建筑电工学第4章-磁路与变压器课件

1、第 4 章 磁路和变压器上一页下一页返 回4.1 磁路4.2 交流铁芯线圈4.3单相变压器4.4 三相变压器4.5 特殊变压器4.1 磁 路(一) 磁场的基本物理量电流 磁场用磁力线描述（1）磁通:A 与磁力线垂直的某面积（m2 )AB =（T） 通过磁场中某一面积A的磁力线的总数。单位：Wb。 (2) 磁感应强度 B B ：矢量；其数值 B 表示磁场的强弱，其方向表示磁场的方向。在均匀磁场中： 磁通密度H ：矢量。0 = 4107 H / mBH=方向与 B 的方向相同。单位：A/m。（4） 磁导率： 真空中的磁导率:(3) 磁场强度 HH 的大小：只与产生该磁场的电流大小成正比，与介质的性

2、质无关。B 的大小：不仅与产生该磁场的电流大小有关，还与介质的性质有关。（H / m） 相对磁导率:r=/0上一页下一页返 回(二) 物质的磁性能 非磁性物质（非铁磁物质）0 顺磁物质、 磁性物质（铁磁物质）(1) 高导磁性0 铸钢： 1 0000 硅钢片： (6 000 7 000)0反磁物质。BH0初始磁化曲线(2) 磁饱和性 不是常数(3) 磁滞性BH0HmBr剩磁HC矫顽磁力HmBrHC 磁滞回线BH0基本磁化曲线上一页下一页返 回硬磁物质: 磁性物质的分类：Br 大、HC 大软磁物质：Br 小、HC 小矩磁物质：Br 大、HC 小上一页下一页返 回(三) 磁路欧姆定律用于定性分析磁路

3、。BC =ACB0 =A0HC = BCCC AC=H0 = B000 A0=4上一页下一页返 回全电流定律:H dl = I左边=H dl =H dl = HC lC + H 0 l0lCC AC=( + l 00 A0)Rm = Rmc + Rm0令：Rmc =lCC ACl 00 A0Rm0 = +lCC ACl 00 A0 铁心的磁阻 空气隙的磁阻磁路的磁阻：上一页下一页返 回右边= I = N I 磁路的磁动势因此： =N IRmRm = N I 磁路欧姆定律C 0 Rm0 Rmc N I 一定时，因 Rm0 的存在，使 大大减小。若要保持一定的，则需要大大增加 N I。上一页下一页

4、返 回4.2 交流铁心线圈(一) 直流铁心线圈电路电压与电流的关系:URI =线圈消耗的功率：P = U I= R I 2上一页下一页返 回(二) 交流铁心线圈电路励磁：u i N i edd t=N(1) 电压与电流关系设: =m sint则: e =Nm cost = Nmsin(t90o) Em= Nm = 2f Nmie+u交流铁心线圈电路上一页下一页返 回E = 4.44 Nf mE =j4.44 f Nmie+u交流铁心线圈电路上一页下一页返 回U =E 忽略漏阻抗，有：U4.44 f Nm=则：当：U 、f 一定时，m 基本不变。(2) 功率损耗:P = PCu + PFe铜损铁

5、损= RI2 +( Ph + Pe )磁滞损耗涡流损耗上一页下一页返 回(a) 磁滞损耗 Ph ：(b) 涡流损耗 Pe ： 铜损耗使线圈发热， 铁损耗使铁心发热。 减小铁损耗的方法： 使用软磁材料减小 Ph ； 增大铁心的电阻率， 减小涡流及其损耗 ；用很薄的硅钢片叠成铁心， 减小涡流及其损耗 。0.35mm0.30mm0.27mm0.22mm(a) (b) 上一页下一页返 回 一个铁心线圈，加上 12 V 直流电压时，电流为 1 A；加上 110 V交流时，电流为 2 A，消耗的功率为 88 W。求后一种情况线圈的铜损耗、铁损耗和功率因数。 解例(1) 线圈施加直流电压时： UIR = 1

6、21= 12 (2) 线圈施加交流电压时： PCu = RI2=1222 W = 48 WPFe = PPCu= (8848) W= 48 W PU Icos = 881102= 0.4上一页下一页返 回(一) 单相变压器的基本结构(1) 铁心: 用硅钢片叠成(2) 绕组（线圈）： 接电源的绕组 一次绕组， 接负载的绕组 二次绕组；或 工作电压高的绕组 高压绕组， 工作电压低的绕组 低压绕组。(3) 其他: 油箱、油、油枕、散热器、保护设备等。4.3 单相变压器上一页下一页返 回(二) 单相变压器的工作原理E1 =j4.44 f N1mE2 =j4.44 f N2mU2 E2(忽略漏阻抗)U1

7、 E1U1=Z1I1E1(1) 电压变换U2= E2 Z2I2E1E2电压比: = N1N2 E1E2k =U1U2=N1N2= k结论:上一页下一页返 回 某单相变压器的额定电压为 10 000/230 V，接在 10 000 V 的交流电源上向一电感性负载供电。求变压器的电压比。 解例电压比：U1NU2Nk = 10 000230= 43.5上一页下一页返 回(2) 电流变换N1i1N2i2U1N E1 = 4.44 f N1mN1i0 U1N4.44 f N1m 磁通势平衡方程：N1I1 + N2I2 = N1I0 忽略I0，则：I1 = N2N1 I2 N1I1 + N2I2 = 0

8、I1I2 N2N1= 1k=上一页下一页返 回 上例的变压器，当 |ZL| = 0.966 时，变压器正好满载。求该变压器的电流。 解例 U2|ZL |I2 = 2230.966= 224 A= 5.15 A I2kI1 =上一页下一页返 回(3) 阻抗变换作用U1U2I1I2|ZL|忽略 Z1、Z2 、 I0 ： = U1U2I2I1 = N1N2= k|Ze| =U1I1 = kU2I2/ kU2I2= k2= k2 | ZL | 等 效U1I1k2|ZL|上一页下一页返 回 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k2 倍。 上一页下一页返 回 交流信号源的电动势E=

9、120V,内阻 ，负载电阻 ， 折算到一次测的电阻等效电阻 时，(1)求变压器的匝数比和信号源输出的功率。(2)当将负载直接与信号源连接时，信号源输出功率？ 解例返 回(1) 变压器的匝数比为 :信号源的输出功率为:上一页下一页返 回（2）当将负载直接接在信号源上时:(三) 变压器的外特性 当一次侧电压 U1和负载功率因数 cos2保持不变时，二次侧输出电压 U2和输出电流 I2的关系，U2 = f (I2)称为变压器的外特性。上一页下一页返 回 U2N：一次侧加额定电压U1N、二次侧开路时，二次侧的额定输出电压。 一般供电系统希望要硬特性（随I2的变化，U2 变化不大），电压变化率约在5%左

10、右。电压变化率： U2 I20U2Ncos 2=1cos 2= 0.8(感性)cos2= 0.8(容性)变压器的外特性I2NU2满载电压满载（额定）电流上一页下一页返 回(四) 变压器的功率及功率损耗一次绕组的视在功率：S1 = U1I1二次绕组的视在功率：S2 = U2I2变压器的额定容量：SN = U2NI2N = U1NI1N输入功率：P1 = U1I1cos1输出功率：P2 = U2I2cos2变压器的损耗：P = P1 P2= PCu + PFe铜损耗：PCu = R1I12 + R2I22可变损耗上一页下一页返 回不变损耗PFe = Ph+Pe铁损耗：P1P2=100%效率:(磁滞

11、损耗和涡流损耗) 上一页下一页返 回 一变压器容量为 10 kVA，铁损为 300 W，满载时的铜损为 400 W。求该变压器在满载时向功率因数为 0.8 的负载供电时输入和输出的有功功率及效率。 解例忽略电压变化率，则P2 = SN cos2= 101030.8 W= 8 kWP = PCu +PFe= (300 + 400) W= 0.7 kWP1 = P2 + P= (8 + 0.7) kW= 8.7 kWP1P2=100%88.7=100%= 92 %上一页下一页返 回 当电流流入(或流出）两个线圈时，若产生的磁通方向相同，则两个流入(或流出）端称为同极性端。 AXax AXax1.

12、同极性端 ( 同名端 ) 或者说，当铁心中磁通变化时，在两线圈中产生的感应电动势极性相同的两端为同极性端。 同极性端用“”表示。增加+ 同极性端和绕组的绕向有关。 (五) 变压器的极性上一页下一页返 回联接 232. 线圈的接法 联接 13， 2 4当电源电压为220V时：+电源电压为110V时：13241324 上一页下一页返 回如果两绕组的极性端接错，结果如何？答：有可能烧毁变压器两个线圈中的磁通抵消原因：电流 很大烧毁变压器感应电势1324+结论：在同极性端不明确时，一定要先测定同极性 端再通电。上一页下一页返 回4.4 三相变压器(1)三相变压器的结构 三相变压器的磁路系统分成各相磁路

13、彼此无关和彼此有关的两类。 将三台相同的单相变压器的绕组按一定方式作三相联结，可组成三相组式变压器如图: (a) 磁路系统 三相组式变压器 上一页下一页返 回 这种变压器各相磁路是相互独立的，彼此无关。当一次绕组施加三相对称交流正弦电压时，三相主磁通也是对称的。(b) 对称磁通三相组式变压器 上一页下一页返 回 设外施电压三相对称，则三相磁通的总和，可将中间铁心柱省去三相心式铁心的构成上一页下一页返 回高压绕组：U2、 V2 、W2 : 尾端U1、 V1 、W1 : 首端低压绕组：u1、v1 、w1:首端u2、v2 、w2: 尾端U1U2u1u2V1V2v1v2W1W2w1w2三相心式变压器

14、上一页下一页返 回(2)三相绕组的联结方式1.星形联结法（Y联结法）将三相绕组的尾端连在一起，作为中点，而将三个首端引出2.三角形联结法（联结法）将一相绕组的尾端和另一相绕组的首端连在一起，顺次连成一个闭合回路;上一页下一页返 回例某三相变压器 , 因数 Y/联结， 向功率 的感性负载供电， 满载时二次绕组的 线电压为380V， ， 求: (1)满载时一、二次绕组的线电流和相电流；(2) 输出的有功功率。解(1) 满载时一、二次绕组的线电流即额定电流上一页下一页返 回相电流为:(2) 输出的有功功率:上一页下一页返 回4.5 特殊变压器1.自耦变压器ABP+上一页下一页返 回二次侧不能短路，以防产生过流；2. 铁心、低压绕组的一端接地，以防在绝缘损坏时，在二次侧出现高压。使用注意事项：电压表被测电压=电压表读数 N1/N2实现用低量程的电压表测量高电压VR N1（匝数多）保险丝 N2（匝数少）u（被测电压）2.电压互感器 上一页下一页返 回电流表被测电流=电流表读数 N2/N1二次侧不能开路，以防产生高电压；2. 铁心、低压绕组的一端接地，以防在绝缘损坏时，