第五磁路与变压器

第五磁路与变压器第1页，共45页，2023年，2月20日，星期一1.磁感应强度

B

—矢量2.磁通

F

—标量单位：Wb4.磁场强度

H

—矢量定义：H=B/3.磁导率

真空磁导率

0=410

–

7H/m（亨/米）均匀磁场—磁场内各点的B大小相等，方向相同。对于均匀磁场F

=B

•S相对磁导率

r=/0对于铁磁材料r=102105单位：A/m(安培/米)单位：T一、磁场的基本物理量第一节磁路概述与磁场方向相垂直的单位面积上通过的磁通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。第2页，共45页，2023年，2月20日，星期一1.

全电流定律：òlH

·d

l=

åII铁心线圈磁路的概念

磁路是研究局限于一定范围内的磁场问题。磁路与电路一样，也是电工技术课程所研究的基本对象。二、磁路的基本定律磁动势

Fm=N•

I

磁压降

Um=H•

l均匀磁场第3页，共45页，2023年，2月20日，星期一I1I2N1N2H

l=N

I=N1I1-N2I2l0l1第4页，共45页，2023年，2月20日，星期一2.

磁路的欧姆定律可与电路类比I1I2123l3l2l1N1N2l0

=

BS=

HS

=

—–

Hll

S=

—–FmRm

S定义：Rm=

—–lUm=Rm•

或

Um=Fm=NIU

=R•

IR

=

—–lSA单位：1/H

(1/亨)由于的非线性使得磁路欧姆定律不能用于定量计算第5页，共45页，2023年，2月20日，星期一1.高导磁性2.磁饱和性3.磁滞性Hm–HmBHB-H

-HbcBHa

三、磁性材料的磁性能相同的H，则B1>B2I11N1I22N2相同的B，则H1<H2------N1I1<N2I2*铁磁物质的不是常数，在膝部最高。*H是由磁动势NI、磁路结构、位置等因数决定，和无关，而B和密切相关，采用高导磁率的材料做铁心可以在较小的磁势时获得足够的B第6页，共45页，2023年，2月20日，星期一磁路和电路的比较磁路电路磁通INR+_EI磁压降磁动势电动势电流电压降U基本定律欧姆定律第7页，共45页，2023年，2月20日，星期一四、直流磁路的工作特点I1N1直流电流不会在磁路中引起感应电动势。U电压和电流关系：线圈内阻=

—–FmRml0有气隙后磁阻增大，磁势不变，故磁通减小。一定一定第8页，共45页，2023年，2月20日，星期一eeNue=–

N—–dF

dti设

=msinte=–

Nmcost=

Emsin(t-90)e=–

N——dF

dt1.感应电动势与磁通的关系Em=Nm=

2fNm=

EE

=–—fNm2

=4.44fNm五、交流磁路的工作特点第9页，共45页，2023年，2月20日，星期一e=–

N—–dF

dtdF

dte=–

N——2.外加电压与磁通的关系u→Fm=iN→uR=iR(主磁通)→(漏磁通)→由KVL：u=iR–

e

–

e

u

–

e∵R和e

很小U的有效值UE

=

4.44fNm恒磁通原理：当外加的电压、频率一定时，主磁通的最大值几乎是不变的，与输入的电流、磁路的磁阻等都无关。eeNui第10页，共45页，2023年，2月20日，星期一eeNui(2)铜损磁滞损耗Ph涡流损耗Pe(1)铁心损耗PC=

Ph+

PePCu=I

2R3.功率损耗铜损和负载大小有关、铁损和负载无关。磁滞现象引起铁芯发热，造成的损失。交变磁通在铁芯中产生的感应电流（涡流），造成的损失。第11页，共45页，2023年，2月20日，星期一ui一定时磁动势IN随磁阻的变化而变化。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，当交流磁路的特点:l0当有气隙出现时，不变，而I会变化。第12页，共45页，2023年，2月20日，星期一(U不变，I不变）(I

随Rm

变化）（U不变时，基本不变）直流磁路交流磁路磁路小结（随Rm变化）第13页，共45页，2023年，2月20日，星期一概述按用途分:

电力变压器，特种用途变压器。按相数分:单相、三相和多相变压器。按绕组数分:双绕组、多绕组及自耦变压器。变压器是变换各种交流电压的电器。它是利用电磁感应定律并通过磁路的耦合作用,把某一个数量级的交流电压，变换成同频率的另一个数量级的交流电压的能量变换装置。一.分类第二节变压器的基本结构第14页，共45页，2023年，2月20日，星期一变压器铁心:硅钢片叠压而成。变压器绕组:高强度漆包线绕制而成。其它部件:油箱、冷却装置、保护装置等。铁心线圈二.构造壳式变压器心式变压器铁心线圈第15页，共45页，2023年，2月20日，星期一单相变压器单相变压器的基本结构铁芯原边绕组副边绕组第16页，共45页，2023年，2月20日，星期一一.空载运行和电压变换e1N1u1AXe1=-

N1—–dF

dte2=-

N2—–dF

dtN2e2u20axSZL第三节变压器工作原理漏磁通忽略第17页，共45页，2023年，2月20日，星期一N1N2AXax•AXax图形符号U1=

–

E1

••E2•–

E1•U1

••U20—–

=—–U1U2—–=–—=

KN1N2U20=

E2

•

•I0•U1U2E1E2

4.44fN1m

4.44fN2mN1N2—–=–—=–—–—–—–=–—E2

•U20•E1

•U1

•结论—变比为空载电流，又称励磁电流。普遍适用第18页，共45页，2023年，2月20日，星期一发电厂1.05万伏输电线22万伏升压变电站1万伏降压变压器应用举例…降压实验室380/220伏降压仪器36伏降压第19页，共45页，2023年，2月20日，星期一aSZLN1N2AXx••I1E2

•U2

•E1

•U1

••I2u→i1N1→U1=

4.44fNmi1R1

(主磁通)→e1,e2

i2→i2N2

ZLi2N2

→2(对起阻碍作用)→→为保持主磁通m不变,只有增大电流

i1(

>空载电流i0

)二.负载运行和电流变换漏磁通忽略恒磁通原理第20页，共45页，2023年，2月20日，星期一aSZLN1I1=N2

I2N1I1+N2

I2=N1I0

•••

N1I1+N2

I2=

0••

N1I1=–N2

I2••N1N2AXx••I1E2

•U2

•E1

•U1

••I2I1I2

—=–—=

—N2N11K•(I0

小)结论产生主磁通

m的磁动势相等：有效值I0=

I1N(3

8)1、变电流不适用于空载和轻载第21页，共45页，2023年，2月20日，星期一•I2nZL•U2•U1•I1Z0E•cos=0.8cos=110U2/U2NI2/I2N11.损耗

P=PCu+PFePCu

=I1R1+I2R22

22.效率P2P1

=—×100%P2+PCu+PFeP2

=————×100%外特性

U2=f(I2)

=

(9099)%2.变压器的外特性3、变压器的损耗与效率U2比U20下降（2--3）%第22页，共45页，2023年，2月20日，星期一'ZL=—U1I1•••I2nZL•U2•U1•I1Z0ZL=—–U2I2••'ZL=–——–nU2–I2/n••=

n2

–—

U2I2

••=n2ZL'ZL=n2ZLE•结论三.阻抗变换变压器原边的等效负载，为副边所带负载乘以变比的平方。可利用变压器进行阻抗匹配适用范围？第23页，共45页，2023年，2月20日，星期一阻抗变换举例：扬声器上如何得到最大输出功率RsRL信号源设：信号电压的有效值:U1=50V;信号内阻：Rs=100;负载为扬声器，其等效电阻：RL=8。求：负载上得到的功率解：（1）将负载直接接到信号源上，得到的输出功率为：第24页，共45页，2023年，2月20日，星期一Rs（2）将负载通过变压器接到信号源上。输出功率为：设变比则：结论：由此例可见加入变压器以后，输出功率提高了很多。原因是满足了电路中获得最大输出的条件（信号源内、外阻抗差不多相等）。第25页，共45页，2023年，2月20日，星期一当电流流入两个线圈(或流出）时，若产生的磁通方向相同，则两个流入端称为同极性端（同名端）。或者说，当铁芯中磁通变化（增大或减小）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。一、同极性端(同名端)AXax**AXax**第四节

变压器绕组的极性第26页，共45页，2023年，2月20日，星期一AXax••AXax••ii1••2AXaxii12AXax••同名端同名端第27页，共45页，2023年，2月20日，星期一电器使用时两种电压（220V/110V）的切换：220V：联结2－3110V：联结1－3，2－4二、线圈的接法1324**第28页，共45页，2023年，2月20日，星期一220V：联结2－3励磁两种接法下线圈工作情况的分析**1324第29页，共45页，2023年，2月20日，星期一110V：联结1－3，2－41,32,4220V：联结2－31324**说明：两种接法下不变，所以铁芯磁路的设计相同励磁'第30页，共45页，2023年，2月20日，星期一问题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：**13241,32,4N若两种接法铁芯中的磁通相等，则：第31页，共45页，2023年，2月20日，星期一问题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感应电势电流

很大原因：**1324’第32页，共45页，2023年，2月20日，星期一第五节三相变压器一、三相变压器的结构U1U2u1u2••V1V2v1v2••••W2W1w1w2N1N2N1N2=K第33页，共45页，2023年，2月20日，星期一二、三相变压器绕组的接法U1V1W1u1v1w1NU1V1W1u1v1w1第34页，共45页，2023年，2月20日，星期一1.额定容量SNSN

=

U1NI1N=

U2NI2N三相变压器单相变压器SN=

U1NI1N

=

U2NI2N2.额定电压U1N和U2N3.额定电流I1N和I2N4.额定频率fNU2N—原方加U1N时，副方绕组的开路电压U2N应比满载运行时的输出电压U2高出23%第六节

变压器的额定值线电压，线电流第35页，共45页，2023年，2月20日，星期一容量SN

输出功率P2

原边输入功率P1

输出功率P2注意：变压器几个功率的关系效率决定于负载功率因数容量：原边输入功率：输出功率：第36页，共45页，2023年，2月20日，星期一U1•N1N2ZL•U21.工作原理2.优点3.使用注意事项第七节

自耦变压器----结构简单使用时，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。注意：原、副边千万不能对调使用，以防变压器损坏。因为N变小时，磁通增大，电流会迅速增加。第37页，共45页，2023年，2月20日，星期一一、电压互感器：用低量程的电压表测高电压1.副边不能短路，以防产生过流；2.铁心、低压绕组的一端接地，以防在绝缘损时，在副边出现高压。使用注意：VR

N1（匝数多）保险丝

N2（匝数少）~u（被测电压）电压表被测电压=电压表读数N1/N2第八节仪用互感器第38页，共45页，2023年，2月20日，星期一二、电流互感器：用低量程的电流表测大电流（被测电流）N1（匝数少）N2（匝数多）ARi1i2电流表被测电流=电流表读数N2/N1铁心、低压绕组的一端接地，以防在绝缘损坏时，在副边出现过压。使用注意事项：第39页，共45页，2023年，2月20日，星期一例：分析电磁铁工作状态1.直流电磁铁衔铁铁心铁心线圈线圈衔铁F=——S0B0202(1)结构特征(2)吸力第40页，共45页，2023年，2月20日，星期一

→

F↑对直流U=IRU不变时，I不变磁动势Fm=IN

=Um=Rm也不变Rm=Rm0+Rm1Rm=Rm1吸