电工电子技术基础第3章 磁路与变压器ppt课件

1、1 第3章 磁路与变压器1.磁路3.1 磁路的根本概念内容提要1.磁路的根本概念；2.变压器；3.特殊用途变压器。一、磁场的根本物理量 磁路是用来将磁场聚集在空间一定范围内的总体，本质上是局限在一定途径内的磁场。磁场中的各个根本物理量也适用于磁路。2022/7/111磁感应强度B 磁感应强度是描画空间某点磁场强弱与方向的物理量。 即： B的方向即该点的磁场方向，与产生该磁场的电流之间的方向关系符合右手螺旋法那么。 式中：F牛顿N， q库仑C， v米每秒m/s， B特斯拉T。 第3章 磁路与变压器2.磁场的根本物理量2022/7/112磁通量 磁通量或称为磁通是表示穿过某一截面S的磁感应强度矢量

2、B的通量，也可了解为穿过该截面的磁力线总数。 即： 的方向与B的方向一样，即与产生该磁场的电流之间的方向关系符合右手螺旋法那么。 式中：S平方米m2 韦伯Wb， B特斯拉T。 第3章 磁路与变压器2022/7/113磁场强度H 磁场中某点的磁场强度的大小等于该点的磁感应强度与介质导磁率的比值。 即： 磁场强度的大小只与其鼓励电流有关，而与介质资料的导磁性能无关。 H的方向与该点的磁感应强度B的方向一致。 式中：S安/米A/m 第3章 磁路与变压器4导率 磁导率是表示物质导磁性能的物理量。 其SI单位是亨/米H/m。 第3章 磁路与变压器 真空中的磁导率为的物质称为非磁性资料；的物质称为铁磁性资

3、料；1.铁磁性物质的磁化二、铁磁性资料的磁性能1磁畴：在铁磁性物质内部存在许多体积约10-9cm3的磁化小区域，称为磁畴。2在没有外磁场作用时，这些磁畴的陈列是无序的，它们所产生的磁场的平均值几乎等于零，对外不显示磁性。3在一定的外磁场作用下，这些磁畴将转向外磁场方向，作有序陈列，显示出很强的磁性，构成磁化磁场。从而使铁磁性物质内的磁感应强度大大加强，这就是铁磁性物质在外磁场作用下产生的磁化景象。4非磁性资料内没有磁畴构造，所以不具有磁化特性。 第3章 磁路与变压器2022/7/11a磁化前 (b)磁化后 第3章 磁路与变压器2022/7/11 由于磁化景象，从而使铁磁性资料具有高导磁性能，其

4、磁导率很大，是工业消费中用于制造电机、电器与电工仪表的主要资料。利用铁磁性物质的高导磁性，可用较小的励磁电流产生足够大的磁通，如优质的铁磁性物质可使一样容量的变压器或电动机的分量和体积大大减小。 铁磁性资料还具有磁饱和性。当外加磁场H添加到一定程度后，即使H再继续添加，B的数值几乎不再增长，即进入饱和形状了。 第3章 磁路与变压器2.高导磁性3.磁饱和性2022/7/11 磁滞性表如今铁磁性物质在交变磁场中反复磁化时，磁感应强度的变化总是滞后于磁场强度的变化。磁滞性是由于分子热运动所产生的。在交变磁化过程中，磁畴在外磁场作用下不断转向，但它的分子热运动又阻止其转向。故磁畴的转向总是跟不上外加磁

5、场的变化，从而产生了磁滞景象。4.磁滞性 第3章 磁路与变压器2022/7/11 第3章 磁路与变压器1软磁性资料：容易被磁化，但去掉外磁场后，磁性大部分消逝。如硅钢、铸铁、铸钢、电工钢、坡莫合金、铁氧体等都属于软磁性资料。常被用来制造变压器、交流电机和各种继电器的铁心等。 5.铁磁性物质的分类和用途2硬磁性资料：须用较强的外磁场才干使之磁化，但去掉外磁场后，磁性不易消逝，将保管下很强的剩磁。如碳钢、钴钢、铝镍钴合金、钕铁硼等都属于硬磁性资料。适用于制造永久磁铁、磁电式仪表、永磁式扬声器、耳机中的永久磁铁和小型直流电机中的永磁磁极等。2022/7/113矩磁性资料：很容易被磁化，剩磁大不易去磁

6、。如镁锰铁氧体及锂锰铁氧体等。适用于存储与记录信号，常用来制造记忆元件，比如比如计算机内部存储器的磁心和外部设备中的磁鼓、磁带及磁盘等。 第3章 磁路与变压器2022/7/11 第3章 磁路与变压器1.涡流及涡流损耗二、涡流与趋肤效应1涡流：铁心线圈在外加交流电源作用下，产生交变磁通穿过铁心，使得铁心内部产生感应电动势和感应电流。由于这种电流在铁心中自成回路，其外形好像水中旋涡，所以称做涡流。2022/7/11 第3章 磁路与变压器2涡流损耗：涡流所经途径是有电阻的，因此会耗费能量而使得铁心发热，这种由涡流引起的电能损耗叫做涡流损耗。涡流的大小与铁心资料的电阻率成正比，与铁心的厚度成反比。故减

7、小涡流损耗常用两种方法：一是增大铁心资料的电阻率，在钢片中渗入硅能使其电阻率大大提高。二是把铁心沿磁场方向剖分为许多薄片且相互绝缘后再叠装成铁心，以减小铁心的厚度，增大铁心中涡流途径的电阻。2022/7/11 第3章 磁路与变压器2.趋肤效应1直流电经过导线时：导线横截面上各处的电流密度相等。2交流电经过导线时：导线横截面上电流的分布是不均匀的，越接近导线中心处电流密度越小；越接近导线外表电流密度越大。此种交变电流在导线内趋于导线外表流动的景象叫做趋肤效应也叫集肤效应。2022/7/11由于趋肤效应的影响，使电流比较集中地分布在导线外表，此种景象随着频率的添加而更加显著。为了减小趋肤效应带来的

8、不利影响，在高频电路中常采用空心导线，有时那么用假设干条细导线绞合而成的多股绞线以增大导线的外表来减小趋肤效应的影响。趋肤效应可以用来进展高频淬火。把待处置的金属工件放置在通有高频电流的线圈中，由于趋肤效应，金属工件中将产生趋于工件外表的高频涡流，使工件外表的温度急速升高，而工件中心处几乎不发热，到达外表淬火的目的。外表淬火的深度用改动电流频率来控制，电流频率越高，外表淬火深度越浅。 第3章 磁路与变压器2022/7/111变压器的用途：变压器是根据电磁感应原理制成的一种静止的电气设备。它具有变换电压、变换电流、变换阻抗等作用。被广泛运用于电力系统、丈量系统、电子线路和电子设备中。 第3章 磁

9、路与变压器1.变压器的用途和分类3.1 变压器一、变压器的用途、分类和根本构造2022/7/11 第3章 磁路与变压器2变压器的分类：按交流电的相数不同普通分为：单相变压器和三相变压器；按用途可为：输配电用的电力变压器，部分照明和控制用的控制变压器，用于平滑调压用的自耦变压器，电加工用的电焊变压器和电炉变压器，丈量用的仪用互感器以及电子线路和电子设备中常用的电源变压器、耦合变压器、输入输出变压器、脉冲变压器等。2022/7/11 第3章 磁路与变压器简单的电力系统表示图2022/7/11变压器的种类很多，构造外形各异，用途也各不一样，但其根本构造和任务原理却是一样的。变压器的主要构造是铁心、绕

10、组、箱体及其它零部件。 第3章 磁路与变压器2.变压器的根本构造2022/7/111铁心铁心是变压器的主磁路，又作为绕组的支撑骨架。为了减少铁心内的磁滞和涡流损耗，通常采用含硅量为5%、厚度为0.35mm或0.5mm、两平面涂绝缘漆或经氧化膜处置的硅钢片叠装而成。按绕组套入铁心的方式，变压器分为心式和壳式两种。 第3章 磁路与变压器(a) 心式 (b) 壳式2022/7/112绕组绕组是变压器的电路部分，普通用高强度漆包铜线也可用铝线绕制而成。接高压电网的绕组称高压绕组，接低压电网的绕组称低压绕组。3油箱及其它零部件 油箱、贮油柜、绝缘导管、分接开关、气体继电器、平安气道、测温器等。 第3章

11、磁路与变压器2022/7/11次级：与负载相接的绕组称二次绕组又称副边或次级绕组，匝数为N2，其电压、电流、电动势分别用表示。 第3章 磁路与变压器初级：接电源的绕组称为一次绕组又称原边或初级绕组，匝数为N1，其电压、电流、电动势分别用表示。二、变压器的任务原理2022/7/11 第3章 磁路与变压器1.变压器的变压原理变压器的空载运转 在u1的作用下，原绕组中有电流i1经过，此时i1=i0称为空载电流。它在原边建立磁动势i0N1，在铁心中产生同时交链着原、副绕组的主磁通，主磁通的存在是变压器运转的必要条件。2022/7/11根据电磁感应原理，主磁通会在原、副绕组中分别产生频率一样的感应电动势

12、e1和e2。 第3章 磁路与变压器由于原、副绕组本身阻抗压降很小，可以近似以为由此可以得出原边电压与副边电压之间的关系为2022/7/11K称为变压器的变压比简称为变比，该式阐明变压器原、副绕组的电压与原副绕组的匝数成正比。当K1时为降压变压器，K1时为升压变压器。对于曾经制成的变压器而言，值一定，故副绕组电压随原绕组电压的变化而变化。 第3章 磁路与变压器2022/7/11【例3-1】某单相变压器接到U1=220V伏的正弦交流电源上，知副边空载电压U20=20伏，副绕组匝数匝。求：变压器的变压比K及原边匝数N1。解：变压比 第3章 磁路与变压器原边匝数2022/7/11 第3章 磁路与变压器

13、2.变压器的变流原理变压器的负载运转接上负载后，副绕组中便有电流i2经过，原绕组中的电流由i0变到i1，以抵消副边电流的去磁作用。正是负载的去磁作用和原边电流所作的相应变化以维持主磁通不变的这种特性，使得变压器可以经过电与磁的联络，把输入到原边的功率传送到副边电路中去。此概念是相当重要的。2022/7/11当变压器在额定负载下运转时，励磁分量i0很小，约为原边额定电流的2%，在分析原、副边电流的数量关系时，可将i0忽略不计。于是有 第3章 磁路与变压器阐明，变压器负载运转时，其原绕组和副绕组电流有效值之比，等于它们匝数比的倒数，即变压比的倒数。这也就是变压器的电流变换原理。2022/7/11

14、变压器的原边接上电源电压，副边接入负载阻抗，从原边看进去，可用一个阻抗来等效， 第3章 磁路与变压器3.变压器的变阻抗原理当副边的负载阻抗一定时，经过选取不同的匝数比的变压器，在原边可得到不同的等效阻抗。在一些电子设备中，利用变压器将负载的阻抗变换到正好等于电源的内阻抗，即“阻抗匹配。2022/7/11 第3章 磁路与变压器【例3-2】一个R=10的负载电阻，接在电压有效值U=12V、内阻R0=250的交流信号源上。求：1上获得的功率； 2假设在负载与信号源之间接入一个变压器进展阻抗变换，为使该负载获得最大功率，需选择多大变压比的变压器？ 3上获得的最大功率。2022/7/11 第3章 磁路与

15、变压器解：1RL直接接到电源上时，RL上获得的功率为P2阻抗匹配时变压器的变压比为3RL上获得的最大功率为PLmax很显然，利用变压器使其负载阻抗与电源内阻抗相匹配，可以获得较高的功率输出。2022/7/11变压器的效率就定义为输出功率P2与输入功率P1的百分比，即 第3章 磁路与变压器4.变压器的效率由于变压器中没有转动的部分，故效率较高。通常在额定负载的80%左右时，变压器的任务效率最高。小型变压器的效率约为60%90%，大型电力变压器的效率可达99%。2022/7/11额定值是变压器制造厂家根据国家技术规范，对变压器正常可靠任务所作的运用规定，由于额定值通常是标注在铭牌上，故又称为铭牌值

16、。 第3章 磁路与变压器1.额定电压U1N、U2N三、变压器的额定值原绕组额定电压U1N：变压器在额定运转情况下，根据变压器的绝缘等级和允许温升所规定的原绕组的电压值。副绕组的额定电压U2N：指变压器空载、原绕组加上额定电压时，副绕组两端的空载电压。三相变压器的额定电压是指其线电压。2022/7/11 第3章 磁路与变压器2.额定电流I1N、I2N是指变压器在额定运转情况下，根据绝缘资料所允许的温升而规定的原、副绕组中允许长期经过的最大电流值。三相变压器的额定电流是指其线电流。3.额定频率f我国规定规范工业频率为50Hz2022/7/11 第3章 磁路与变压器4.额定容量SN额定容量是指变压器

17、副边输出的视在功率，单位是VA或KVA。单相变压器三相变压器36 第3章 磁路与变压器3.3 特殊用途变压器一、 自耦调压器(a) 单相自耦调压器的外形图 (b) 单相自耦调压器的原理图 (c) 三相自耦变压器的原理图2022/7/11 第3章 磁路与变压器运用自耦调压器时还应留意如下几点：1原绕组接交流电源，副绕组接负载，不能接错，否那么能够会发生触电事故或烧毁变压器。所以，自耦变压器不允许作为平安变压器运用。2接通电源前，应将调压器上的手柄滑动触头旋至零位，通电后再逐渐将输出电压调到所需数值。运用终了后，手柄应退回到零位。38 第3章 磁路与变压器二、 仪用互感器电压互感器的原绕组匝数较多，其端线并联在被测的高压线路上；副绕组匝数较少，其端线可同电压表、电压继电器、功率表或电能表的电压线圈相联接。由于上述负载的阻抗都较高，因此，电压互感器在运用时相当于副边开路的降压变压器。1.电压互感器TV2022/7/11 第3章 磁路与变压器电压互感器运用规那么：1电压互感器在运转时副绕组绝对不允许短路。由于副绕组匝数少，阻抗小，如发生短路，短路电流将很大，足以烧坏互感器。运用时低压侧要串联熔断器作短路维护。2电压互感器的铁心和副绕组的一端都必需可靠接地，以防止高、低压绕组间的绕组层损坏时，副绕组和仪表带上高电压而危及人身平安。40 第3章 磁路