电工技术(6)磁路与变压器

1、电工技术济南铁道职业技术学院济南铁道职业技术学院电工技术电工技术7.5 常用变压器和电磁铁常用变压器和电磁铁电工技术济南铁道职业技术学院济南铁道职业技术学院电工技术电工技术+NIfNSS71 磁路的基本知识磁路的基本知识磁路分为直流磁路和交流磁路。磁路分为直流磁路和交流磁路。电工技术济南铁道职业技术学院济南铁道职业技术学院电工技术电工技术FqvB电工技术济南铁道职业技术学院济南铁道职业技术学院电工技术电工技术3、磁导率、磁导率表示物质导磁性能的物理量表示物质导磁性能的物理量。真空中的磁导率真空中的磁导率0=410-7H/m.相对磁导率相对磁导率r=/0单位：亨单位：亨/米米 H/mSBdS电工

2、技术济南铁道职业技术学院济南铁道职业技术学院电工技术电工技术BH三、铁磁材料三、铁磁材料根据导磁性能的好坏，自然界的物质可分两类：根据导磁性能的好坏，自然界的物质可分两类：铁磁性的材料，如铁、钴、镍、钢等；另一类铁磁性的材料，如铁、钴、镍、钢等；另一类为非铁磁性的材料，如铜、铝、纸、空气等。为非铁磁性的材料，如铜、铝、纸、空气等。电工技术济南铁道职业技术学院济南铁道职业技术学院电工技术电工技术铁磁材料的特点铁磁材料的特点电工技术济南铁道职业技术学院济南铁道职业技术学院电工技术电工技术 非铁磁材料没有磁畴结构，所以不具有磁化结构。非铁磁材料没有磁畴结构，所以不具有磁化结构。电工技术济南铁道职业技

3、术学院济南铁道职业技术学院电工技术电工技术电工技术济南铁道职业技术学院济南铁道职业技术学院电工技术电工技术电工技术济南铁道职业技术学院济南铁道职业技术学院电工技术电工技术+Hm-Hm-Hc+Bm-Br-Bm电工技术济南铁道职业技术学院济南铁道职业技术学院电工技术电工技术电工技术济南铁道职业技术学院济南铁道职业技术学院电工技术电工技术电工技术济南铁道职业技术学院济南铁道职业技术学院电工技术电工技术lSlHlNI BHIdl SlNI mRF电工技术济南铁道职业技术学院济南铁道职业技术学院电工技术电工技术mRF 电工技术济南铁道职业技术学院济南铁道职业技术学院电工技术电工技术SlR mSlNIRF

4、 mSlR SlEREI 电工技术济南铁道职业技术学院济南铁道职业技术学院电工技术电工技术在计算磁路时，往往是预先给定铁芯中磁通在计算磁路时，往往是预先给定铁芯中磁通或磁感应强度或磁感应强度B B，然后根据所给的磁路及各段磁路的尺寸和材料来计算产生然后根据所给的磁路及各段磁路的尺寸和材料来计算产生预定的磁通所需的磁通势预定的磁通所需的磁通势F=IN。但是由于铁磁材料的磁导率。但是由于铁磁材料的磁导率不是常数，它随励磁电流而改变，因此不能直接利用不是常数，它随励磁电流而改变，因此不能直接利用F=R Rm m来计算磁通势来计算磁通势F。实际上在计算磁路时，要用磁场强度实际上在计算磁路时，要用磁场强

5、度H来计算来计算H dlIINHl1 12 2()INH lH lHl均匀磁路均匀磁路如果磁路是由几段不同材料组成，即磁路是由几段磁阻不同如果磁路是由几段不同材料组成，即磁路是由几段磁阻不同的材料串联而成，那么的材料串联而成，那么计算磁路的基本公式计算磁路的基本公式式中：式中： 称为各段磁路的磁压降。称为各段磁路的磁压降。 1 12 2H lH l、电工技术济南铁道职业技术学院济南铁道职业技术学院电工技术电工技术如：继电器的磁路，由三段串联而成如：继电器的磁路，由三段串联而成111ls222ls01ss0如果已知磁通如果已知磁通和各段的材料及尺寸，求磁通势如下和各段的材料及尺寸，求磁通势如下（

6、1）首先求出各段磁路的磁感应强度）首先求出各段磁路的磁感应强度B：（2）根据各段材料的磁化曲线）根据各段材料的磁化曲线B=f（H）找出相应的找出相应的H1、H2，对于空气隙，对于空气隙，磁场强度磁场强度 H0=B0/0（3）计算各段磁路的磁压降）计算各段磁路的磁压降Hl（4）求出磁通势）求出磁通势 IN=H1l1+H2l2+H0B1=/s/s1 1 B B2 2= =/s/s2 2 B B0 0= =/s/s1 1电工技术济南铁道职业技术学院济南铁道职业技术学院电工技术电工技术例例 有一环形铁心线圈其内径为有一环形铁心线圈其内径为 10cm，外径为，外径为15cm，铁心材料为铸钢。磁路中含有一

7、空气隙，其长度等于铁心材料为铸钢。磁路中含有一空气隙，其长度等于0.2cm。设线圈中通有。设线圈中通有1A的电流，如要得到的电流，如要得到0.9T的磁的磁感应强度，试求线圈的匝数。感应强度，试求线圈的匝数。解：解：磁路的平均长度为磁路的平均长度为从铸钢的磁化曲线可查出：当从铸钢的磁化曲线可查出：当B=0.9T时，时，H=500A/m,于是于是空气隙中的磁场强度为空气隙中的磁场强度为则有则有 总磁通势为总磁通势为线圈匝数为线圈匝数为可见，当磁路中含有空气隙的时候，由于其磁阻较大，磁可见，当磁路中含有空气隙的时候，由于其磁阻较大，磁通势差不多都用在空气隙上面。通势差不多都用在空气隙上面。10153

8、9.22lcm21 1500 (39.2 0.2) 10195HlA50700.97.2 10/410BHA m5207.2 100.2 101440HA110()195 1440 1635INHIHlHA163516351INNI电工技术济南铁道职业技术学院济南铁道职业技术学院电工技术电工技术u(Ni)i ddtNe d ddieNLtdt（磁通势）（磁通势）eeRi u 电工技术济南铁道职业技术学院济南铁道职业技术学院电工技术电工技术NLi 常 数()Rdi uRieeiRLedtuuu () ()()RUIREEIRjIXEUUU 对于漏磁通，主要不经过铁心，所以励磁电流对于漏磁通，主要

9、不经过铁心，所以励磁电流i与与之间可认为成线性关系，铁心线圈的漏磁电感之间可认为成线性关系，铁心线圈的漏磁电感 但是主磁通通过铁心，所以但是主磁通通过铁心，所以i与与之间不存在线性关系。之间不存在线性关系。铁心线圈的主磁电感铁心线圈的主磁电感L L不是常数，它随励磁电流而变化。因不是常数，它随励磁电流而变化。因此铁心线圈是一个非线性元件。此铁心线圈是一个非线性元件。当当u是正弦电压时，式中各量可视作正弦量，有是正弦电压时，式中各量可视作正弦量，有EjIX XL漏磁感应电动势漏磁感应电动势漏磁感抗漏磁感抗电工技术济南铁道职业技术学院济南铁道职业技术学院电工技术电工技术t, sinm )sin(d

10、dddmttNtNe tN cosm )90t(sin2m fN)90(sinm tE mmm444222 fN.fNEE EU (V) 444444mmSfNB.fN.EU 主磁感应电动势的计算主磁感应电动势的计算电工技术济南铁道职业技术学院济南铁道职业技术学院电工技术电工技术电工技术济南铁道职业技术学院济南铁道职业技术学院电工技术电工技术电工技术济南铁道职业技术学院济南铁道职业技术学院电工技术电工技术Fe2cosPRIUIP 电工技术济南铁道职业技术学院济南铁道职业技术学院电工技术电工技术 变压器是利用电磁感应原理传输电能或信号的器变压器是利用电磁感应原理传输电能或信号的器件，在电力系统和

11、电子线路中应用广泛。件，在电力系统和电子线路中应用广泛。变电压：变电压：电力系统电力系统 变阻抗：变阻抗：电子线路中的阻抗匹配电子线路中的阻抗匹配变电流：变电流：电流互感器电流互感器 ： 在能量传输过程中，当输送功率在能量传输过程中，当输送功率P =UI cos 及及负载功率因数负载功率因数cos 一定时：一定时：电能损耗小电能损耗小节省金属材料（经济）节省金属材料（经济）U I P = I RlI S电工技术济南铁道职业技术学院济南铁道职业技术学院电工技术电工技术 发电厂发电厂10.5kV输电线输电线220kV升压升压仪器仪器36V降压降压工业或民用工业或民用380 / 220V降压降压变电

12、站变电站 10kV降压降压降压降压电工技术济南铁道职业技术学院济南铁道职业技术学院电工技术电工技术变压器的磁路变压器的磁路1u2uLZ1i2i单相变压器单相变压器+由高导磁硅钢片叠成由高导磁硅钢片叠成厚厚0.35mm 或或 0.5mm铁心铁心一次一次绕组绕组N1二次二次绕组绕组N2铁心铁心电工技术济南铁道职业技术学院济南铁道职业技术学院电工技术电工技术变压器的结构变压器的结构电工技术济南铁道职业技术学院济南铁道职业技术学院电工技术电工技术电工技术济南铁道职业技术学院济南铁道职业技术学院电工技术电工技术1u2uLZ1i2i单相变压器单相变压器+一次一次绕组绕组N1二次二次绕组绕组N2铁心铁心电工

13、技术济南铁道职业技术学院济南铁道职业技术学院电工技术电工技术1、 空载运行情况空载运行情况一次侧接交流电源，一次侧接交流电源，二次侧开路。二次侧开路。0i02i1u+20u+2e+1e+1e+ 11N2N 1u dd11tNei0 ( i0N1) tNedd 22 空载时，空载时，铁心中主铁心中主磁通磁通 是是由一次绕由一次绕组磁通势组磁通势产生的。产生的。1110dieLdt 电工技术济南铁道职业技术学院济南铁道职业技术学院电工技术电工技术根据根据KVL：11111EEIRU变压器一次侧等效电路如图变压器一次侧等效电路如图1m1111444Nf.EUEU 由于电阻由于电阻 R1 和感抗和感抗

14、 (或漏磁通或漏磁通)较小较小,其两端其两端的电压也较小的电压也较小,与主磁电动势与主磁电动势 E 比较可忽略不计，比较可忽略不计，则则1E1R1I1U1E+一次侧一次侧电工技术济南铁道职业技术学院济南铁道职业技术学院电工技术电工技术t)sin(tNtNm111 dddde tN cosm1 )90t(sinm1 E1m144.4NfE 222111mmfNEE 有效值有效值:同同 理：理：)90t(sinm22 Ee2m244. 4NfE t, sinm 电工技术济南铁道职业技术学院济南铁道职业技术学院电工技术电工技术KNNEEUU 2121201根据根据KVL：2m220224440Nf.

15、EUU,I 结论：改变匝数比，就能改变输出电压。结论：改变匝数比，就能改变输出电压。2222UEIRE2+1u+1e+1e+1N2N+电工技术济南铁道职业技术学院济南铁道职业技术学院电工技术电工技术2、 带负载运行情况带负载运行情况一次侧接交流电源，一次侧接交流电源，二次侧二次侧。1u+1e+1e+ 11N2N 1u dd11tNe tNedd 22 i1 ( i1N1) i1i2 ( i2N2) 有载时，铁心有载时，铁心中主磁通中主磁通 是是由一次、二次由一次、二次绕组磁通势共绕组磁通势共同产生的合成同产生的合成磁通。磁通。 2i2+e2+e 2+u22 21 1111dieLdt 222d

16、ieLdt电工技术济南铁道职业技术学院济南铁道职业技术学院电工技术电工技术2222ZUIZ 111N f44. 4EU mm10 Nim2211 NiNi+|Z |2i1u2e1i1e1N2N+2u电工技术济南铁道职业技术学院济南铁道职业技术学院电工技术电工技术一般情况下：一般情况下：I0 (23)%I1很小可忽略。很小可忽略。2211 NiNi 所所以以或或2211NINI 2211NINI 所所以以KNNII11221 结论：一次、二次侧电流与匝数成反比。结论：一次、二次侧电流与匝数成反比。或：或：221011NiNiNi 22Ni102211NiNiNi 空载磁通势空载磁通势有载磁通势有

17、载磁通势电工技术济南铁道职业技术学院济南铁道职业技术学院电工技术电工技术22IUZ 11IUZ ZKIUKKIKUIUZ22222211 ZKZ2 结论：结论： 变压器一次侧的等效阻抗模，为二次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侧所带负载的阻抗模的K 2 倍。倍。 1U2U1I2IZ+1U1IZ +电工技术济南铁道职业技术学院济南铁道职业技术学院电工技术电工技术：信号源信号源IER0RL+108800LL21 RRNNKIE1N2U2ILR2N+如图，交流信号源的电动如图，交流信号源的电动势势 E= 120V，内阻，内阻 R 0=800 ，负载为扬声器，其等效电阻为负载为扬声

18、器，其等效电阻为RL=8 。要求。要求: （1）当）当RL折算到原边的等效电阻折算到原边的等效电阻 时，求变压器的匝数比和信号时，求变压器的匝数比和信号源输出的功率；（源输出的功率；（2）当将负）当将负载直接与信号源联接时载直接与信号源联接时,信号信号源输出多大功率？源输出多大功率？电工技术济南铁道职业技术学院济南铁道职业技术学院电工技术电工技术 W5 . 4800800800120RRREP220LL0LRR W1760888001202L2L0.RRREP （2，为：为：电工技术济南铁道职业技术学院济南铁道职业技术学院电工技术电工技术7-4变压器的额定值和运行特性变压器的额定值和运行特性一

19、、变压器的额定值一、变压器的额定值电工技术济南铁道职业技术学院济南铁道职业技术学院电工技术电工技术N2N2NIUSN2N2N3IUS N2N2NIUS容量：容量： 21PP 一次侧输入功率：一次侧输入功率： cos222IUP 输出功率：输出功率： 变压器运行变压器运行时的功率取时的功率取决于负载的决于负载的大小和性质大小和性质SN是指变压器二次侧额定电压和额定电流的乘积是指变压器二次侧额定电压和额定电流的乘积4、额定频率、额定频率电工技术济南铁道职业技术学院济南铁道职业技术学院电工技术电工技术122222)。%100%20220 UUUU)(22IfU 2 U2I2U20I2N2 O是指变压

20、器应接入的电源的频率。我国是指变压器应接入的电源的频率。我国的工频是的工频是50HZ电工技术济南铁道职业技术学院济南铁道职业技术学院电工技术电工技术 FeCu2212PPPPPP 电工技术济南铁道职业技术学院济南铁道职业技术学院电工技术电工技术KNNIIKNNUU112212121 ABP1u2u1i2iLR1N2N+电工技术济南铁道职业技术学院济南铁道职业技术学院电工技术电工技术二、小功率电源变压器二、小功率电源变压器 在各种仪器设备中提供所需电源电压的变压器，在各种仪器设备中提供所需电源电压的变压器，一般容量和体积都比较小，称为小功率变压器。为了一般容量和体积都比较小，称为小功率变压器。为

21、了满足不同部件的需要，这种变压器常含有多个二次绕满足不同部件的需要，这种变压器常含有多个二次绕组，可从二次侧获得多个不同的电压。组，可从二次侧获得多个不同的电压。各绕组所环链的主磁通都是相各绕组所环链的主磁通都是相同的，故各绕组之间的变压比同的，故各绕组之间的变压比仍等于各匝数之比。仍等于各匝数之比。112323112222112121UNNUUNNUUNNU电工技术济南铁道职业技术学院济南铁道职业技术学院电工技术电工技术323232222212121ZUIZUIZUI321,zzz当各二次绕组分别接入负载阻抗当各二次绕组分别接入负载阻抗后，二次侧电流分别为后，二次侧电流分别为:与双绕组变压器

22、相似与双绕组变压器相似,当电源电压和频率不当电源电压和频率不变时，主磁通保持不变时，主磁通保持不变，故磁通势保持不变，故磁通势保持不变即：变即：231232212221121111023232222212111.INNINNINNINININININI电工技术济南铁道职业技术学院济南铁道职业技术学院电工技术电工技术 AXax Aax 同极性端用同极性端用“”表示表示。增加增加+ 电工技术济南铁道职业技术学院济南铁道职业技术学院电工技术电工技术联接联接 23 Nf.Um2444220 NN1324 NN1324 联接联接 13， 2 4ii Nf.U444110m 当电源电压为当电源电压为220

23、V时：时：220u+110u+电源电压为电源电压为110V时：时：电工技术济南铁道职业技术学院济南铁道职业技术学院电工技术电工技术axAaAXUUU、测量：测量： 若若 说明说明 A 与与 x 或或 X 与与 a 是是同极性端同极性端.axAXAaUUU axAXAaUUU VaAXxVAXu+电工技术济南铁道职业技术学院济南铁道职业技术学院电工技术电工技术Xx电流表电流表+_A a+SAXax+_S2e+电工技术济南铁道职业技术学院济南铁道职业技术学院电工技术电工技术ABCXYZabczyx高压绕组：高压绕组：A-X B-Y C-ZX、Y 、Z ：尾端：尾端A、B、C ：首端首端低压绕组：低

24、压绕组：a-x b-y c-za、b、c：首端：首端x、y、z：尾端：尾端/000YYYYYYYY、：高压绕组接法高压绕组接法低压绕组接法低压绕组接法:YY0/三相配电变压器，动力负载和照明负载共用三相配电变压器，动力负载和照明负载共用: Y/动力供电系统（井下照明）动力供电系统（井下照明）: Y0/电工技术济南铁道职业技术学院济南铁道职业技术学院电工技术电工技术A311PUU CB1UKUU312P bKUU12 ca+KUUUUUU 2P1P2P1P2133电工技术济南铁道职业技术学院济南铁道职业技术学院电工技术电工技术A311PUU CB1UKUUU312P2 abc+KUUUUUUPPPP333212121 电工技术济南铁道职业技术学院济南铁道职业技术学院电工技术电工技术电压表电压表被测电压被测电压=电压表读数电压表读数 N1/N2VR N1（匝数多（匝数多）保险丝保险丝 N2（匝数少（匝数少）u（被测电压）（被测电压）四、仪用互感器四、仪用互感器电工技术济南铁道职业技术学