第五章 磁路与变压器.ppt

第五章磁路与变压器 变压器是一种常见的电气设备 在电力系统和电子线路中应用广泛 在电子线路中 除电源变压器外 变压器还用来耦合电路 传递信号 并实现阻抗匹配 此外 还有自耦变压器 互感器及各种专用变压器 变压器的种类很多 但它们的基本结构和工作原理是相同的 第一节磁路的基本物理量和基本性质 磁路 主磁通所经过的闭合路径 磁路的基本概念 一 磁路计算中的基本物理量 1 磁感应强度B 磁通密度 与磁场方向相垂直的单位面积上通过的磁通 磁力线 均匀磁场是各点B的大小相等 方向相同的磁场 亨 米 真空中的磁导率 为常数 3 磁场强度H 磁场强度是计算磁场所用的物理量 其大小为磁感应强度和导磁率之比 二 铁磁材料的磁性能 铁磁材料的磁化 磁畴 磁畴结构 在物质内部电子绕原子核旋转及电子本身自转形成了分子电流 这个电流会产生磁场 同时铁磁材料内部的分子之间有一种相互作用力 使得每个区域内的分子磁场具有相同的方向 组成许多小磁体 具有磁性 这些小磁体称为 磁畴 2 磁饱和性 线性区oa段 B随H线性增长 进入饱和区ab段 B增大缓慢 饱和区b点以后 B基本不变 B 磁感应强度H 磁场强度 B H 3 磁滞性 交变磁化时 B的变化滞后于H的变化的特性称为磁滞性 磁滞回线 根据磁性能 磁性材料又可分为三种 软磁材料 磁滞回线窄长 常用做交流电机 变压器的铁心等 永磁材料 磁滞回线宽 常用做永久磁铁 矩磁材料 滞回线接近矩形 可用做记忆元件 B H Hm Hm 三 铁损耗 1 磁滞损耗 磁滞损耗与磁滞回线所围面积成正比 磁畴反复转向使铁心发热损耗 称为磁滞损耗 2 涡流损耗 交变磁场使铁心产生感应电动势和涡电流使铁心发热损耗 称为涡流损耗 1 安培环路定律 全电流定律 四 磁路的基本定律 磁场中任何闭合回路磁场强度的线积分 等于通过这个闭合路径内电流的代数和 电流方向和磁场强度的方向符合右手螺旋定则 电流取正 否则取负 在无分支的均匀磁路 磁路的材料和截面积相同 各处的磁场强度相等 中 安培环路定律可写成 磁路长度L 线圈匝数N HL 称为磁压降 NI 称为磁动势 一般用F表示 F NI 总磁动势 在非均匀磁路 磁路的材料或截面积不同 或磁场强度不等 中 总磁动势等于各段磁压降之和 例 对于均匀磁路 2 磁路的欧姆定律 则 令 Rm称为磁阻 磁路和电路的比较 一 磁路 电路 I N R E I 磁通 磁压降 磁动势 电压降 电动势 电流 U 欧姆定律 磁阻 磁感应强度 安培环路定律 磁路 I N 欧姆定律 电阻 电流强度 磁路与电路的比较 二 电路 R E I 励磁电流 在磁路中用来产生磁通的电流 五 磁路的分析 如 直流电磁铁 如 交流电磁铁 I U 1 直流磁路 特点 一定 一定 线圈中没有反电动势 R为线圈的电阻 1 线圈 铁心 衔铁 电路方程 一般情况下很小 2 交流磁路 主磁通 漏磁通 假设 则 最大值 有效值 当外加电压U 频率f与线圈匝数N一定时 便确定下来 根据磁路欧姆定律 当一定时磁动势IN随磁阻的变化而变化 交流磁路的特点 交流磁路中磁阻对电流的影响 交流电磁铁吸合过程的分析 在吸合过程中若外加电压不变 则基本不变 i u 电磁铁吸合前 气隙大 大起动电流大 电磁铁吸合后 气隙小 小电流小 第二节变压器 一 变压器功能 二 变压器特点 静止电器设备 维护简单 运行可靠 三 变压器分类 1 单相B 三相B2 升压B 降压B3 双绕组B 三绕组B4 普通B 有载调压B5 干式B 油浸式B6 硅钢铁芯B 非晶合金B 四 变压器的基本结构 闭合铁心 五 工作原理 工作过程 空载运行 原边接入电源 副边开路 e 方向符合右手定则 结论 改变匝数比 就能改变输出电压 K为变比 原 副边电压关系 变压器工作原理 变换电压作用 在副边感应电势的作用下 副边线圈中有了电流i2 此电流在磁路中也会产生磁通 从而影响原边电流i1 但当外加电压 频率不变时 铁芯中主磁通的最大值在变压器空载或有负载时基本不变 变压器工作原理 变换电流作用 带负载后磁动势的平衡关系为 结论 原 副边电流与匝数比成反比 由于变压器铁芯材料的导磁率高 空载励磁电流i10很小 可忽略 原 副边电流关系 变压器工作原理 变换电流作用 从原边等效 结论 变压器原边的等效负载 为副边负载乘以变比的平方 变压器工作原理 变换阻抗作用 阻抗变换举例 扬声器上如何得到最大输出功率 已知 信号源电压的有效值 U1 50V 信号内阻 Rs 100 负载为扬声器 其等效电阻 RL 8 求 负载上得到的功率 2 将负载通过变压器接到信号源上 使其阻抗匹配 输出功率为 设变比 则 阻抗变换举例 扬声器上如何得到最大输出功率 六 三相变压器 动力和照明混合负荷 线电压的比值 动力负荷 线电压的比值 七 变压器的使用 1 变压器的铭牌数据 额定电压 变压器副边开路 空载 时 原 副边绕组允许的电压值 三相变压器指线电压 额定电流 变压器满载运行时 原 副边绕组允许的电流值 三相变压器指线电流 额定容量 视在功率 传送功率的最大能力 注意 变压器几个功率的关系 2 变压器的效率 变压器的损耗包括两部分 铜损 PCu 绕组导线电阻所致 3 变压器的外特性 副边输出电压和输出电流的关系 即 U20 原边加额定电压 副边开路时的输出电压 一般供电系统希望要硬特性 随I2的变化 U2变化不多 电压调整率 4 变压器绕组极性及连接方法 电器使用时两种电压 220V 110V 的切换 220V 联结2 3 110V 联结1 3 2 4 线圈的接法 220V 联结2 3 励磁 两种接法下线圈工作情况的分析 110V 联结1 3 2 4 说明 两种接法下 m不变 所以铁心磁路的设计相同 两种接法下线圈工作情况的分析 问题1 在110V情况下 如果只用一个绕组 N 行不行 答 不行 两绕组必须并绕 原边有两个相同绕组的电源变压器 220 110 使用中应注意的问题 问题2 如果两绕组的极性端接错 结果如何 结论 在极性不明确时 一定要先测定极性再通电 答 有可能烧毁变压器 两个线圈中的磁通抵消 烧毁 原因 原边有两个相同绕组的电源变压器 220 110 使用中应注意的问题 方法一 交流法 同极性端的测定方法 1 把两个线圈的任意两端 2 4 连接 然后在1 2上加一小电压u 2 分别测量 U12 U34 U13 结论 方法二 直流法 设S闭合时i 增加 感应电动势的方向 阻止 的增加 如果当S闭合时 mA表正偏 则1 3为同极性端 结论 如果当S闭合时 mA表反偏 则1 4为同极性端 同极性端的测定方法 自耦变压器 八 特殊变压器简介 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制作的 使用注意事项 1 原 副边千万不能对调使用 否则会烧坏 2