城市轨道交通电工电子技术单元3 磁路与变压器

单元3.磁路与变压器单元学习目标掌握磁场的基本物理量；了解铁磁材料的性质；掌握磁路的欧姆定律；了解交流铁心线圈的电磁性质；掌握变压器的结构、工作原理和应用。磁感应强度B

磁感应强度B是表示磁场内某点磁场强弱及方向的物理量。B的大小等于通过垂直于磁场方向单位面积的磁力线数目，B的方向用右手螺旋定则确定。单位是特斯拉(T)。磁通Φ

均匀磁场中磁通Φ等于磁感应强度B与垂直于磁场方向的面积S的乘积，单位是韦伯(Wb)。1、磁路的基本物理量一．磁路的基本概念

磁导率μ

磁导率μ表示物质的导磁性能，单位是亨/米(H/m)。真空的磁导率

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。

相对磁导率μr：物质磁导率与真空磁导率的比值。非铁磁物质μr近似为1，铁磁物质的μr远大于1。1、磁路的基本物理量一．磁路的基本概念

磁场强度H

磁场强度只与产生磁场的电流以及这些电流分布有关，而与磁介质的磁导率无关，单位是安／米（A／m）。是为了简化计算而引入的辅助物理量。1、磁路的基本物理量一．磁路的基本概念

高导磁性：磁导率可达102~104，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大的磁通。磁饱和性：B不会随H的增强而无限增强，H增大到一定值时，B不能继续增强。磁滞性：铁心线圈中通过交变电流时，H的大小和方向都会改变，铁心在交变磁场中反复磁化，在反复磁化的过程中，B的变化总是滞后于H的变化。2、铁磁材料的性质一．磁路的基本概念

铁磁材料的类型：软磁材料：磁导率高，磁滞特性不明显，矫顽磁力和剩磁都小，磁滞回线较窄，磁滞损耗小。硬磁材料：剩磁和矫顽磁力均较大，磁滞性明显，磁滞回线较宽。矩磁材料：只要受较小的外磁场作用就能磁化到饱和，当外磁场去掉，磁性仍保持，磁滞回线几乎成矩形。磁化曲线磁滞回线2、铁磁材料的性质一．磁路的基本概念

安培环路定律

计算电流代数和时，与绕行方向符合右手螺旋定则的电流取正号，反之取负号。若闭合回路上各点的磁场强度相等且其方向与闭合回路的切线方向一致，则：3、磁路定律一．磁路的基本概念

磁路欧姆定律称为磁阻，表示磁路对磁通的阻碍作用。

因铁磁物质的磁阻Rm不是常数，它会随励磁电流I的改变而改变，因而通常不能用磁路的欧姆定律直接计算，但可以用于定性分析很多磁路问题。3、磁路定律一．磁路的基本概念

磁路和电路中对应的物理量及其关系式电路磁路

电流I

磁通Φ

电阻R=ρl/S

磁阻

电阻率ρ

磁导率μ

电动势E

磁通势F=IN

电路欧姆定律I=E/R

磁路欧姆定律Φ=F/Rm

设线圈的电阻为R，主磁电动势为e和漏感电动势为eσ，由KVL，有：e的有效值为：电磁关系：二.交流铁心线圈及变压器

1、交流铁心线圈写成相量形式：设漏磁电感为Lσ，则：磁滞损耗—应采用磁滞回线窄小的铁磁材料，如变压器的硅钢片；涡流损耗—当线圈用于一般工频交流时，可采用由彼此绝缘且顺着磁场方向的硅钢片叠成铁心。功率损耗：二.交流铁心线圈及变压器

1、交流铁心线圈电力系统中—升压、降价，传输电能；电子电路中—作为获得合适电压的电源，还可用来传递信号和实现阻抗匹配。按交流电的相数不同，可分为单相变压器和三相或其他相数的变压器；按用途分，电力变压器、控制变压器、自耦变压器、电焊变压器和电炉变压器、仪用互感器以及电子设备中常用的电源变压器、耦合变压器脉冲变压器等。

•用途•分类二.交流铁心线圈及变压器

2、变压器结构：变压器通常由一个公共铁心和两个或两个以上的绕组组成，分为心式变压器和壳式变压器两类。接电源的绕组称为原绕组（又称初级绕组或一次绕组），接负载的绕组称为副绕组（又称次级绕组或二次绕组）。心式变压器壳式变压器二.交流铁心线圈及变压器

2、变压器

原绕组匝数为N1，电压u1，电流i1，主磁电动势e1

，漏磁电动势eσ1；副绕组匝数为N2

，电压u2

，电流i2

，主磁电动势e2，漏磁电动势eσ2

。二.交流铁心线圈及变压器

2、变压器原绕组的电压方程：副绕组的电压方程：忽略电阻R1和漏抗Xσ1的电压，则：k称为变压器的变比。（1）电压变换原理（变压器空载运行）二.交流铁心线圈及变压器

2、变压器二.交流铁心线圈及变压器

2、变压器

由U1≈E1=4.44N1fΦm可知，U1和f不变时，E1和Φm也都基本不变。因此，有负载时产生主磁通的原、副绕组的合成磁动势（i1N1+i2N2）和空载时产生主磁通的原绕组的磁动势i0N1基本相等，即：空载电流i0很小，可忽略不计。（2）电流变换原理（变压器负载运行）二.交流铁心线圈及变压器

2、变压器

设接在变压器副绕组的负载阻抗Z的模为|Z|，则：Z反映到原绕组的阻抗模|Z'|为：（3）阻抗变换原理二.交流铁心线圈及变压器

2、变压器三相电力变压器三.交流铁心线圈及变压器

3、变压器的应用三相电力变压器三相变压器高、低压绕组各有不同接法，形成六种不同组合形式。其中最常用的有三种：Y，yn；Y，d和YN，d。①Y，yn接法用于给三相四线制电路供电的配电变压器，高压不超过35kV，低压为400/230V，容量一般不超过1800kV·A。②Y，d接法常用于高压35kV，低压为3～10kV的变压器，其最大容量为5600kV·A。③YN，d连接方式主要用在输电线路上，它提供了高压侧电网接地的可能。三.交流铁心线圈及变压器

3、变压器的应用（1）产品型号。表示变压器的结构和规格，如SJL一500/10，其中S表示三相（D表示单相），J表示油浸自冷式，L表示铝线（铜线无文字表示），500表示容量为500kVA，10表示高压侧线电压为10kV。（2）额定电压。指高压绕组接于电网的额定电压，与此相应的是低压绕组的空载线电压，例如10000±5％/400V，其中10000±5％表示高压绕组额定线电压为10000V，并允许在±5％范围内变动，低压绕组输出空载线电压为400V。（3）额定电流。额定电流I1N和I2N是指原绕组加上额定电压U1N，原、副绕组允许长期通过的最大电流。三相变压器的I1N和I2N均为线电流。变压器的额定值三.交流铁心线圈及变压器

3、变压器的应用

（4）额定容量。是在额定工作条件下，变压器输出能力的保证值。单相变压器的额定容量为副绕组额定电压与额定电流的乘积，即：

SN=U2NI2N≈U1NI1N三相变压器的额定容量为：三.交流铁心线圈及变压器

3、变压器的应用

自耦变压器三.交流铁心线圈及变压器

3、变压器的应用特点：副绕组是原绕组的一部分，原、副压绕组不但有磁的联系，也有电的联系。

(1)电流互感器：原绕组线径较粗，匝数很少，与被测电路负载串联；副绕组线径较细，匝数很多，与电流表及功率表、电度表、继电器的电流线圈串联。用于将大电流变换为小电流。使用时副绕组电路不允许开路。仪用互感器电流互感器的接线图及符号三.交流铁心线圈及变压器

3、变压器的应用