m2M2m1L144.444.4fNUfNUm2M220m1L1144.444.4fNUUfNUU 变压器原、副边电压变压器原、副边电压与感应电压的关系为：与感应电压的关系为：变压器原、副边电压变压器原、副边电压与感应电压的关系为：与感应电压的关系为：kNNfNUUUUML21m2m1212014.44fN44.4 其中其中k 称为变压器的变比。称为变压器的变比。显然：变压器显然：变压器。第第2页页（2）变压器的变压器的，这种运行状态称为，这种运行状态称为。变压器负载运行时由于副边电流存变压器负载运行时由于副边电流存在的去磁作用，因此原边电流由在的去磁作用，因此原边电流由。原边磁动势增加的数值恰好等于。原边磁动势增加的数值恰好等于二次侧负载所需要的磁动势。即二次侧负载所需要的磁动势。即：2211011NININI221121 IUIUPP或：变压器在能量传递的变压器在能量传递的过程中损耗甚小，因此：过程中损耗甚小，因此：因此：因此：kNUUII1N121221 其中其中1/k 称为变压器的变称为变压器的变流比。显然：变压器流比。显然：变压器。N1i1u1AXN2|ZL|u2Saxi2第第2页页 已知某收音机输出已知某收音机输出变压器的原边匝数为变压器的原边匝数为600,副边副边匝数为匝数为30,原边原接有原边原接有16的扬的扬声器，现要改接成声器，现要改接成4 扬声器扬声器，求，求N2应改为多少？应改为多少？（3）变压器的副边所接负载为变压器的副边所接负载为|ZL|，原边，原边输入阻抗为输入阻抗为Z1时，有时，有：把变压比和变流比公式代入可得把变压比和变流比公式代入可得：；22LIUZL222222111ZkIUkkIkUIUZ 变压器的阻抗变换作变压器的阻抗变换作用常用于电子电路中。用常用于电子电路中。例如：例如：匝所以：则，扬声器后改接成解：1540600 40 160046400 464001620 2030600122L2L2121kNNkkZZkZNNkN1i1u1AXN2|ZL|u2Saxi2111IUZ 第第2页页例：例：设交流信号源电压V 100U，内阻800oR，负载8LR。（1）将负载直接接至信号源，负载获得多大功率？（2）经变压器进行阻抗匹配，求负载获得的最大功率是多少？变压器变比是多少？解：解：（1）负载直接接信号源时，负载获得功率为：W123.08880010022o2LLLRRRURIP（2）最大输出功率时，LR折算到原绕组应等于800oR。负载获得的最大功率为：W125.380080080010022o2maxLLLRRRURIP变压器变比为：108800RLo21RNNk第第2页页就是描述输出电压就是描述输出电压u2随随负载电流负载电流 i2变化的关系，即：变化的关系，即：两者之间的对应关系可用左图所示曲线两者之间的对应关系可用左图所示曲线进行描述。进行描述。u2U2Ni2I2N0cos(-2)=0.8超前超前cos2=1cos2=0.8滞后滞后反映了变压器运行反映了变压器运行时输出电压的稳定性，是变压时输出电压的稳定性，是变压器的主要性能指标之一。器的主要性能指标之一。（1）损耗）损耗包括包括和和。第第2页页讯号式温度计吸湿计储油柜安全气道油表气体继电器高压套管低压套管分接开关油箱铁芯绕组放油阀门第第2页页低损耗系列产品低损耗系列产品额定容量（额定容量（KVA）高压绕组额定电压（高压绕组额定电压（KV）额定额定：三相变压器的总容量：三相变压器的总容量：SN=3I2NU2N额定额定：原、副边额定值均指：原、副边额定值均指数值。数值。额定额定：I1N、I2N均指原、副边均指原、副边电流值。电流值。axAX是变压器是变压器的原边绕组的原边绕组是变压器是变压器的副边绕组的副边绕组是变压器是变压器一对一对由同一电流感应的电动势，由同一电流感应的电动势，。电流同时由电流同时由流入（或流流入（或流出）时，它们所产生的出）时，它们所产生的，反之相互削弱。，反之相互削弱。第第2页页S闭合时：毫伏表指示闭合时：毫伏表指示则则1和和3是是端，若指针端，若指针则则1和和4是是端。端。S打开打开时指针偏转情况相反。时指针偏转情况相反。先将两线圈的一对端子先将两线圈的一对端子相联，构成串联连接。相联，构成串联连接。U13=U12U34时，时，1和和3是是端；端；U13=U12U34时，时，1和和4是是端。端。3412S US34uS12第第2页页 三相变压器的联接组别较多，为了制造和使用的三相变压器的联接组别较多，为了制造和使用的方便，国家标准规定，三相双绕组电力变压器的方便，国家标准规定，三相双绕组电力变压器的联接组别有五种：联接组别有五种：。其中其中表示表示联接联接方式，后面加方式，后面加 表示带有表示带有；，表示，表示联接为星形或三角形，星形有中线引出时，后联接为星形或三角形，星形有中线引出时，后面加字母面加字母（0 0表示指表示指0 0点）。点）。abcxyzabcaUcUbUcUbUaUAUABCXYZCABBUCUAUBUCUABU第第2页页 ACBa